CN109623870A - 一种新型矢量控制旋转关节 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型矢量控制旋转关节，其结构简单、体积微小、便于集成化、低摩擦、高可靠性。其包括关节安装壳体、第一伺服缸、第二伺服缸、输出轴，所述关节安装壳体内形成安装内腔，所述关节安装壳体的安装内腔的对应侧分别固装有第一伺服缸的第一缸体、第二伺服缸的第二缸体，所述输出轴贯穿所述关节安装壳体的输出孔后外凸，所述第一伺服缸的第一活塞杆枢接第一传动轴的一端，所述第二伺服缸的第二活塞杆枢接第二传动轴的一端，所述输出轴的位于所述安装内腔的内端面设置有铰接中心，所述铰接中心和所述输出轴的中心成偏心布置，所述第一传动轴的另一端、第二传动轴的另一端分别铰接于所述铰接中心。
Description
技术领域
本发明涉及机器人关节的技术领域，具体为一种新型矢量控制旋转关节。
背景技术
机器人关节作为机器人系统的关键机构，它既是机器人的驱动执行机构，也是机器人的能量转换机构，它将机器人的电气部分或液压部分与机器人的机械部分连接起来，实现了电-机、电-液-机信号的转换与放大，其性能在很大程度上决定了整个机器人系统的性能，尤其是对其运动的准确性、响应性等有重大影响。
目前，能实现负载旋转运动的关节有以下两大类：
1)电机直接驱动，无需任何变速机构，可实现负载的旋转运动。但随着输出扭矩要求的提高，电机功率必然增大，价格也必然增加。
2)电机加机械转换即构(包括各式减速机)均是采用机械结构实现负载的旋转运动。结构复杂、体积不易轻量化。
3)液压马达，无需任何变速机构，可实现负载的旋转运动。但加工制造工艺复杂、价格昂贵。
因此在机器人领域急需自主开发一款体积小、重量轻、便于集成且使用寿命极度可靠的高频响的机器人关节，特别是一种新型矢量控制旋转关节。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种新型矢量控制旋转关节，其结构简单、体积微小、便于集成化、低摩擦、高可靠性。
一种新型矢量控制旋转关节，其特征在于：其包括关节安装壳体、第一伺服缸、第二伺服缸、输出轴，所述关节安装壳体内形成安装内腔，所述关节安装壳体的安装内腔的对应侧分别固装有第一伺服缸的第一缸体、第二伺服缸的第二缸体，所述输出轴贯穿所述关节安装壳体的输出孔后外凸，所述第一伺服缸的第一活塞杆枢接第一传动轴的一端，所述第二伺服缸的第二活塞杆枢接第二传动轴的一端，所述输出轴的位于所述安装内腔的内端面设置有铰接中心，所述铰接中心和所述输出轴的中心成偏心布置，所述第一传动轴的另一端、第二传动轴的另一端分别铰接于所述铰接中心，所述第一传动轴的另一端、第二传动轴的另一端空间上层叠布置，所述第一活塞杆、第二活塞杆在空间上成90°～170°布置，所述第一伺服缸、第二伺服缸的输入端分别外接于控制器。
其进一步特征在于：
所述输出轴的位于所述安装内腔的部分设置有传动转盘，所述传动转盘的内端面上设置有一侧凸连接轴，所述侧凸连接轴即为铰接中心，所述侧凸连接轴和输出轴的中心轴平行、但不同轴设置，所述第一传动轴的另一端、第二传动轴的另一端分别套接于所述侧凸连接轴；
所述关节安装壳体包括底座、上盖，所述底座、上盖拼合后分别形成有第一伺服缸安装腔、第二伺服缸安装腔，所述第一缸体固装于所述第一伺服缸安装腔，所述第二缸体固装于所述第二伺服缸安装腔；
所述第一活塞杆的进给量确保第一传动轴驱动侧凸连接轴绕着所述输出轴的中心轴绕转360°，所述第二活塞杆的进给量确保第二传动轴驱动侧凸连接轴绕着所述输出轴的中心轴绕转360°；
所述输出轴通过第一轴承定位于所述输出孔，确保输出轴的正常转动；
所述第一传动轴的两端分别设置有第二轴承，所述第一活塞杆的输出端设置有垂直的第一连接杆，所述第一连接杆定位连接位于所述第一传动轴一端的第二轴承的内圈，所述第二传动轴的两端分别设置有第三轴承，所述第二活塞杆的输出端设置有垂直的第二连接杆，所述第二连接杆定位连接位于所述第二传动轴一端的第三轴承的内圈，所述第一传动轴的另一端的第二轴承的内圈、第二传动轴的另一端的第三轴承的内圈分别固套于所述侧凸连接轴上，其使得活塞杆传动动力的过程中，摩擦小，确保整个结构的运行寿命；
所述第一液压缸还包括有第一导向支座，所述第一活塞杆沿着第一导向支座直线伸缩，所述第二液压缸还包括有第二导向支座，所述第二活塞杆沿着第二导向支座直线伸缩；
优选地，所述第一活塞杆、第二活塞杆在空间上成90°布置；
优选地，所述第一活塞杆、第二活塞杆在空间上成170°布置。
采用本发明后，两个伺服缸在空间成90°～170°布置，两个伺服缸的活塞杆通过各自的传动轴铰接于输出轴，控制信号设定为正值时，由其中一个伺服缸伸出驱动其传动轴围绕铰接中心做顺时针运动，另一个伺服缸缩回驱动其传动轴围绕铰接中心做顺时针运动，从而带动输出轴做顺时针运动；控制信号设定为负值时，由其中一个伺服缸缩回驱动其传动轴围绕铰接中心做逆时针运动，另一个伺服缸伸出时驱动其传动轴围绕铰接中心做逆时针运动，从而带动输出轴做逆时针运动；通过对两个伺服缸运动的矢量控制，实现两个伺服缸的交替组合运动，从而带动输出轴360°旋转。在输出轴上接入负载，就实现了负载的旋转运动；其结构简单、体积微小、便于集成化、低摩擦、高可靠性。
附图说明
图1为本发明的具体实施例一结构示意简图；
图2为图1的A-A剖结构示意图；
图3为本发明的具体实施例二结构示意简图；
图4为图3的B-B剖结构示意图；
图中序号所对应的名称如下：
关节安装壳体1、安装内腔101、输出孔102、底座103、上盖104、第一伺服缸安装腔105、第二伺服缸安装腔106、第一伺服缸2、第一缸体201、第一活塞杆202、第一连接杆203、第一导向支座204、第二伺服缸3、第二缸体301、第二活塞杆302、第二连接杆303、第二导向支座304、输出轴4、传动转盘41、第一传动轴5、第二传动轴6、侧凸连接轴7、控制器8、第一轴承9、第二轴承10、第三轴承11。
具体实施方式
一种新型矢量控制旋转关节，见图1-图4：其包括关节安装壳体1、第一伺服缸2、第二伺服缸3、输出轴4，关节安装壳体1内形成安装内腔101，关节安装壳体1的安装内腔101内的对应侧分别固装有第一伺服缸2的第一缸体201、第二伺服缸3的第二缸体301，输出轴4贯穿关节安装壳体1的输出孔102后外凸，第一伺服缸2的第一活塞杆202枢接第一传动轴5的一端，第二伺服缸3的第二活塞杆302枢接第二传动轴6的一端，输出轴4的位于安装内腔101的内端面设置有铰接中心，铰接中心和输出轴4的中心成偏心布置，第一传动轴5的另一端、第二传动轴6的另一端分别铰接于铰接中心，第一传动轴5的另一端、第二传动轴6的另一端空间上层叠布置，第一活塞杆202、第二活塞杆302在空间上成90°～170°布置，第一伺服缸2、第二伺服缸3的输入端分别外接于控制器8。
输出轴4的位于安装内腔101的部分设置有传动转盘41，传动转盘41的内端面上设置有一侧凸连接轴7，侧凸连接轴7即为铰接中心，侧凸连接轴7和输出轴4的中心轴平行、但不同轴设置，第一传动轴5的另一端、第二传动轴6的另一端分别套接于侧凸连接轴7；
关节安装壳体1包括底座103、上盖104，底座103、上盖104拼合后分别形成有第一伺服缸安装腔105、第二伺服缸安装腔106，第一缸体201固装于第一伺服缸安装腔105，第二缸体301固装于第二伺服缸安装腔106；
第一活塞杆202的进给量确保第一传动轴5驱动侧凸连接轴7绕着输出轴4的中心轴绕转360°，第二活塞杆302的进给量确保第二传动轴6驱动侧凸连接轴7绕着输出轴4的中心轴绕转360°；
输出轴4通过第一轴承9定位于输出孔102，确保输出轴4的正常转动；
第一传动轴5的两端分别设置有第二轴承10，第一活塞杆202的输出端设置有垂直的第一连接杆203，第一连接杆203定位连接位于第一传动轴5一端的第二轴承10的内圈，第二传动轴6的两端分别设置有第三轴承11，第二活塞杆302的输出端设置有垂直的第二连接杆303，第二连接杆303定位连接位于第二传动轴3一端的第三轴承11的内圈，第一传动轴5的另一端的第二轴承10的内圈、第二传动轴6的另一端的第三轴承11的内圈分别固套于侧凸连接轴7上，其使得活塞杆传动动力的过程中，摩擦小，确保整个结构的运行寿命；
第一液压缸2还包括有第一导向支座204，第一活塞杆202沿着第一导向支座204直线伸缩，第二液压缸3还包括有第二导向支座304，第二活塞杆302沿着第二导向支座304直线伸缩；通过添加导向支座，增强了两个活塞杆的径向刚度，减小了了该机器人关节运动时的运动误差。
具体实施例一、见图1和图2，第一活塞杆202、第二活塞杆302在空间上成90°布置。
具体实施例二、见图3和图4，第一活塞杆202、第二活塞杆302在空间上成170°布置。
其工作原理如下，两个伺服缸在空间成90°～170°布置，两个伺服缸的活塞杆通过各自的传动轴铰接于输出轴，控制信号设定为正值时，由其中一个伺服缸伸出驱动其传动轴围绕铰接中心做顺时针运动，另一个伺服缸缩回驱动其传动轴围绕铰接中心做顺时针运动，从而带动输出轴做顺时针运动；控制信号设定为负值时，由其中一个伺服缸缩回驱动其传动轴围绕铰接中心做逆时针运动，另一个伺服缸伸出时驱动其传动轴围绕铰接中心做逆时针运动，从而带动输出轴做逆时针运动；通过对两个伺服缸运动的矢量控制，实现两个伺服缸的交替组合运动，从而带动输出轴360°旋转。在输出轴上接入负载，就实现了负载的旋转运动；其结构简单、体积微小、便于集成化、低摩擦、高可靠性。
由控制器发出正指令时，由第一伺服缸的第一活塞杆做伸出运动。第一活塞杆的伸出带动与其连接的第一传动轴围绕铰接中心做顺时针运动，第二伺服缸的第二活塞杆做缩回运动。第二活塞杆的缩回带动与其连接的第二传动轴围绕铰接中心做顺时针运动。第一传动轴和第二传动轴共同作用下，实现输出轴做顺时针运动；
由控制器发出负指令时，由第一伺服缸的第一活塞杆做缩回运动，第一活塞杆的缩回带动与其连接的第一传动轴围绕铰接中心做逆时针运动，第二伺服缸的第二活塞杆做伸出运动，第二活塞杆的伸出带动与其连接的第二传动轴围绕铰接中心做逆时针运动。在第一传动轴和第二传动轴共同作用下，实现输出轴做逆时针运动。
以上对本发明的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.一种新型矢量控制旋转关节，其特征在于：其包括关节安装壳体、第一伺服缸、第二伺服缸、输出轴，所述关节安装壳体内形成安装内腔，所述关节安装壳体的安装内腔的对应侧分别固装有第一伺服缸的第一缸体、第二伺服缸的第二缸体，所述输出轴贯穿所述关节安装壳体的输出孔后外凸，所述第一伺服缸的第一活塞杆枢接第一传动轴的一端，所述第二伺服缸的第二活塞杆枢接第二传动轴的一端，所述输出轴的位于所述安装内腔的内端面设置有铰接中心，所述铰接中心和所述输出轴的中心成偏心布置，所述第一传动轴的另一端、第二传动轴的另一端分别铰接于所述铰接中心，所述第一传动轴的另一端、第二传动轴的另一端空间上层叠布置，所述第一活塞杆、第二活塞杆在空间上成90°～170°布置，所述第一伺服缸、第二伺服缸的输入端分别外接于控制器。
2.如权利要求1所述的一种新型矢量控制旋转关节，其特征在于：所述输出轴的位于所述安装内腔的部分设置有传动转盘，所述传动转盘的内端面上设置有一侧凸连接轴，所述侧凸连接轴即为铰接中心，所述侧凸连接轴和输出轴的中心轴平行、但不同轴设置，所述第一传动轴的另一端、第二传动轴的另一端分别套接于所述侧凸连接轴。
3.如权利要求1所述的一种新型矢量控制旋转关节，其特征在于：所述关节安装壳体包括底座、上盖，所述底座、上盖拼合后分别形成有第一伺服缸安装腔、第二伺服缸安装腔，所述第一缸体固装于所述第一伺服缸安装腔，所述第二缸体固装于所述第二伺服缸安装腔。
4.如权利要求2所述的一种新型矢量控制旋转关节，其特征在于：所述第一活塞杆的进给量确保第一传动轴驱动侧凸连接轴绕着所述输出轴的中心轴绕转360°，所述第二活塞杆的进给量确保第二传动轴驱动侧凸连接轴绕着所述输出轴的中心轴绕转360°。
5.如权利要求1所述的一种新型矢量控制旋转关节，其特征在于：所述输出轴通过第一轴承定位于所述输出孔。
6.如权利要求2所述的一种新型矢量控制旋转关节，其特征在于：所述第一传动轴的两端分别设置有第二轴承，所述第一活塞杆的输出端设置有垂直的第一连接杆，所述第一连接杆定位连接位于所述第一传动轴一端的第二轴承的内圈，所述第二传动轴的两端分别设置有第三轴承，所述第二活塞杆的输出端设置有垂直的第二连接杆，所述第二连接杆定位连接位于所述第二传动轴一端的第三轴承的内圈，所述第一传动轴的另一端的第二轴承的内圈、第二传动轴的另一端的第三轴承的内圈分别固套于所述侧凸连接轴上。
7.如权利要求1所述的一种新型矢量控制旋转关节，其特征在于：所述第一液压缸还包括有第一导向支座，所述第一活塞杆沿着第一导向支座直线伸缩，所述第二液压缸还包括有第二导向支座，所述第二活塞杆沿着第二导向支座直线伸缩。
8.如权利要求1所述的一种新型矢量控制旋转关节，其特征在于：所述第一活塞杆、第二活塞杆在空间上成90°布置。
9.如权利要求1所述的一种新型矢量控制旋转关节，其特征在于：所述第一活塞杆、第二活塞杆在空间上成170°布置。
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