[发明专利]一种可变腔体气压机器人关节及其驱动系统与控制方法

权利要求书

1.一种可变腔体气压机器人关节，其特征在于：包括单作用气缸组、气缸固定板、吊环螺母组、钢丝绳锁扣组、螺钉组、下端小臂、钢丝绳组、导向轮组、导向轮轴组、钢丝绳连接键组、套筒组、轴承组、滚齿、侧面带孔圆螺母和关节连接件；

所述单作用气缸组通过外螺纹连接的方式将其安装于所述气缸固定板上端，所述下端小臂通过所述螺钉组连接的方式将其安装于所述气缸固定板下端，所述套筒组通过间隙配合的方式将其安装于所述下端小臂伸出轴上，所述轴承组通过过盈配合的方式将其安装于所述下端小臂伸出轴上，所述滚齿通过过盈配合的方式将其安装于所述轴承组上，所述侧面带孔圆螺母通过内螺纹连接的方式将其安装于所述下端小臂伸出轴末端，所述关节连接件通过所述螺钉组连接的方式将其安装于所述滚齿下端；

所述吊环螺母组通过内螺纹连接的方式将其安装于所述单作用气缸组活塞杆末端，所述导向轮组通过所述导向轮轴组连接的方式将其安装于所述下端小臂支撑孔上，导向轮与导向轮轴形成间隙配合，导向轮轴与支撑孔形成过盈配合；

所述钢丝绳组通过所述钢丝绳锁扣组连接的方式将其上端与所述吊环螺母组连接，其下端绕过所述导向轮组之后，再缠绕在所述滚齿槽内，其末端焊接所述钢丝绳连接键组，所述钢丝绳连接键组通过过渡配合的方式将其安装于所述滚齿键槽上：

所述滚齿上设有槽A、槽B、槽C和槽D以及键槽A、键槽B、键槽C和键槽D，所述下端小臂上设有支撑孔A、支撑孔B、支撑孔C和支撑孔D。

2.一种可变腔体气压机器人关节的驱动系统，用于驱动如权利要求1所述的可变腔体气压机器人关节，其特征在于：包括单作用气缸11、单作用气缸12、单作用气缸13、单作用气缸14、三位五通电磁换向阀I、三位五通电磁换向阀II、可调节流阀I、可调节流阀II、可调节流阀III、二位二通电磁换向阀I、二位二通电磁换向阀II、消声器I和消声器II；

所述单作用气缸11的有杆腔与所述三位五通电磁换向阀I的A口连通，所述单作用气缸12的有杆腔与所述三位五通电磁换向阀II的A口连通，所述单作用气缸13的有杆腔与所述三位五通电磁换向阀I的B口连通，所述单作用气缸14的有杆腔与所述三位五通电磁换向阀II的B口连通，所述可调节流阀I的P口与所述三位五通电磁换向阀I的R口连通，所述可调节流阀I的P口与所述三位五通电磁换向阀II的R口连通，所述可调节流阀II的P口与所述三位五通电磁换向阀I的S口连通，所述可调节流阀II的P口与所述三位五通电磁换向阀II的S口连通，所述可调节流阀I的A口通过消声器I与大气连通，所述可调节流阀II的A口通过消声器II与大气连通，所述二位二通电磁换向阀I的A口与所述三位五通电磁换向阀I的P口连通，所述二位二通电磁换向阀II的A口与所述三位五通电磁换向阀II的P口连通，所述可调节流阀III的A口与所述二位二通电磁换向阀I的P口连通，所述可调节流阀III的A口与所述二位二通电磁换向阀II的P口连通，所述可调节流阀III的P口与高压气路连通。

3.一种可变腔体气压机器人关节的控制方法，用于控制如权利要求2所述的可变腔体气压机器人关节的驱动系统，其特征在于：

当所述单作用气缸11、单作用气缸12中的一个或两个活塞杆缩回时，所述滚齿顺时针旋转，根据机器人关节实际所受负载大小，选择输出力矩最接近实际负载的一个或两个单作用气缸的有杆腔进行组合，然后控制所选单作用气缸的有杆腔对应的三位五通电磁换向阀的对应位通电，实现所选单作用气缸的有杆腔与对应的三位五通电磁换向阀的P口连通，最后控制所选单作用气缸的有杆腔对应的二位二通电磁换向阀的左位通电，实现所选单作用气缸的有杆腔与高压气路连通，从而实现所述关节连接件的输出力矩与实际负载力矩的匹配，同时，在其对应的三位五通电磁换向阀控制下，未被选中的单作用气缸13的有杆腔与所述可调节流阀II的P口连通，未被选中的单作用气缸14的有杆腔与所述可调节流阀II的P口连通，未被选中的单作用气缸11的有杆腔与其对应的三位五通电磁换向阀的P口连通，未被选中的单作用气缸12的有杆腔与其对应的三位五通电磁换向阀的P口连通；

当所述单作用气缸13、单作用气缸14中的一个或两个活塞杆缩回时，所述滚齿逆时针旋转，根据机器人关节实际所受负载大小，选择输出力矩最接近实际负载的一个或两个单作用气缸的有杆腔进行组合，然后控制所选单作用气缸的有杆腔对应的三位五通电磁换向阀的对应位通电，实现所选单作用气缸的有杆腔与对应的三位五通电磁换向阀的P口连通，最后控制所选单作用气缸的有杆腔对应的二位二通电磁换向阀的左位通电，实现所选单作用气缸的有杆腔与高压气路连通，从而实现所述关节连接件的输出力矩与实际负载力矩的匹配，同时，在其对应的三位五通电磁换向阀控制下，未被选中的单作用气缸11的有杆腔与所述可调节流阀I的P口连通，未被选中的单作用气缸12的有杆腔与所述可调节流阀I的P口连通，未被选中的单作用气缸13的有杆腔与其对应的三位五通电磁换向阀的P口连通，未被选中的单作用气缸14的有杆腔与其对应的三位五通电磁换向阀的P口连通。