[发明专利]一种带扭矩和角度反馈的机器人关节旋转液压缸

说明书

技术领域

本发明可用于各种工业、服务和步行机器人的关节驱动，具体来说，涉及一种带扭矩和角度反馈的机器人关节旋转液压缸。

背景技术

目前，机器人的研究一直受到国内外研究者的关注。工业、服务和仿生机器人都离不开关节驱动器，特别是仿生型机器人更是需要结构紧凑、扭矩密度（驱动器单位质量能够提供的额定扭矩）和功率密度高（驱动器单位质量能够提供的额定功率）的驱动关节。国内外在仿生机器人关节驱动方面，大多采用电机加齿轮、同步带、绳索等减速传动机构的方式。这类驱动关节具有力矩密度比小，占用空间大、结构复杂的缺点；有些采用直线运动气压缸和液压缸等作为驱动装置，具有整体尺寸大、非线性强的缺点。因此，需要一种高功率密度、高扭矩密度、结构简单、易于控制的机器人关节。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种带扭矩和角度反馈的机器人关节旋转液压缸，该液压缸不仅能提供大力矩，且结构简单，控制简便，同时模块化的结构使其具有力矩反馈和角度反馈功能。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种带扭矩和角度反馈的机器人关节旋转液压缸，该液压缸包括开式密封型液压摆动缸、扭矩传感模块和角位移传感模块，其中，所述的开式密封型液压摆动缸包括摆动缸输出轴、弹性挡圈、轴承、轴套、外泄径向O型密封圈、外泄O型聚四氟乙烯环、开式缸盖、外泄轴向O型密封圈、缸体、定叶片、动叶片、内泄聚四氟乙烯条、内泄密封条和进出油通道连接件；动叶片和摆动缸输出轴置于缸体内部，且动叶片固定连接在摆动缸输出轴中部，定叶片固定连接在缸体的底部；内泄密封条分别与动叶片的槽底面、定叶片的槽底面和内泄聚四氟乙烯条贴合，内泄聚四氟乙烯条位于内泄密封条外侧，内泄聚四氟乙烯条分别与摆动缸输出轴和缸体内表面贴合；开式缸盖与缸体固定连接，外泄轴向O型密封圈位于开式缸盖所开槽内，且外泄轴向O型密封圈嵌至在开式缸盖与缸体端面之间；轴套与开式缸盖固定连接；外泄O型聚四氟乙烯环和外泄径向O型密封圈分别置于开式缸盖与轴套之间的沟槽内；轴承置于轴套内，并通过弹性挡圈固定在摆动缸输出轴上；进出油通道连接件固定连接在缸体的通孔中；所述扭矩传感模块包括弹性联轴器、力矩检测轴、应变片、力矩检测信号线、扭矩传递法兰、扭矩传递支撑两用法兰和大腿；弹性联轴器连接在力矩检测轴和摆动缸输出轴之间；应变片贴于力矩检测轴的外表面，力矩检测信号线连接应变片；扭矩传递法兰一端通过键与力矩检测轴连接，扭矩传递法兰另一端通过螺钉与大腿的一端固定连接；扭矩传递支撑两用法兰位于大腿的另一端，扭矩传递支撑两用法兰分别和摆动缸输出轴与大腿固定连接；所述的角位移传感模块包括联轴器、编码器支架、编码器和小腿；编码器与编码器支架固定连接；编码器支架与小腿固定连接；联轴器连接在编码器的轴与摆动缸输出轴之间。

进一步：所述的摆动缸输出轴为左右对称的阶梯轴，轴中部开有定位销孔和螺钉孔；所述的摆动缸输出轴两侧在外泄径向O型密封圈和外泄O型聚四氟乙烯环安装位置前端台阶处设有10度的倒角；摆动缸输出轴两侧在轴承安装位置处开有弹性卡圈槽。

进一步：所述的动叶片形状为上小下大，动叶片的内部、中部、外部均为圆弧形，且动叶片内部弧形尺寸与摆动缸输出轴中间轴肩外径尺寸相同，动叶片外部弧形尺寸小于缸体内腔尺寸，动叶片中部弧形处开有定位销孔和通孔；动叶片外部弧形边沿设有倒圆弧角；动叶片外侧开有组合密封件槽。

进一步：所述的定叶片的形状为上小下大，定叶片的内部、中部、外部均为圆弧形，且定叶片内部弧形尺寸大于摆动缸输出轴中间轴肩外径尺寸，定叶片外部弧形尺寸与缸体内径尺寸相同；定叶片内部弧形处开有组合密封件槽，定叶片外部弧形处开有螺纹孔。

进一步，缸体内部为中空，缸体两侧为开有第一连接孔的法兰结构，缸体中间局部为加厚结构，在加厚结构处开有第一螺纹孔和第二连接孔。

进一步：所述的外泄O型聚四氟乙烯环和外泄径向O型密封圈均采用开式密封安装方式置于开式缸盖内，且用轴套压紧。

进一步：所述的弹性联轴器的中部开有螺旋槽。

进一步：所述的应变片贴于力矩检测轴的轴肩表面。

有益效果：本发明与已有技术相比，其优点与积极效果是：

1. 扭矩密度大。本发明的液压缸采用液压驱动，扭矩密度和功率密度大，且集多功能部件于一体，整体尺寸小，结构紧凑。