[发明专利]微型大扭矩高速关节集成液压驱动器

说明书

本发明公开一种微型大扭矩高速关节集成液压驱动器，包括机械结构本体、传动链单元、矩转速传感器和力与位移传感器，所述的机械结构本体包括外壳体、后端盖、前端盖、后支撑轴承套杯、前支撑轴承套杯、两个支撑轴轴承、两个齿条固定架、两个齿条固定架轴承、滑环轴承，两个支撑轴轴承装配在支撑轴两端，所述的传动链单元包括支撑轴、液压缸、活塞杆、齿条、直齿轮、齿轮传动轴、小锥齿轮、滑环、大锥齿轮。解决了目前旋转关节型机器人关节驱动的高功率密度、大负载高频响、低惯量、传感集成问题，采用液压缸作为驱动元件大大增加了驱动器的输出力矩、大负载频响，提高了其高加速度跟随特性。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种微型大扭矩高速关节集成液压驱动器。

背景技术

旋转关节型机器人是指机器人的运动通过旋转的关节实现，其主要特征为两节臂之间通过旋转关节连接，并依靠该旋转关节实现两节臂之间的相对运动，最终完成对目标任务的执行，广泛应用在自动化生产线上的智能机械臂、各种仿生足式机器人(类人双足机器人、四足机器人、六足机器人等)等。

目前旋转关节的驱动机构可分为伺服电机类和液压伺服类，伺服电机类的驱动机构是目前旋转关节中应用最为广泛的结构形式，但是伺服电机功率密度小、输出扭矩有限、大负载频响低而导致机器人的旋转关节体积庞大、输出扭矩转速有限、惯量大启动困难、高加速度跟随特性差等。液压伺服类目前主要应用在大负载旋转关节上，其依靠铰链和液压缸实现液压缸的直线运动转变为关节的旋转运动或液压马达直接输出旋转运动，但是在足式机器人中液压缸用于足式机器人关节驱动不可忽略其摆动惯量的影响。同时由于足式机器人腿部空间紧凑，液压缸与液压油路的布置也是一大问题，液压缸布置紧凑则意味着其对应的力臂小，如果输出同等的扭矩那么液压缸的尺寸必须增大，带来的问题是足式机器人的腿部惯量和体积同步增大，并且液压缸尺寸增大其需求的流量增大而导致伺服阀、液压油源等对应的配置同样增大，最终造成整个机器人尺寸和质量增大，这样对运动的足式机器人是不利的。

发明内容

针对目前旋转关节的驱动机构存在的上述问题，本发明提出一种微型大扭矩高速关节集成液压驱动器，以解决目前旋转关节型机器人关节驱动的高功率密度、大负载高频响、低惯量、传感集成问题。

本发明所采取的技术如下：一种微型大扭矩高速关节集成液压驱动器，包括机械结构本体、传动链单元、矩转速传感器和力与位移传感器，所述的传动链单元位于机械结构本体内，所述的机械结构本体包括外壳体、后端盖、前端盖、后支撑轴承套杯、前支撑轴承套杯、两个支撑轴轴承、两个齿条固定架、两个齿条固定架轴承、滑环轴承，两个支撑轴轴承分别装配在位于支撑轴两端的后支撑轴承套杯和前支撑轴承套杯内，后端盖贴合在后支撑轴承套杯端面上，前端盖贴合在前支撑轴承套杯端面上，两个齿条固定架位于外壳体内部，每个齿条固定架上装配有齿条固定架轴承，滑环轴承装配在滑环上，位于两个齿条固定架之间，所述的传动链单元包括支撑轴、液压缸、活塞杆、齿条、直齿轮单元、齿轮传动轴、小锥齿轮、滑环、大锥齿轮，齿轮转动轴穿过支撑轴上的装配孔，两端固连在滑环上，直齿轮单元和小锥齿轮固连在齿轮传动轴上，大锥齿轮与小锥齿轮啮合并固连在外壳体内部，齿条与直齿轮单元啮合，两端固定在齿条固定架上，活塞杆一端与齿条固连，一端装配在液压缸内，所述的转矩转速传感器位于后端盖内侧，所述的力与位移传感器位于液压缸底部。本发明还具有如下技术特征：

1、所述的液压缸与支撑轴不产生运动，液压缸带动活塞杆做直线运动，活塞杆一端固连的齿条与直齿轮单元啮合带动直齿轮单元绕齿轮传动轴做回转运动，固连在齿轮传动轴上的小锥齿轮与固连在外壳体上的大锥齿轮啮合，将绕齿轮传动轴的旋转运动转变为绕支撑轴的回转运动。

2、所述的力与位移传感器实现对液压缸的伺服控制并监测液压缸的位移与出力信息，所述的转矩转速传感器监测本液压驱动器输出的转速和转矩，并通过控制算法，实现对本液压驱动器的位置、力的大闭环伺服控制。