CN108214543A - 一种多自由度驱动装置、机械臂和机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度驱动装置、机械臂和机器人，该多自由度驱动装置，包括：外壳；输出件，输出件一端设为球形面且设置在外壳内，另一端延伸设置于外壳外；一对第一限位块，其对称设置于输出件的球形面两侧，第一限位块一端面接触于输出件的球形面，另一端转动连接于外壳；输出件与外壳之间形成若干油腔，控制不同油腔内的油压差，使得输出件摆动或绕自身轴线转动。

Description

一种多自由度驱动装置、机械臂和机器人

技术领域

本发明涉及一种驱动装置，特别涉及一种多自由度驱动装置、机械臂和机器人。

背景技术

目前国内外的机器人多采用电机驱动，该电机占用空间大，且功能单一维护成本较高，更进一步的造成机器人的整体性能低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多自由度驱动装置、机械臂和机器人，采用液压驱动，使得机器人机构紧凑且机动性好。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多自由度驱动装置，其特点是，包括：

外壳；

输出件，所述的输出件一端设为球形面且设置在外壳内，另一端延伸设置于外壳外；

一对第一限位块，其对称设置于输出件的球形面两侧，所述的第一限位块一端面接触于输出件的球形面，另一端转动连接于外壳；

所述的输出件与外壳之间形成若干油腔，控制不同油腔内的油压差，使得所述输出件摆动或绕自身轴线转动。

还包括：

一第一衬垫，其设置于输出件球形面下方。

还包括：

一对第二限位块，其对称设置于所述第一衬垫两侧，所述的第二限位块一端面接触于第一衬垫，另一端固设于外壳上；

所述的第二限位块用于限位所述的第一衬垫，使得所述的第一衬垫与输出件绕着相同轴线转动。

所述的输出件包括：球体、与球体相连的转轴和设置于球体外侧的支撑座；

所述的球体、转轴与支撑座连为一体；

所述的支撑座两侧与外壳的内表面接触；

所述的一对第一限位块分别穿过所述支撑座并面接触于球体的球形面。

还包括一对第二衬垫，所述的一对第二衬垫面接触于输出件与外壳之间。

所述的输出件和第一衬垫与所述外壳之间形成两油腔，控制两油腔的油压差，使得所述的输出件自身轴线转动。

所述的输出件和第一限位块与所述外壳之间形成至少两油腔，控制所述两油腔内的油压差，使得所述的输出件绕着第一限位之间的轴线摆动。

所述的外壳包含相互对合设置的一对壳体。

一种机械臂，其特点是，包含上述的多自由度驱动装置。

一种机器人，包含设置有中央处理器、通信模块、电源模块的底部组件，其特点是，还包含上述的机械臂。

综上所述，本发明所述的多自由度驱动装置、机械臂和机器人，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的多自由度驱动装置，通过液压缸结构实现了输出件的两个自由度运动。

另一方面，液压驱动相比电机驱动来说，结构紧凑、功率质量比高、力矩大且具有自散热的特点，能够较大程度上提高机器人整体性能。

又一方面，本液压缸能够实现类似人体的膝关节和肘关节和腕关节的两个自由度的运动，能够使液压驱动的机器人结构更加紧凑，运动更加灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种多自由度驱动装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种多自由度驱动装置的俯视图；

图3为本发明一种多自由度驱动装置的主视图；

图4为本发明一种多自由度驱动装置的主视图左视图；

图5为本发明一种多自由度驱动装置的零件爆炸图；

图6a~6c为本发明一种多自由度驱动装置的密封原理图；

图7为本发明一种多自由度驱动装置另一实施例的整体结构示意图；

图8为本发明一种多自由度驱动装置另一实施例的俯视图；

图9为本发明一种多自由度驱动装置另一实施例的主视图；

图10为本发明一种多自由度驱动装置另一实施例的主视图左视图；

图11为本发明一种多自由度驱动装置另一实施例的零件爆炸图；

图12a~12c为本发明一种多自由度驱动装置另一实施例的密封原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合图1～图12c，以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

实施例1：

该实施例用于类似人体的膝关节和肘关节两个自由度的运动。

如图1~6c所示，一种多自由度驱动装置，包括：外壳1；输出件2，所述的输出件一端设为球形面且设置在外壳1内，另一端延伸设置于外壳1外；一对第一限位块3，其对称设置于输出件2的球形面两侧，所述的第一限位块3一端面接触于输出件2的球形面，另一端转动连接于外壳1；所述的输出件2与外壳1之间形成若干油腔，控制不同油腔内的油压差，使得所述输出件摆动或绕自身轴线转动。

所述的外壳1包含相互对合设置的一对壳体11，具体地，可通过螺栓将一对壳体11紧固在一起。

在具体实施例中，所述的多自由度驱动装置，还包括：一第一衬垫4，其设置于输出件球形面下方；一对第二限位块5，其对称设置于所述第一衬垫4两侧，所述的第二限位块5一端面接触于第一衬垫4，另一端固设于外壳1上；所述的第二限位块5用于限位所述的第一衬垫4，使得所述的第一衬垫4与输出件2绕着相同轴线转动。

具体地，如图2、3和4所示，所述的输出件2包括：球体21、与球体21相连的转轴22和设置于球体21外侧的支撑座23；所述的球体21、转轴22与支撑座23连为一体；所述的支撑座23两侧与外壳1的内表面接触；所述的一对第一限位块3分别穿过所述支撑座23并面接触于球体的球形面。

需要说明的是，所述的输出件2和第一衬垫4与所述外壳1之间形成两第一油腔，控制两油腔的油压差，使得所述的输出件2绕着第一限位块3之间的轴线摆动。该输出件2在此自由度上的运动范围为90°，运动范围可根据设计尺寸适当调整，调整过程在这里不再赘述。

同时，所述的输出件2和第一限位块3与所述外壳1之间形成两组第二油腔，控制所述两组油腔内的油压差，使得所述的输出件2绕输出件2的转轴22轴线转动，该输出件2在此自由度上的运动范围为60°，运动范围可根据设计尺寸适当调整，调整过程在这里不再赘述。

具体地，根据输出件2的形状以及第一限位块3确定四个第二油腔，对角线上的两个油腔功能相同，可以视为一组。

需要说明的是，与上述的油腔相配合，所述的多自由度驱动装置，还包括：若干个油腔口，其中第一油腔口51与两第一油腔相通，第二油腔口31设置在第一限位块3中且与两组第二油腔相通。

上述的多自由度驱动装置还设有密封槽6和7，该密封槽6用于实现自由度为1的两个第一油腔的密封，该密封槽7用于实现自由度为2的4个第二油腔的密封，具体应用时，可以在密封槽6和7内添加星形密封件或组合密封件等适应工作环境的密封件。

需要说明的是，上述的第一油腔口和第二油腔口的位置选择多种多样，可以根据装置的应用环境作适当调整，该多自由度驱动装置为紧密配合，各构件间彼此面接触的地方为润滑材料。

实施例2：

该实施例用于类似人体的腕关节运动。

参见图7~12c，作为实施例1的改变结构，本实施例中还提供了一种多自由度驱动装置，该驱动装置包括：外壳1、输出件2、一对第一限位块3、以及一对第二衬垫8，输出件一端设置在外壳1内，其中外壳1、输出件2和一对第一限位块3之间的连接关系与上述实施例中相同，所述的一对第二衬垫8面接触于输出件2与外壳1之间。

所述的输出件2和第二衬垫8与所述外壳1之间形成两第一油腔，控制所述两组油腔内的油压差，使得所述的输出件绕着第一限位块3之间的轴线运动，该输出件2在此自由度上的运动范围为110°，运动范围可根据设计尺寸适当调整。

同时，所述的输出件2和第一限位块3与所述外壳1之间形成两第二油腔，控制所述两个第二油腔内的油压差，使得所述的输出件2在第一限位块3之间的轴线与转轴22的轴线形成的平面内转动，即绕图7所示的垂直于支撑座的轴线转动，该输出件在此自由度上的运动范围为110°，运动范围可根据设计尺寸适当调整。

需要说明的是，与上述的油腔相配合，所述的多自由度驱动装置，还包括：若干个油腔口，其中第一油腔口51与两第一油腔相通，第二油腔口31设置在第一限位块3中且与两第二油腔相通，该多自由度驱动装置为紧密配合，各构件间彼此面接触的地方为润滑材料。

综上所述，本发明提供的多自由度驱动装置，采用液压驱动，使得机器人机构紧凑且机动性好。

以上结合附图1～12c描述了根据本发明实施例的多自由度驱动装置。进一步地，本发明还可以应用于机械臂和机器人，所述的机器人包含：设置有中央处理器、通信模块、电源模块的底部组件和机械臂。

本发明实施例提供的机械臂和机器人，与上述实施例提供的多自由度驱动装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”、“第二”、“第三”等关系术语（如果存在）仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种多自由度驱动装置，其特征在于，包括：

外壳；

输出件，所述的输出件一端设为球形面且设置在外壳内，另一端延伸设置于外壳外；

一对第一限位块，其对称设置于输出件的球形面两侧，所述的第一限位块一端面接触于输出件的球形面，另一端转动连接于外壳；

所述的输出件与外壳之间形成若干油腔，控制不同油腔内的油压差，使得所述输出件摆动或绕自身轴线转动。

2.如权利要求1所述的多自由度驱动装置，其特征在于，还包括：

一第一衬垫，其设置于输出件球形面下方。

3.如权利要求2所述的多自由度驱动装置，其特征在于，还包括：

一对第二限位块，其对称设置于所述第一衬垫两侧，所述的第二限位块一端面接触于第一衬垫，另一端固设于外壳上；

所述的第二限位块用于限位所述的第一衬垫，使得所述的第一衬垫与输出件绕着相同轴线转动。

4.如权利要求1所述的多自由度驱动装置，其特征在于，所述的输出件包括：球体、与球体相连的转轴和设置于球体外侧的支撑座；

所述的球体、转轴与支撑座连为一体；

所述的支撑座两侧与外壳的内表面接触；

所述的一对第一限位块分别穿过所述支撑座并面接触于球体的球形面。

5.如权利要求1所述的多自由度驱动装置，其特征在于，还包括一对第二衬垫，所述的一对第二衬垫面接触于输出件与外壳之间。

6.如权利要求1所述的多自由度驱动装置，其特征在于，所述的输出件和第一衬垫与所述外壳之间形成两油腔，控制两油腔的油压差，使得所述的输出件自身轴线转动。

7.如权利要求1所述的多自由度驱动装置，其特征在于，所述的输出件和第一限位块与所述外壳之间形成至少两油腔，控制所述两油腔内的油压差，使得所述的输出件绕着第一限位之间的轴线摆动。

8.如权利要求1所述的多自由度驱动装置，其特征在于，所述的外壳包含相互对合设置的一对壳体。

9.一种机械臂，其特征在于，包含如权利要求1-8任一项所述的多自由度驱动装置。

10.一种机器人，包含设置有中央处理器、通信模块、电源模块的底部组件，其特征在于，还包含权利要求9所述的机械臂。