[发明专利]一种液压直驱三自由度球型手腕

说明书

本发明公开了一种基于液压摆动缸直驱关节实现的手腕单元，它涉及一种工业机器人球型手腕。非奇异位形时三级液压摆动缸转轴的轴线在空间上相互垂直并交于一点，构成球型手腕结构。第一级液压摆动缸实现球型手腕的偏转，可实现最大220度的偏转角度。第二级液压摆动缸的转轴两端伸出摆动缸端盖，实现球型手腕的俯仰，可实现最大角度220度的俯仰角度。第三级液压摆动缸实现球型手腕的翻转，可实现最大225度的翻转角度。本发明提出的液压直驱三自由度球型手腕不需要使用高精密减速器，具有结构简单、率密度大、负载/自重比高、承载能力强等一系列优点，适用于大功率重载驱动以及电磁环境敏感等工况。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体为工业机器人用一种液压直驱三自由度球型手腕。

背景技术

工业机器人（机械手）是一个国家先进制造业的重要支撑技术和信息化社会的重要生产装备，对社会发展及增强军事国防实力都具有重要的意义，工业机器人已成为继汽车、飞机、计算机之后出现的又一战略性新兴产业。

手腕单元连接机械手臂与末端执行器，其主要功能是对末端执行器空间姿态进行调节以满足作业需求。手腕单元对末端执行器的定位精度与空间姿态调控性能有重要影响，其性能已成为制约机器人应用的主要因素之一，并成为机器人研究的重要课题。近年来，国内外科研机构一直致力于开发高负载/自重比、结构简单紧凑、易于控制的高性能腕部单元，机械手腕的研究呈现出大力矩、反应灵敏、小型化和模块化的发展趋势。

目前主流的工业机械手腕大多采用“伺服电机+传动轴+减速器”方案实现，该类电机驱动手腕主要存在如下两方面问题：

腕部关节运动传动链长、手腕单元机械结构复杂、制造/维护成本高、关节动态响应特性差、负载/自重比低、无法用于电磁环境敏感工况；

在电机驱动手腕减速器和伺服驱动系统这两大核心部件方面，我国与日、德等发达国家差距甚大，特别是高精密减速器和伺服驱动系统严重依赖进口，造成国产工业机械手成本居高不下，严重制约了我国机器人产业的发展以及国际竞争力的形成。

发明内容

本发明的目的：针对基于“伺服电机+传动轴+减速器”方案实现的电机驱动手腕存在的不足，以及我国在电动球型手腕研制方面存在的技术瓶颈，提出一种液压直驱三自由度球型手腕，所提液压手腕不需使用高精密减速器，具有机械结构简单、功率密度大、负载/自重比高、负载能力强等一系列优点。

本发明技术方案是：一种液压直驱三自由度球型手腕，包括第一级液压摆动缸、第一级液压摆动缸转轴、第二级液压摆动缸、第二级液压摆动缸转轴、第三级液压摆动缸、第三级液压摆动缸转轴；第一级液压摆动缸转轴与法兰盘固定连接，第二级液压摆动缸法兰盘分别与左连接架和右连接架固定连接，法兰盘与左连接架和右连接架固定连接，第二级液压摆动缸转轴左右两端分别和左连接杆、右连接杆一端连接，左连接杆、右连接杆的另一端和第三级液压摆动缸法兰盘固定连接。所述手腕关节的驱动单元可以是阀控摆动缸作动单元或是阀控液压马达作动单元。

上述的一种液压直驱三自由度球型手腕，非奇异位形时三级液压摆动缸转轴的轴线在空间上相互垂直并交于一点。

上述的一种液压直驱三自由度球型手腕，法兰盘分为圆环结构、左连接板和右连接板三部分，左连接架包括连接底盘和U型连接板，右连接架包括连接底盘和U型连接板，第一级液压摆动缸转轴与圆环结构通过胀紧套连接，左连接板和右连接板分别和左连接架、右连接架上的连接底盘通过固定螺钉连接，左连接架、右连接架上的U型连接板和第二级液压摆动缸法兰盘通过螺栓和螺母连接。

上述的一种液压直驱三自由度球型手腕，左连接杆包括环状结构、连接板和法兰，右连接杆包括环状结构、连接板和法兰，第二级液压摆动缸转轴左端通过二三级连接左胀紧套固定在左连接杆的环状结构内，第二级液压摆动缸转轴右端端通过二三级连接右胀紧套固定在右连接杆的环状结构内，左连接杆、右连接杆的法兰和第三级液压摆动缸法兰盘通过螺栓连接。