[发明专利]一种液压作动器驱动的机器人手腕单元

权利要求书

1.一种液压作动器驱动的机器人手腕单元，其特征在于：包括机座（3）和球笼式等速万向节（4），球笼式等速万向节（4）包括第一传动轴（4-5）、第二传动轴（4-1），机座（3）底部中心设置有液压马达（1），液压马达（1）的输出轴垂直贯穿机座（3）后连接有自转角度编码器（16）和第一传动轴（4-5），自转角度编码器（16）的壳体与机座（3）固定，机座（3）在位于自转角度编码器（16）的两端对称固定有垂直设置的第一连接板（2）和第二连接板（14），第一连接板（2）的上部固定有仰俯液压摆动缸转轴（5-2），第二连接板（14）的上部固定有仰俯角度传感器（12），仰俯角度传感器（12）的转轴通过机械自锁固定有第一仰俯圆环（6），球笼式等速万向节（4）的第二传动轴（4-1）的上部连接有带有轴承（17）的侧摆端盖（9），侧摆端盖（9）在垂直与第一连接板（2）、第二连接板（14）连线的方向对称固定有第三连接板（8）和第四连接板（11），第三连接板（8）上设置有侧摆角度传感器（7），第四连接板（11）上固定有侧摆液压摆动缸（13），侧摆角度传感器（7）的转轴通过机械自锁固定有第二仰俯圆环（6-2），第二传动轴（4-1）的顶部通过键与紧固螺钉固接有末端法兰连接件（10），末端法兰连接件（10）上设置有能够与机器人的末端执行器连接的螺孔；仰俯液压摆动缸（5）动作时将驱动第一仰俯圆环（6）绕着第一连接板（2）和第二连接板（14）的轴向A-A转动，能够实现三自由度手腕的仰俯运动；侧摆液压摆动缸（13）动作时将驱动侧摆端盖（9）、第三连接板（8）和第四连接板（11）绕着第二仰俯圆环（6-1）的轴向B-B转动，能够实现三自由度手腕的侧摆运动，球笼式等速万向节（4）将跟随仰俯液压摆动缸（5）和侧摆液压摆动缸（13）的动作而做出相适应的角度调整，液压马达（1）动作时将驱动球笼式等速万向节（4）的第二传动轴（4-1）转动，能够实现三自由度手腕的自转运动，从而实现了仰俯、侧摆和自转三个主动输入运动的解耦使其三个自由度运动之间相互独立；通过仰俯角度传感器（12）能够采集仰俯液压摆动缸（5）动作的角度信号，进一步根据机构组件间的位置关系可得到仰俯圆环（6）绕着第一连接板（2）和第二连接板（14）的轴向A-A所转动的角度值，视为手腕的仰俯角度信号；通过侧摆角度传感器（7）能够采集侧摆液压摆动缸（13）动作的角度信号，进一步根据机构组件间的位置关系可得到侧摆端盖（9）、第三连接板（8）、第四连接板（11）绕着仰俯圆环（6）的轴向B-B所转动的角度值，视为手腕的侧摆角度信号；通过自转角度编码器（16）可采集到液压马达（1）动作的转角信号，进一步根据球笼式等速万向节（4）的第一传动轴（4-5）、第二传动轴（4-1）等速传动关系能够得到第二传动轴（4-1）所转动的角度值，视为手腕的自转角度信号；最后通过仰俯角度传感器（12）、侧摆角度传感器（7）和自转角度编码器（16）角度信号的反馈对仰俯液压摆动缸（5）、侧摆液压摆动缸（13）和液压马达（1）进行调节与控制，实现对液压作动器驱动的机器人手腕单元位姿的精确控制。

2.根据权利要求1所述的一种液压作动器驱动的机器人手腕单元，其特征在于：球笼式等速万向节（4）的传动比恒定不随传动角的变化而变化，能够实现第一传动轴（4-5）、第二传动轴（4-1）的等速传动，仰俯角度传感器（12）的转轴通过球笼式等速万向节（4）的转动中心与仰俯圆环（6）的形心重合。

3.根据权利要求1所述的一种液压作动器驱动的机器人手腕单元，其特征在于：机座（3）上开设有四个圆孔，用于手腕单元与机器人的大臂或小臂通过螺栓组实现固接。

4.根据权利要求1所述的一种液压作动器驱动的机器人手腕单元，其特征在于：末端法兰连接件（10）上设有四个圆孔，方便手腕与机器人的末端执行器通过螺栓组实现固接。

5.根据权利要求1所述的一种液压作动器驱动的机器人手腕单元，其特征在于：机座（3）底部设置有用于安放液压马达（1）的圆柱形槽，圆柱形槽的中部开设有供液压马达（1）输出轴伸出的圆孔，机座（3）的四个角设置为圆角且角部位置分别设有四个圆孔，方便手腕与机器人的大臂或小臂通过螺栓组实现固接。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的一种液压作动器驱动的机器人手腕单元，其特征在于：手腕单元在仰俯运动、侧摆运动和自转运动中的轴线能够汇聚于空间内的一点。