CN109664277B - 一种全直动液压缸驱动机械臂 - Google Patents

一种全直动液压缸驱动机械臂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全直动液压缸驱动机械臂，包括基座组件、大臂组件、中臂组件、小臂组件和末端夹持机构；所述基座组件包括基座主干、曲柄、连杆、摇杆、曲柄保持架、第一动作油缸、第一活塞杆、第一轴座；所述大臂组件包括大臂主干、第二动作油缸、第二活塞杆、第三动作油缸、第三活塞杆、第二轴座、第三轴座；所述中臂组件包括中臂主干、第四动作油缸、第四活塞杆、第四轴座、第五轴座、第六轴座；所述小臂组件包括小臂主干、第五动作油缸、第五活塞杆、第七轴座、第八轴座、第九轴座、第十轴座。本发明采用五个液压缸全直动驱动机械臂进行动作，使机械臂实现在空间中的灵活动作，具有结构紧凑、定位精度高的优点。

Description

一种全直动液压缸驱动机械臂
技术领域
本发明涉及液压机械臂领域，尤其涉及一种全直动液压缸驱动机械臂。
背景技术
机械臂是目前机器人领域中得到最广泛应用的机械装置，用于替代汽车制造、电子电气等行业中的人工操作，极大地降低人力成本、提高生产效率，并有效地提高产品生产质量。传统的机械臂设计多考虑单一形式的应用，一般只为完成特定的任务，具体关节和自由度的变化能力较差，且多采用电动机加减速机的方式，承载能力相对较小，因而迫切需要研制一种新型驱动方式的具有较大承载能力的机械臂。
针对这种需求，本发明进行了液压驱动机械臂的设计，因为液压传动具有出力大、重量轻、惯性小以及输出刚度大的突出优点，同时，液压系统可以通过提高系统的压力来提高输出功率，其力重比具有巨大优势，尤其是具有较大承载能力的机械臂。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种全直动液压缸驱动机械臂，采用五个液压油缸组件实现机械臂在水平和垂直方向的旋转、俯仰运动，可实现在空间角度下灵活运动，且能在重载的工作条件下实现灵活的动作，具有驱动力矩大、动作灵活、定位精度高的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种全直动液压缸驱动机械臂，包括基座组件、大臂组件、中臂组件、小臂组件和末端夹持机构；
所述基座组件包括基座主干、曲柄、连杆、摇杆、曲柄保持架、第一动作油缸、第一活塞杆、第一轴座；所述基座主干的末端通过第一轴座与曲柄构成转动副；所述曲柄与连杆构成转动副，并与曲柄保持架固定连接；所述连杆、摇杆、第一活塞杆共同构成转动副；所述摇杆与基座主干的末端构成转动副；所述第一动作油缸的一端与基座主干的前端构成转动副，另一端与第一活塞杆连接；所述基座主干、曲柄、连杆、摇杆构成曲柄连杆机构；第一活塞杆伸缩时，驱动机械臂绕第一轴座旋转，实现水平转动；
所述大臂组件包括大臂主干、第二动作油缸、第二活塞杆、第三动作油缸、第三活塞杆、第二轴座、第三轴座；所述大臂主干前端通过第二轴座与曲柄保持架转动连接，末端通过第三轴座与中臂主干转动连接；所述第二动作油缸一端与大臂主干末端转动连接，另一端与第二活塞杆连接；所述第二活塞杆与曲柄保持架转动连接；所述第三动作油缸一端与大臂主干前端转动连接，另一端与第三活塞杆连接；所述第三活塞杆通过第五轴座与中臂主干转动连接；第二活塞杆伸缩时驱动大臂组件绕第二轴座进行俯仰动作，第三活塞杆伸缩时驱动中臂组件绕第三轴座进行俯仰动作；
所述中臂组件包括中臂主干、第四动作油缸、第四活塞杆；所述中臂主干为三角形结构，三个顶点分别设计有第四轴座、第五轴座、第六轴座，在第五轴座延伸出一条边，该边的末端设计有第三轴座；所述中臂主干通过第四轴座与小臂主干转动连接；所述第四动作油缸一端通过第六轴座与中臂主干转动连接，另一端与第四活塞杆连接；第四活塞杆伸缩时驱动小臂组件绕第四轴座进行俯仰动作；
所述小臂组件包括小臂主干、第五动作油缸、第五活塞杆、第七轴座、第八轴座、第九轴座、第十轴座；所述小臂主干前端设计有与第四活塞杆转动连接的第八轴座、与第四轴座相配合的第十轴座、与第五动作油缸转动连接的第九轴座，末端设计有与第五活塞杆、末端夹持机构共同构成转动副的第七轴座；所述第五动作油缸和第五活塞杆连接；所述第七轴座和第九轴座的轴线平行，且与第八轴座、第十轴座的轴线垂直；第五活塞杆伸缩时驱动末端夹持机构绕第七轴座进行俯仰动作。
进一步地，所述基座组件的曲柄保持架由两个平行的支撑板构成，所述曲柄为板状结构，所述支撑板与曲柄保持垂直。
进一步地，所述基座组件的基座主干的三个转动副中心构成三角形结构。
本发明的有益结果是：本发明全直动液压缸驱动机械臂利用五个液压缸直接驱动机械臂进行平动、俯仰、抓取等动作，可根据不同指令要求，调节液压缸活塞长度，从而使机械臂在空间角度下进行运动，定位精度高，运动灵活；将机械和液压集成于一体，具有能量密度大的特点。
附图说明
图1是完整全直动液压缸驱动机械臂结构图；
图2是基座组件结构图；
图3是大臂组件和中臂组件结构图；
图4是中臂主干结构图；
图5是小臂和夹持机构结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提供的一种全直动液压缸驱动机械臂，利用五个液压缸组件驱动机械臂进行俯仰、屈伸动作；如图1所示，该机械臂包括基座组件1、大臂组件2、中臂组件3、小臂组件4和末端夹持5机构。
如图2所示，所述基座组件1包括基座主干1.1、曲柄1.2、连杆1.3、摇杆1.4、曲柄保持架1.5、第一动作油缸1.6、第一活塞杆1.7、第一轴座1.8；所述基座主干1.1的末端通过第一轴座1.8与曲柄1.2构成转动副；所述曲柄1.2与连杆1.3构成转动副，并与曲柄保持架1.5固定连接；所述连杆1.3、摇杆1.4、第一活塞杆1.7共同构成转动副；所述摇杆1.4与基座主干1.1的末端构成转动副；所述第一动作油缸1.6的一端与基座主干1.1的前端构成转动副，另一端与第一活塞杆1.7连接；所述基座主干1.1、曲柄1.2、连杆1.3、摇杆1.4构成曲柄连杆机构；第一活塞杆1.7伸缩时，驱动机械臂绕第一轴座1.8旋转，实现水平转动。
如图3所示，所述大臂组件2包括大臂主干2.1、第二动作油缸2.2、第二活塞杆2.3、第三动作油缸2.4、第三活塞杆2.5、第二轴座2.6、第三轴座2.7；所述大臂主干2.1前端通过第二轴座2.6与曲柄保持架1.5转动连接，末端通过第三轴座2.7与中臂主干3.1转动连接；所述第二动作油缸2.2一端与大臂主干2.1末端转动连接，另一端与第二活塞杆2.3连接；所述第二活塞杆2.3与曲柄保持架1.5转动连接；所述第三动作油缸2.4一端与大臂主干2.1前端转动连接，另一端与第三活塞杆2.5连接；所述第三活塞杆2.5通过第五轴座3.5与中臂主干3.1转动连接；第二活塞杆2.3伸缩时驱动大臂组件2绕第二轴座2.6进行俯仰动作，第三活塞杆2.5伸缩时驱动中臂组件3绕第三轴座2.7进行俯仰动作。
如图3、图4所示，所述中臂组件3包括中臂主干3.1、第四动作油缸3.2、第四活塞杆3.3；所述中臂主干3.1为三角形结构，三个顶点分别设计有第四轴座3.4、第五轴座3.5、第六轴座3.6，在第五轴座3.5延伸出一条边，该边的末端设计有第三轴座2.7；所述中臂主干3.1通过第四轴座3.4与小臂主干4.1转动连接；所述第四动作油缸3.2一端通过第六轴座3.6与中臂主干3.1转动连接，另一端与第四活塞杆3.3连接；第四活塞杆3.3伸缩时驱动小臂组件3绕第四轴座3.4进行俯仰动作。
如图5所示，所述小臂组件4包括小臂主干4.1、第五动作油缸4.2、第五活塞杆4.3、第七轴座4.4、第八轴座4.5、第九轴座4.6、第十轴座4.7；所述小臂主干4.1前端设计有与第四活塞杆3.3转动连接的第八轴座4.5、与第四轴座3.4相配合的第十轴座4.7、与第五动作油缸4.2转动连接的第九轴座4.6，末端设计有与第五活塞杆4.3、末端夹持机构5共同构成转动副的第七轴座4.4；所述第五动作油缸4.2和第五活塞杆4.3连接；所述第七轴座4.4和第九轴座4.6的轴线平行，且与第八轴座4.5、第十轴座4.7的轴线垂直；第五活塞杆4.3伸缩时驱动末端夹持机构5绕第七轴座4.4进行俯仰动作。
本发明的工作过程如下：
(1)将全直动液压缸驱动机械臂安装在液压机器人上；
(2)将液压机器人的液压油管路与控制系统连接至机械臂的各个活塞缸；
(3)调试好后，进行液压机械臂的测试；
(4)通过各个活塞杆的伸缩实现基座组件、大臂组件、中臂组件、小臂组件和夹持机构的俯仰、屈伸动作。
最后需要注意的是，上述说明只是本发明的一种具体应用实例，显然与本发明基本原理相同的其他应用实例也应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种全直动液压缸驱动机械臂，其特征在于：包括基座组件(1)、大臂组件(2)、中臂组件(3)、小臂组件(4)和末端夹持机构(5)；
所述基座组件(1)包括基座主干(1.1)、曲柄(1.2)、连杆(1.3)、摇杆(1.4)、曲柄保持架(1.5)、第一动作油缸(1.6)、第一活塞杆(1.7)、第一轴座(1.8)；所述基座主干(1.1)的末端通过第一轴座(1.8)与曲柄(1.2)构成转动副；所述曲柄(1.2)与连杆(1.3)构成转动副，并与曲柄保持架(1.5)固定连接；所述连杆(1.3)、摇杆(1.4)、第一活塞杆(1.7)共同构成转动副；所述摇杆(1.4)与基座主干(1.1)的末端构成转动副；所述第一动作油缸(1.6)的一端与基座主干(1.1)的前端构成转动副，另一端与第一活塞杆(1.7)连接；所述基座主干(1.1)、曲柄(1.2)、连杆(1.3)、摇杆(1.4)构成曲柄连杆机构；第一活塞杆(1.7)伸缩时，驱动机械臂绕第一轴座(1.8)旋转，实现水平转动；
所述大臂组件(2)包括大臂主干(2.1)、第二动作油缸(2.2)、第二活塞杆(2.3)、第三动作油缸(2.4)、第三活塞杆(2.5)、第二轴座(2.6)、第三轴座(2.7)；所述大臂主干(2.1)前端通过第二轴座(2.6)与曲柄保持架(1.5)转动连接，末端通过第三轴座(2.7)与中臂主干(3.1)转动连接；所述第二动作油缸(2.2)一端与大臂主干(2.1)末端转动连接，另一端与第二活塞杆(2.3)连接；所述第二活塞杆(2.3)与曲柄保持架(1.5)转动连接；所述第三动作油缸(2.4)一端与大臂主干(2.1)前端转动连接，另一端与第三活塞杆(2.5)连接；所述第三活塞杆(2.5)通过第五轴座(3.5)与中臂主干(3.1)转动连接；第二活塞杆(2.3)伸缩时驱动大臂组件(2)绕第二轴座(2.6)进行俯仰动作，第三活塞杆(2.5)伸缩时驱动中臂组件(3)绕第三轴座(2.7)进行俯仰动作；
所述中臂组件(3)包括中臂主干(3.1)、第四动作油缸(3.2)、第四活塞杆(3.3)；所述中臂主干(3.1)为三角形结构，三个顶点分别设计有第四轴座(3.4)、第五轴座(3.5)、第六轴座(3.6)，在第五轴座(3.5)延伸出一条边，该边的末端设计有第三轴座(2.7)；所述中臂主干(3.1)通过第四轴座(3.4)与小臂主干(4.1)转动连接；所述第四动作油缸(3.2)一端通过第六轴座(3.6)与中臂主干(3.1)转动连接，另一端与第四活塞杆(3.3)连接；第四活塞杆(3.3)伸缩时驱动小臂组件(3)绕第四轴座(3.4)进行俯仰动作；
所述小臂组件(4)包括小臂主干(4.1)、第五动作油缸(4.2)、第五活塞杆(4.3)、第七轴座(4.4)、第八轴座(4.5)、第九轴座(4.6)、第十轴座(4.7)；所述小臂主干(4.1)前端设计有与第四活塞杆(3.3)转动连接的第八轴座(4.5)、与第四轴座(3.4)相配合的第十轴座(4.7)、与第五动作油缸(4.2)转动连接的第九轴座(4.6)，末端设计有与第五活塞杆(4.3)、末端夹持机构(5)共同构成转动副的第七轴座(4.4)；所述第五动作油缸(4.2)和第五活塞杆(4.3)连接；所述第七轴座(4.4)和第九轴座(4.6)的轴线平行，且与第八轴座(4.5)、第十轴座(4.7)的轴线垂直；第五活塞杆(4.3)伸缩时驱动末端夹持机构(5)绕第七轴座(4.4)进行俯仰动作。
2.根据权利要求1所述的一种全直动液压缸驱动机械臂，其特征在于：所述基座组件(1)的曲柄保持架(1.5)由两个平行的支撑板构成，所述曲柄(1.2)为板状结构，所述支撑板与曲柄(1.2)保持垂直。
3.根据权利要求1所述的一种全直动液压缸驱动机械臂，其特征在于：所述基座组件(1)的基座主干(1.1)的三个转动副中心构成三角形结构。
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