[发明专利]一种电液混合驱动工业机械臂结构及控制系统

权利要求书

1.一种电液混合驱动的工业机械臂，包括腰部回转关节（1）、大臂回转关节（2）、前臂回转关节（3）、小臂回转关节（4）、手爪（5）、液压油箱（6）、控制系统（7），其特征在于：所述的腰部回转关节（1）包括底座（101）、腰部外壳I、II（102、107）、螺栓螺母套件I（103）、弹簧垫圈I（104）、地脚螺栓定位孔（105）、连接螺钉（106）、圆锥滚子轴承I、II（108、109）、驱动电机（110）、小齿轮（111）、双片薄齿轮（112）、锁紧螺母（113）、腰部主轴（114）、轴套（116）和电机固定螺栓（118）；所述的大臂回转关节（2）包括臂部底座（201）、弹簧垫圈II（202）、螺栓螺母套件II（203）、大臂（204）、大臂举升液压缸I、II（205、206）、螺栓螺母套件III（207）、前臂举升液压缸大臂定位孔I（208）、回转关节大臂定位孔（210）和大臂举升液压缸固定螺栓I、II、III、IV（212、213、214、215）；所述的前臂回转关节（3）包括前臂（301）、前臂举升液压缸（302）、螺栓螺母套件IV（303）、前臂举升液压缸前臂定位孔（307）、前臂举升液压缸固定螺栓I、II（304、311）和前臂举升液压缸位移传感器（312）；所述的小臂回转关节（4）包括小臂（401）、小臂回摆液压缸（402）、小臂回摆液压缸固定螺栓I、II（403、406）、安有轴承的螺栓螺母套件VI（409）、小臂法兰定位孔（410）和小臂法兰紧固螺栓（411），所述的手爪（5）包括爪部液压缸（503）、爪部连杆（505）、爪尖弹垫（506）、紧定螺母（508）、紧定螺栓螺母套件I、II（509、512）、爪部臂（511）、爪部底座法兰定位孔（514）、爪部连杆紧定片（515）和爪部臂定位孔I、II（516、517）；所述的腰部回转关节（1）的腰部外壳II（107）通过臂部底座（201）固连在一起，所述的大臂举升液压缸I、II（205、206）的一端分别通过大臂举升液压缸固定螺栓III、I （214、212）与臂部底座（201）固接在一起，所述的大臂举升液压缸I、II（205、206）的另一端分别通过大臂举升液压缸固定螺栓IV、II（215、213）与大臂（204）固连在一起，所述的大臂（204）通过螺栓螺母套件III（207）与臂部底座（201）连接起来，大臂（204）与前臂（301）通过螺栓螺母套件IV（303）固连在一起；所述的前臂举升液压缸固定螺栓I（304）依次穿过前臂举升液压缸（302）的液压缸圆形定位孔I（309）、前臂举升液压缸前臂定位孔（307），将前臂举升液压缸（302）一端固定在前臂（301）上，所述的前臂举升液压缸固定螺栓II（311）依次穿过前臂举升液压缸（302）的液压缸圆形定位孔II（310）、前臂举升液压缸大臂定位孔I（208），将前臂举升液压缸（302）另一端固定在大臂（204）上；所述小臂（401）通过安有轴承的螺栓螺母套件VI（409）将与前臂（301）固连在一起，所述的小臂回摆液压缸分别通过小臂回摆液压缸固定螺栓I、II（403、406）固定在前臂（301）及小臂（401）上，所述的手爪（5）通过小臂法兰紧固螺栓（411）与小臂（401）联结在一起，小臂回摆液压缸（402）伸长或缩短时，可使得小臂（401）及其连接的手爪（5）前后摆动；所述的爪部液压缸（503）的液压杆端部安有紧定螺母（508），紧定螺母(508)、爪部连杆紧定片(515)共同将爪部连杆(505)固定在爪部液压缸(503)的液压杆上；所述的紧定螺栓螺母套件I(509)穿过爪部臂定位孔II(517)内的轴承内孔、爪部连杆(505)的定位孔，将爪部臂(511)、爪部连杆(505)联结在一起；所述的爪尖弹垫(506)安装于爪部臂(511)的爪尖的端部，用于缓冲抓取物体时的压力；所述的爪部液压缸(503)上安装位移传感器(519)，用于检测爪部液压缸(503)液压杆伸长变化量；所述的液压油箱（6）内存储了电液混合驱动工业机械臂所需要的足够的液压油，所述的液压油箱（6）上安装有冷却器（602），回油管路穿过冷却器（602），用于控制回到油箱液压油的温度，冷却器（602）采用风冷；所述的控制系统采用stm32为核心处理器，腰部回转关节光电编码器处理电路（701）获得电机的旋转角度，根据给定的目标回转关节角度进行PID调节后，得到回转关节电机的驱动信号，通过stm32核心控制板发出，大臂举升液压缸I、II（205、206）、小臂回摆液压缸（402）上均安装有位移传感器，stm32核心控制板的AD端口采集各液压缸的位移信号，进行PID调节后得出电液伺服阀阀控DA信号，颤振信号的频率为200Hz的正弦波，对电液伺服阀进行死区非线性补偿，阀控DA信号与颤振信号、基准电压进行叠加来驱动电液伺服阀进而改变各液压缸的动作的方向；所述的螺栓螺母套件I（103）、弹簧垫圈I（104）与连接螺钉（106）将腰部外壳I、II（102、107）与底座（101）固连成了一个整体，用于支撑所安装的驱动电机（110），保护安装在驱动电机（110）输出轴上的小齿轮（111）、以及腰部主轴（114）上的圆锥滚子轴承I、II（108、109）、双片薄齿轮（112），腰部外壳II（107）将圆锥滚子轴承I、II（108、109）分开，并与轴套（116）、腰部主轴（114）配合将圆锥滚子轴承I、II（108、109）进行定位，底座（101）的8个地脚螺栓定位孔(105)穿过预埋的8个地脚螺栓并通过锁紧螺母锁紧；在装配腰部回转关节（1）时，首先将驱动电机（110）通过4个电机固定螺栓（118）固定在腰部外壳I（102）上，通过平键将小齿轮（111）安装在电机输出轴上，将驱动电机（110）、腰部外壳I（102）、小齿轮（111）构成第一个装配体，然后安装圆锥滚子轴承I（108）到腰部主轴（114）上，将腰部主轴（114）穿过腰部外壳II（107），并使得圆锥滚子轴承I（108）紧靠在腰部外壳II（107）上，而后将圆锥滚子轴承II（109）、轴套（116）、锁紧螺母（113）安装到腰部主轴（114）上构成第二个装配体，将两个装配体进行小齿轮（111）、双片薄齿轮（112）啮合装配后，用连接螺钉（106）将两个装配体联结在一起，而后利用螺栓螺母套件I（103）、弹簧垫圈I（104）将两个装配体组合体与底座（101）联结在一起，进一步将臂部底座（201）通过弹簧垫圈II（202）、螺栓螺母套件II（203）与两个装配体组合体联结在一起；驱动电机（110）的动力经小齿轮（111）与双片薄齿轮（112）对啮、圆锥滚子轴承I、II（108、109）带动腰部主轴（114）及臂部底座（201）一起回转，进而带动与臂部底座（201）固接的机械臂一起回转；所述驱动电机（110）采用交流伺服电机，大臂举升液压缸I、II（205、206）、前臂举升液压缸（302）、小臂回摆液压缸（402）、爪部液压缸（503）均采用液压油驱动；所述的大臂（204）有2个大臂举升液压缸I、II（205、206）同时驱动，大臂举升液压缸I、 II（205、206）的运动过程是相反的，大臂举升液压缸I、II（205、206）的产生的力形成了一对力偶，提高大臂的负载能力，当大臂举升液压缸I（205）伸长、大臂举升液压缸II（206）缩短时，则大臂（204）及其连接的机械手臂做抬起运动，当大臂举升液压缸I（205）缩短、大臂举升液压缸II（206）伸长时，则大臂（204）及其连接的机械手臂做下降运动；所述的前臂举升液压缸（302）上安装前臂举升液压缸位移传感器（312），用于检测前臂举升液压缸（302）液压杆伸长变化量，所述的前臂举升液压缸（302）伸长时，带动前臂（301）及其连接的机械手臂做抬起运动，当前臂举升液压缸（302）缩短时，带动前臂（301）及其连接的机械手臂做下降运动；所述的小臂（401）前端有法兰，小臂法兰紧固螺栓（411）穿过小臂法兰定位孔（410）、爪部底座法兰定位孔（514）将手爪（5）与小臂（401）联结在一起，小臂回摆液压缸（402）液压杆伸长或缩短时，可使得小臂（401）及其连接的手爪（5）前后摆动；所述的爪部液压缸（503）的液压杆伸长或缩短时，在爪部臂定位孔I、II（516、517）内安装的轴承、爪部连杆（505）的配合下，即可实现爪部臂（511）的张开与收回。