CN107856029B - 一种电液混合驱动工业机械臂结构及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电液混合驱动工业机器人结构及控制系统，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，属于智能机械制造技术领域。Stm32控制器驱动电机带动腰部回转关节转动，致使整个机械臂转动，驱动电液伺服阀控制大臂2个液压缸运动，其运动过程相反实现大臂抬起和下降，前臂举升液压缸302伸长、缩短使其连接的机械手臂做抬起和下降运动，小臂回转液压缸402伸长或缩短时，使小臂401及其连接的手爪5前后摆动，爪部液压缸503的液压杆伸长或缩短时，在轴承、爪部连杆505的配合下，实现爪部臂511的张开与收回，光电编码器、位移传感器为系统提供反馈信息。

Description

一种电液混合驱动工业机械臂结构及控制系统

技术领域

本发明涉及智能机械制造技术领域，特别涉及一种机械手装置及控制系统，尤指一种电液混合驱动工业机械臂及控制系统。

背景技术

工业机器人是一种集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。工业机器人产品可广泛应用于各个领域，例如，汽车、轨道交通、电气电子、化学工程、机械工程、物流运输、医药、印刷出版等。尤其，在劳动强度大、环境恶劣、工作重复性高、人工技术及工作安全性不易保证的工作，都可以使用工业机器人代替。中国制造2025发布后，制造业普遍需要技术和设备升级改造，以增强竞争力，提高经济效益，工业机器人作为先进制造业中的重要装备和手段，必然会促使越来越多的企业掀起使用机器人的风潮。

工业机器人是工业生产中的一种主要自动化设备。现有的工业机器人多以电机或者液压驱动为主。例如专利CN103978476B中提及了一种台式工业机器人，其驱动采用3个电机进行驱动，电机驱动方式的机器人，受到电机驱动扭矩的限制，则是靠增大减速比来提高电机的带负载能力，增大减速比无疑会增加减速机的体积，势必会增大机器人的体积，显然对工业机器人的应用是不利的。而中国专利文献CN1035380701A公开了一种5自由度液压伺服机械手，该机械手在关节驱动中使用了双缸电液伺服同步驱动、双马达电液伺服同步驱动以及平行四边形闭环结构，而中国专利文献CN20346081U公开了一种具有5个活动关节和一个抓手的多关节液压机械臂结构，它们的作业空间、活动范围小，灵活空间有待于进一步提高。专利CN104647365B中提及了一种液压驱动多关节工业机器人，具有负载/自重比大的特点，但其连杆结构安装过于复杂。

发明内容

本发明针对现有工业机器人存在的不足，提供一种采用电液混合驱动、负载能力强、且具有较大的作业空间的多关节工业机械臂。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

电液混合驱动的工业机械臂结构包括腰部回转关节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；所述的腰部回转关节1包括底座101、腰部外壳I、II102、107、螺栓螺母套件I103、弹簧垫圈104、地脚螺栓定位孔105、连接螺钉106、圆锥滚子轴承I、II108、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、平键115、轴套116、电机安装定位孔117、电机固定螺栓118、光电编码器119；所述的底座101均等地分布着8个地脚螺栓定位孔，为固定工业机械臂，在地面上预埋8个地脚螺栓，底座101的8个螺栓定位孔105穿过预埋的8个地脚螺栓并通过锁紧螺母锁紧；所述的腰部外壳I102通过螺栓螺母套件I103、弹簧垫圈104与底座101固联在一起，所述的腰部外壳II107通过连接螺钉106与腰部外壳I102固联在一起，腰部外壳I、II102、107与底座101固连成了一个整体；所述的腰部外壳I102上有电机安装定位孔117，驱动电机110输出轴穿过定位孔117，并通过4个电机固定螺栓118将驱动电机110固定在腰部外壳I102上，为回转关节转动提供动力；所述的驱动电机110的输出轴上通过平键固定安装了小齿轮111，驱动电机110的尾部安装有光电编码器119，用于获取电机的旋转角度；所述的腰部主轴114上依次安装有圆锥滚子轴承I、II108、109、轴套116、双片薄齿轮112、锁紧螺母113，双片薄齿轮112通过平键115安装在腰部主轴114上，双片薄齿轮112与小齿轮111啮合，双片薄齿轮错齿有利于消除齿侧间隙，可增加往复回旋精度；所述的腰部主轴114带有轴肩，轴肩压紧圆锥滚子轴承I108内圈的端面，圆锥滚子轴承I108的外圈与腰部外壳II107贴合；所述的轴套116的一端顶在圆锥滚子轴承II109的内圈，轴套116的另一端顶在双片薄齿轮112的端面，双片薄齿轮圆锥滚子轴承II109的外圈与腰部外壳II107贴合，圆锥滚子轴承I、II 108、109由腰部外壳II107分隔开来；所述的锁紧螺母113通过固定在腰部主轴114的下端，锁紧螺母113一端顶在双片薄齿轮112的端面上，以使得圆锥滚子轴承I、II 108、109、轴套116、双片薄齿轮112紧紧地压在腰部主轴114的轴肩上；所述的腰部主轴114的端面有4个带有内螺纹的盲孔，4个螺栓螺母套件II203、弹簧垫圈202将腰部主轴114与臂部底座201连接在一起，在电机110的动力作用下，经小齿轮111与双片薄齿轮112对啮、圆锥滚子轴承I、II108、109带动腰部主轴114及臂部底座201一起回转，进而可以带动与臂部底座201固接的机械臂一起回转。

所述的大臂回转关节2包括臂部底座201、弹簧垫圈202、螺栓螺母套件II203、大臂204、大臂举升液压缸I、II205、206、螺栓螺母套件III207、前臂举升液压缸大臂定位孔208、回转关节大臂定位孔210、大臂举升液压缸大臂定位孔I、II209、211、大臂举升液压缸固定螺栓I、II、III、IV212、213、214、215、大臂举升液压缸臂部底座定位孔I、II216、217、回转关节臂部底座定位孔218、大臂举升液压缸圆形定位孔I、II、III、IV219、220、221、222、前臂回转关节大臂定位孔223、大臂举升液压缸位移传感器I、II224、225；所述的大臂举升液压缸I205圆形定位孔I、II219、220，所述的大臂举升液压缸II206圆形定位孔III、IV221、222，所述的大臂举升液压缸固定螺栓III214穿过大臂举升液压缸I205一端的圆形定位孔I219、大臂举升液压缸臂部底座定位孔II217将大臂举升液压缸I205与臂部底座201固接在一起，所述的大臂举升液压缸位移传感器I224安装在大臂举升液压缸I205上，用于检测大臂举升液压缸I205液压杆伸长变化量；所述的大臂举升液压缸固定螺栓IV215穿过大臂举升液压缸I205一端的圆形定位孔II220、大臂举升液压缸臂部底座定位孔I209将大臂举升液压缸I205与大臂204固连在一起，所述的大臂举升液压缸位移传感器II225安装在大臂举升液压缸II206上，用于检测大臂举升液压缸II206液压缸伸长变化量；所述的大臂举升液压缸固定螺栓I212穿过大臂举升液压缸II206一端的圆形定位孔VII221、大臂举升液压缸臂部底座定位孔I216将大臂举升液压缸II206与臂部底座201固接在一起；所述的大臂举升液压缸固定螺栓II213穿过大臂举升液压缸II206一端的圆形定位孔VIII222、大臂举升液压缸臂部底座定位孔II211将大臂举升液压缸II206与大臂204固连在一起；所述的大臂204的回转关节大臂定位孔210内安有轴承，螺栓螺母套件III207依次穿过臂部底座201的回转关节臂部底座定位孔218、大臂204的回转关节大臂定位孔210内的轴承内孔，将大臂204与臂部底座201连接起来，在大臂204上还具有前臂举升液压缸302的定位孔208，大臂的前端还具有前臂回转关节大臂定位孔223，用于将前臂301与大臂204固接在一起；所述的大臂举升液压缸I、 II 205、206的运动过程是相反的，当大臂举升液压缸I205伸长、大臂举升液压缸II206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I205缩短、大臂举升液压缸II206伸长时，则大臂204及其连接的机械手臂做下降运动。

所述的前臂回转关节3包括前臂301、前臂举升液压缸302、螺栓螺母套件IV303、小臂液压缸定位孔305、前臂回转关节定位孔306、前臂举升液压缸前臂定位孔307、小臂回转关节前臂定位孔308、前臂举升液压缸圆形定位孔I、II309、310、前臂举升液压缸固定螺栓I、II304、311、前臂举升液压缸位移传感器312、前臂固定螺栓螺母套件V313；所述的前臂回转关节定位孔306内安有轴承，前臂固定螺栓螺母套件V313依次穿过前臂回转关节大臂定位孔223、前臂回转关节定位孔306内的轴承内孔，将大臂204与前臂301连在一起；所述的前臂举升液压缸固定螺栓II311依次穿过前臂举升液压缸302的液压缸圆形定位孔II310、前臂举升液压缸大臂定位孔I208，将前臂举升液压缸302一端固定在大臂204上；所述的前臂举升液压缸固定螺栓I304依次穿过前臂举升液压缸302的液压缸圆形定位孔I309、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、II403、406、小臂回摆液压缸圆形定位孔I、II404、405、小臂回摆液压缸小臂定位孔407、小臂回转关节定位孔408、安有轴承的螺栓螺母套件VI409、小臂法兰定位孔410、小臂法兰紧固螺栓411、小臂回摆液压缸位移传感器412；所述的小臂回转关节定位孔408内安有轴承，安有轴承的螺栓螺母套件VI409依次穿过小臂回转关节前臂定位孔308、小臂回转关节定位孔408内的轴承内孔，将小臂401与前臂301固连在一起；所述的小臂回摆液压缸固定螺栓I403依次穿过位于前臂上的小臂液压缸定位孔305、小臂回摆液压缸402的圆形定位孔I404，将小臂回摆液压缸一端固定在前臂上；所述的小臂回摆液压缸固定螺栓II406依次穿过位于前臂上的小臂回转关节前臂定位孔308、小臂回摆液压缸402的圆形定位孔II405，将小臂回摆液压缸一端固定在小臂401上；所述的小臂回摆液压缸402上安装小臂回摆液压缸位移传感器412，用于检测小臂回摆液压缸402液压杆伸长变化量；所述的小臂401前端有法兰，小臂法兰紧固螺栓411穿过法兰定位孔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。

所述的手爪5包括爪部底座501、爪部液压缸固定销502、爪部液压缸503、紧定螺钉504、爪部连杆505、爪尖弹垫506、爪部连杆紧定定位孔507、紧定螺母508、紧定螺栓螺母套件I、II509、512、爪部液压缸支撑底板510、爪部臂511、油管进出口及爪部液压缸固定销安装定位孔513、爪部底座法兰定位孔514、爪部连杆紧定片515、爪部臂定位孔I、II516、517、爪部臂爪部底座定位孔518；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；所述的爪部臂定位孔I、II516、517内部安装有轴承，所述的紧定螺栓螺母套件II512依次穿过爪部臂定位孔I516内的轴承内孔、爪部底座501上的爪部臂爪部底座定位孔518，将爪部臂511与爪部底座501联结在一起；所述的紧定螺栓螺母套件I509穿过爪部臂定位孔II517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；所述的爪部连杆紧定片515通过紧固螺栓与爪部连杆505联结在一起，并通过紧定螺母508夹紧；所述的爪部液压缸支撑底板510通过紧定螺钉504与爪部底座501固连在一起；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；所述的爪部液压缸503的液压杆伸长或缩短时，在爪部臂定位孔I、II516、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。

所述的大臂举升液压缸I、II205、206、前臂举升液压缸302、小臂回摆液压缸402、爪部液压缸503的有杆腔与无杆腔均有油孔，通过油管、电液伺服阀与液压油箱6的管路系统连接起来；所述的驱动电机110上安装有光电编码器119，用于检测工业机械臂回转角度；所述的大臂举升液压缸I、II205、206安装有位移传感器I、II224、225，前臂举升液压缸302安装有位移传感器312，小臂回摆液压缸402安装有位移传感器412，爪部液压缸503安装有位移传感器519，用于检测各个液压缸的位移量。

所述的液压油箱6采用方形结构，包括液压泵601、冷却器602、电动机603、蓄能器604、油箱清洗盖605、联轴器606、过滤器607、电控箱608、箱体609，箱体609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，通过油管、电液伺服阀与各液压缸连接起来；所述的液压油箱6箱体609的上端盖布置了液压泵601、冷却器602、电动机603、联轴器606，侧壁分别布置了蓄能器604、油箱清洗盖605、电控箱608；所述的液压泵601通过联轴器606与电动机603连接起来，液压泵601用于将电动机603输出的机械能转成液压能为系统提供压力油；所述的冷却器602安装于回油管路中，用于控制液压油的温度；所述的蓄能器604作为辅助能源既可以为吸收液压冲击也可以补偿液压泄漏及保持系统恒压；所述的过滤器607安装于液压油泵吸油口、出油口以及液压回油管路中，清除液压油中的杂质，保持液压油清洁；所述的电控箱608为液压系统电动机603、阀控系统、驱动电机110供电。

所述的控制系统7包括stm32核心控制板707、腰部回转关节光电编码器处理电路701、大臂举升液压缸I205位移传感器处理电702、大臂举升液压缸II206位移传感器处理电路703、前臂举升液压缸302位移传感器处理电路704、小臂回摆液压缸402位移传感器处理电路705、爪部液压缸503位移传感器处理电路706、颤振信号发生器708，所述的腰部回转关节光电编码器处理电路701可以获得电机的旋转角度，根据给定的回转关节的角度进行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；所述的大臂举升液压缸I、II205、206、前臂举升液压缸302、小臂回摆液压缸402、爪部液压缸503上均安装有位移传感器，位移传感器电路对位移信号进行处理后进入stm32核心控制板707的AD端口进行采集，根据给定的各液压缸的伸长量进行偏差计算并进行PID调节后得出电液伺服阀阀控DA信号，为对电液伺服阀进行死区非线性补偿，对阀控DA信号与颤振信号发生器708、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方向，颤振信号的频率为200Hz的正弦波。

本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明结构简洁，各部分连接可靠；电机驱动具有灵活、快速的优点，液压驱动可输出大的推力或大转矩，可实现低速大吨位运动，负载与自身重量比值大，使用效果好，便于推广应用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明电液混合驱动工业机械臂结构主视图；

图2为本发明电液混合驱动工业机械臂结构俯视图；

图3为本发明回转关节结构示意图；

图4为本发明大臂回转关节结构示意图；

图5为本发明大臂结构示意图；

图6为本发明前臂、小臂、手爪结构示意图

图7为本发明前臂结构示意图；

图8为本发明小臂部底座结构示意图；

图9为本发明臂部底座结构示意图；

图10为本发明爪部结构示意图；

图11为本发明爪部臂结构示意图；

图12为本发明臂部底座结构示意图；

图13为本发明大臂回转关节、前臂回转关节、小臂回转关节液压缸结构示意图；

图14为本发明液压油箱结构主视图；

图15为本发明液压油箱结构俯视图；

图16为本发明液压油箱结构左视图；

图17为本发明控制系统结构框图；

图18为本发明颤振信号发生器电路图；

图19为本发明电液伺服阀驱动电路图。

图中：1、腰部回转关节、2、大臂回转关节3、前臂回转关节、4、小臂回转关节、5、手爪、 101、底座、102、107腰部外壳I、II、103、螺栓螺母套件I、104、弹簧垫圈、105、地脚螺栓定位孔、106、连接螺钉、108、109圆锥滚子轴承I、II、110、驱动电机、111、小齿轮、112、双片薄齿轮、113、锁紧螺母、114、腰部主轴、115、平键、116、轴套、117、电机安装定位孔、118、电机固定螺栓、119、光电编码器、201、臂部底座、202、弹簧垫圈、203、螺栓螺母套件II、204、大臂、205、206大臂举升液压缸I、II、207、螺栓螺母套件III、208、前臂举升液压缸大臂定位孔、210、回转关节大臂定位孔、218、回转关节臂部底座定位孔、212、213、214、215大臂举升液压缸固定螺栓I、II、III、IV、209、211大臂举升液压缸大臂定位孔I、II、216、217大臂举升液压缸臂部底座定位孔 I、II、219、220、221、222大臂举升液压缸圆形定位孔I、II、III、IV、223、前臂回转关节大臂定位孔、224、225大臂举升液压缸位移传感器I、II、301、前臂302、前臂举升液压缸、303、螺栓螺母套件IV、304、311前臂举升液压缸固定螺栓I、II、305、小臂液压缸定位孔、306、前臂回转关节定位孔、307、前臂举升液压缸前臂定位孔、308、小臂回转关节前臂定位孔、309、310前臂举升液压缸圆形定位孔、312、前臂举升液压缸位移传感器、313、前臂固定螺栓螺母套件V、401、小臂、402、小臂回摆液压缸、403、406小臂回摆液压缸固定螺栓I、II、404、405小臂回摆液压缸圆形定位孔I、II、407、小臂回摆液压缸小臂定位孔、408、小臂回转关节定位孔、409、安有轴承的螺栓螺母套件VI、410、小臂法兰定位孔、411、小臂法兰紧固螺栓、412、小臂回摆液压缸位移传感器、501、爪部底座、502、爪部液压缸固定销、503、爪部液压缸、504、紧定螺钉、505、爪部连杆、506、爪尖弹垫、507、爪部连杆紧定定位孔、508、紧定螺母、509、512、紧定螺栓螺母套件I、II、510、爪部液压缸支撑底板、511、爪部臂、513、油管进出口及爪部液压缸固定销安装定位孔、514、爪部底座法兰定位孔、515、爪部连杆紧定片、516、517爪部臂定位孔I、II、518、爪部臂爪部底座定位孔、519、爪部液压缸位移传感器、601、液压泵、602、冷却器、603、电动机、604、蓄能器605、油箱清洗盖、606、联轴器、607、过滤器、608、电控箱、609、箱体、701、腰部回转关节光电编码器处理电路、702、大臂举升液压缸I位移传感器处理电路、703、大臂举升液压缸II位移传感器处理电路、704、前臂举升液压缸位移传感器处理电路、705、小臂回摆液压缸位移传感器处理电路、706、爪部液压缸位移传感器处理电路、707、stm32核心控制板、708、颤振信号发生器。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1、图2、图3、图12，本发明提供一种采用电液混合驱动工业机械臂结构，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；底座101上有8个螺栓定位孔105，为固定工业机械臂，在地面上预埋8个地脚螺栓，底座101的8个螺栓定位孔105穿过预埋的8个地脚螺栓并通过锁紧螺母锁紧；腰部外壳I102与腰部外壳II107通过6个连接螺钉106固联在一起，腰部外壳I102与底座101通过螺栓螺母套件103、弹簧垫圈104固联在一起，底座101、腰部外壳I、II102、107固连成了一个整体，作为整个腰部支撑回转机构的主体，用于支撑所安装的驱动电机110、保护圆锥滚子轴承I、II108、109、小齿轮111以及双片薄齿轮112，同时，与臂部底座201通过螺栓螺母套件II203固定在一起，进而保证在腰部回转机构转动时可以带动与臂部底座201固接的机械臂一起回转；回转关节转动所需的动力由驱动电机110提供，驱动电机110输出轴穿过定位孔117，驱动电机110的输出轴上通过平键固定安装了小齿轮111，并通过4个电机固定螺栓118将驱动电机110固定在腰部外壳I102上，腰部主轴114上依次安装有圆锥滚子轴承I、II108、109、轴套116、双片薄齿轮112、锁紧螺母113，双片薄齿轮112通过平键115安装在腰部主轴114上，且双片薄齿轮112与小齿轮111啮合，将驱动电机110所输出的动力传递出去，双片薄齿轮错齿有利于消除齿侧间隙，可增加往复回旋精度，驱动电机110的尾部安装有光电编码器119，用于获取电机的旋转角度；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I102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I102、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II107，并使得圆锥滚子轴承I 108紧靠在腰部外壳II107上，而后将圆锥滚子轴承II109、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103、弹簧垫圈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202、螺栓螺母套件II203与两个装配体组合体联结在一起；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、II108、109带动腰部主轴114及臂部底座201一起回转，进而可以带动与臂部底座201固接的机械臂一起回转。

参见图1、图4、图5、图12、图13，大臂回转关节2的动力来自于大臂举升液压缸I、II205、206，大臂举升液压缸I205圆形定位孔I、II219、220，大臂举升液压缸II206圆形定位孔III、IV221、222，大臂举升液压缸固定螺栓III214穿过大臂举升液压缸I205一端的圆形定位孔I219、大臂举升液压缸臂部底座定位孔II217将大臂举升液压缸I205与臂部底座201固接在一起，大臂举升液压缸位移传感器I224安装在大臂举升液压缸I205上，用于检测大臂举升液压缸I205液压杆伸长变化量；大臂举升液压缸固定螺栓IV215穿过大臂举升液压缸I205一端的圆形定位孔II220、大臂举升液压缸臂部底座定位孔I209将大臂举升液压缸I205与大臂204固连在一起；大臂举升液压缸固定螺栓I212穿过大臂举升液压缸II206一端的圆形定位孔VII221、大臂举升液压缸臂部底座定位孔I216将大臂举升液压缸II206与臂部底座201固接在一起，大臂举升液压缸位移传感器II225安装在大臂举升液压缸II206上，用于检测大臂举升液压缸II206液压缸伸长变化量；大臂举升液压缸固定螺栓II213穿过大臂举升液压缸II206一端的圆形定位孔VIII222、大臂举升液压缸臂部底座定位孔II211将大臂举升液压缸II206与大臂204固连在一起；大臂204的回转关节大臂定位孔210内安有轴承，螺栓螺母套件III207依次穿过臂部底座201的回转关节臂部底座定位孔218、大臂204的回转关节大臂定位孔210内的轴承内孔，将大臂204与臂部底座201连接起来，在大臂204上还具有前臂举升液压缸302的定位孔208，大臂的前端还具有前臂回转关节大臂定位孔223，用于将前臂301与大臂204固接在一起；大臂举升液压缸I、 II 205、206的运动过程是相反的，当大臂举升液压缸I205伸长、大臂举升液压缸II206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I205缩短、大臂举升液压缸II206伸长时，则大臂204及其连接的机械手臂做下降运动。

参见图6、图7、图8、图9、图13，前臂回转关节3的动力来自前臂举升液压缸302、小臂回转关节4的动力来自小臂小臂回摆液压缸402；前臂回转关节定位孔306内安有轴承，前臂固定螺栓螺母套件V 313依次穿过前臂回转关节大臂定位孔223、前臂回转关节定位孔306内的轴承内孔，将大臂204与前臂301连在一起；前臂举升液压缸固定螺栓I311依次穿过前臂举升液压缸302的液压缸圆形定位孔II310、前臂举升液压缸大臂定位孔I208，将前臂举升液压缸302一端固定在大臂204上；前臂举升液压缸固定螺栓I304依次穿过前臂举升液压缸302的液压缸圆形定位孔I309、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；小臂回转关节定位孔408内安有轴承，螺栓螺母套件VI409依次穿过小臂回转关节前臂定位孔308、小臂回转关节定位孔408内的轴承内孔，将小臂401与前臂301固连在一起；小臂回摆液压缸固定螺栓I403依次穿过位于前臂上的小臂液压缸定位孔305、小臂回摆液压缸402的圆形定位孔I404，将小臂回摆液压缸一端固定在前臂上；小臂回摆液压缸固定螺栓II406依次穿过位于前臂上的小臂回转关节前臂定位孔308、小臂回摆液压缸402的圆形定位孔II405，将小臂回摆液压缸一端固定在小臂401上；小臂401前端有法兰，小臂法兰紧固螺栓411穿过法兰定位孔410、爪部底座法兰定位孔514将手爪5与小臂401联结在一起；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，小臂回摆液压缸402上安装小臂回摆液压缸位移传感器412，用于检测小臂回摆液压缸402液压杆伸长变化量；当前臂举升液压缸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，而小臂回摆液压缸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。

参见图9、图10、图11、图13，手爪5的爪部臂511的张开与闭合，其动力来自爪部液压缸503，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；爪部臂定位孔I、II516、517内部安装有轴承，紧定螺栓螺母套件II512依次穿过爪部臂定位孔I516内的轴承内孔、爪部底座501上的爪部臂爪部底座定位孔518，将爪部臂511与爪部底座501联结在一起；紧定螺栓螺母套件I509穿过爪部臂定位孔II517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；爪部连杆紧定片515通过紧固螺栓与爪部连杆505联结在一起，并通过紧定螺母508夹紧；爪部液压缸支撑底板510通过紧定螺钉504与爪部底座501固连在一起；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；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，爪部液压缸503的液压杆伸长或缩短时，在爪部臂定位孔I、II516、517内安装的轴承、爪部连杆505的配合下，即可实现爪部臂511的张开与闭合。

参见图1、图13、图14、图15、图16，在驱动电机111、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提供的动力下，爪部液压缸503用于调整手爪的张开或闭合的角度；根据工业机械臂的运动学，可以得到电液混合驱动的工业机械臂的工作空间，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采用液压油驱动，液压油存储在油箱6中。

参见图1、图14、图15、图16，大臂举升液压缸I、II205、206、前臂举升液压缸302、小臂回摆液压缸402、爪部液压缸503的有杆腔与无杆腔均有油孔，通过油管、电液伺服阀与液压油箱6的管路系统连接起来；液压油箱6采用方形结构，包括液压泵601、冷却器602、电动机603、蓄能器604、油箱清洗盖605、联轴器606、过滤器607、电控箱608、箱体609，箱体609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，通过油管、电液伺服阀与各液压缸连接起来；液压油箱6箱体609的上端盖布置了液压泵601、冷却器602、电动机603、联轴器606，侧壁分别布置了蓄能器604、油箱清洗盖605、电控箱608；液压泵601通过联轴器606与电动机603连接起来，液压泵601用于将电动机603输出的机械能转成液压能为系统提供压力油；回油管路穿过冷却器602，用于控制回到油箱液压油的温度；蓄能器604作为辅助能源既可以为吸收液压冲击也可以补偿液压泄漏及保持系统恒压；过滤器607安装于液压油泵吸油口、出油口以及液压回油管路中，清除液压油中的杂质，保持液压油清洁；电控箱608为液压系统电动机603、阀控系统、驱动电机110供电。

参见图1、图17、图18、图19，控制系统7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、大臂举升液压缸I205位移传感器处理电702、大臂举升液压缸II206位移传感器处理电路703、前臂举升液压缸302位移传感器处理电路704、小臂回摆液压缸402位移传感器处理电路705、爪部液压缸503位移传感器处理电路706分别进入stm32核心控制板， stm32核心处理器进行解算后输出所需要的电机控制信号以及阀控DA信号，电机控制信号控制驱动电机110、阀控DA信号通过电液伺服阀控制大臂举升液压缸I205、大臂举升液压缸II206、前臂举升液压缸302、小臂回摆液压缸402、爪部液压缸503的动作；颤振信号发生器708叠加到阀控DA信号对电液伺服阀进行死区非线性补偿，颤振信号的频率为200Hz的正弦波。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

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。

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