CN109848981B - 一种全液压缸驱动四自由度可伸缩机械臂执行机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全液压缸驱动四自由度可伸缩机械臂执行机构，包括四个伺服油缸、三个扭转关节、伸缩座、伸缩臂和执行器；第一伺服油缸伸长或缩短时，伸缩臂和与其相连的结构做伸屈活动；第二伺服油缸伸长或缩短时，第二扭转关节和与其相连的结构绕第一扭转关节回转中心做回转运动；第三伺服油缸伸长或缩短时，执行器和与其相连的结构绕第二扭转关节回转中心做回转运动；第四伺服油缸伸长或缩短时，第三扭转关节和与其相连的结构绕第三扭转关节回转中心做回转运动；本发明采用可伸缩的设计，能够通过液压驱动油缸，实现伸缩运动，和绕空间上互相垂直的三轴的旋转运动，具有结构紧凑、在各种工况下动作灵活和稳定的优点。
Description
技术领域
本发明涉及全液压驱动机械臂执行机构领域，尤其涉及一种全液压缸驱动四自由度可伸缩机械臂执行机构。
背景技术
目前，机械臂执行机构以电机驱动为主，存在功率重量比低、作业半径小、可靠性低和最大载荷受驱动力矩限制等缺点，无法满足重载及恶劣环境下高可靠性工作，因此需要开发高可靠性重载液压机械臂执行机构。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种全液压缸驱动四自由度可伸缩机械臂执行机构，采用可伸缩的设计，能够通过液压驱动油缸，实现伸缩运动，和绕空间上互相垂直的三轴的旋转运动，具有结构紧凑、在各种工况下动作灵活和稳定的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种全液压缸驱动四自由度可伸缩机械臂执行机构，包括第一伺服油缸、伸缩座、伸缩臂、第二伺服油缸、第一扭转关节、第二扭转关节、执行器、第三伺服油缸、第三扭转关节和第四伺服油缸；第一伺服油缸的油缸端与伸缩座固连，伸缩臂安装至伸缩座的内部，并可沿伸缩座直线往复运动，伸缩臂与第一伺服油缸的活塞杆端固连，伸缩臂通过转动副与第三扭转关节相连，第三扭转关节通过转动副与第四伺服油缸的活塞杆端相连，伸缩臂与第四伺服油缸的油缸端固连，伸缩臂通过转动副与第一扭转关节相连，第一扭转关节与第二伺服油缸的油缸端固连，第二伺服油缸的活塞杆端通过转动副与第二扭转关节相连，第一扭转关节通过转动副与第二扭转关节相连，第二扭转关节与第三伺服油缸的油缸端固连，第三伺服油缸的活塞杆端通过转动副与执行器相连，第二扭转关节通过转动副与执行器相连。
进一步地，所述伸缩座包括两个平行布置的支架，支架之间通过若干横板固定连接，两个支架之间的空间构成伸缩臂的往复运动空间，其中一个支架的前端垂直伸出圆环形固定板，用于与第一伺服油缸的油缸端固连。
进一步地，所述伸缩臂包括壁体，臂体前端设置两个平行的支撑板，支撑板具有轴孔，第三扭转关节穿过两个轴孔与伸缩臂转动连接，两个支撑板上还设有安装孔，用于与第四伺服油缸的油缸端固连；靠近壁体的支撑板还开有用于固连第一伺服油缸的活塞杆端的通孔；臂体安装于伸缩座中部空间，进行往复运动。
进一步地，所述第一扭转关节具有支撑板，支撑板下表面垂直连接两个相互平行的V形板，V形板的关节处具有用于与第二扭转关节转动连接的轴孔，两个轴孔的中心构成第一扭转关节回转中心Z-Z，V形板的末端与第二伺服油缸的油缸端固连，支撑板开有轴孔与第二扭转关节连接，形成转动副。
进一步地，所述第二扭转关节具有两个平行的支撑板，两个支撑板之间连接有圆柱状结构，圆柱状结构与第二伺服油缸的活塞杆端连接形成转动副；两个支撑板上开有用于与第一扭转关节转动连接的轴孔；支撑板上表面垂直连接两个相互平行的V形板，V形板的关节处具有用于与执行器转动连接的轴孔，两个轴孔的中心构成第二扭转关节回转中心X-X，V形板的末端与第三伺服油缸的油缸端固连，第三伺服油缸的活塞杆端与执行器转动连接。
进一步地，所述第三扭转关节两端具有回转结构，回转中心为Y-Y，中部有两个平行V型板垂直于回转结构，同时有偏心于回转结构的圆柱形结构连接两个V型板，两端回转结构与伸缩臂的轴孔形成转动副，且其中一端固连于第一扭转关节，圆柱形结构与第四伺服油缸的活塞杆端形成转动副。
进一步地，第一伺服油缸伸长或缩短时，伸缩臂和与其相连的结构做伸屈活动；第二伺服油缸伸长或缩短时，第二扭转关节和与其相连的结构绕第一扭转关节回转中心Z-Z做回转运动；第三伺服油缸伸长或缩短时，执行器和与其相连的结构绕第二扭转关节回转中心X-X做回转运动；第四伺服油缸伸长或缩短时，第三扭转关节和与其相连的结构绕第三扭转关节回转中心Y-Y做回转运动；多个伺服油缸协同作用，绕空间上互相垂直的三轴的旋转运动，完成机械臂四自由度可伸缩的灵活运动。
本发明的有益效果是：本发明提供的全液压缸驱动四自由度可伸缩机械臂执行机构，具有可伸缩功能，可绕空间互相垂直三轴进行运动，实现重载条件下的灵活运转。
附图说明
图1是全液压缸驱动四自由度可伸缩机械臂执行机构图；
图2是伸缩座图；
图3是伸缩臂图；
图4是第一扭转关节图；
图5是第二扭转关节图；
图6是第三扭转关节图；
图中，第一伺服油缸1、伸缩座2、伸缩臂3、第二伺服油缸4、第一扭转关节5、第二扭转关节6、执行器7、第三伺服油缸8、第三扭转关节9、第四伺服油缸10。
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。
如图1所示，本发明提供的一种全液压缸驱动四自由度可伸缩机械臂执行机构，包括第一伺服油缸1、伸缩座2、伸缩臂3、第二伺服油缸4、第一扭转关节5、第二扭转关节6、执行器7、第三伺服油缸8、第三扭转关节9和第四伺服油缸10。第一伺服油缸1的油缸端与伸缩座2固连，伸缩臂3安装至伸缩座2的内部，并可沿伸缩座2直线往复运动，伸缩臂3与第一伺服油缸1的活塞杆端固连，伸缩臂3通过转动副与第三扭转关节9相连，第三扭转关节9通过转动副与第四伺服油缸10的活塞杆端相连，伸缩臂3与第四伺服油缸10的油缸端固连，伸缩臂3通过转动副与第一扭转关节5相连，第一扭转关节5与第二伺服油缸4的油缸端固连，第二伺服油缸4的活塞杆端通过转动副与第二扭转关节6相连，第一扭转关节5通过转动副与第二扭转关节6相连，第二扭转关节6与第三伺服油缸8的油缸端固连，第三伺服油缸8的活塞杆端通过转动副与执行器7相连，第二扭转关节6通过转动副与执行器7相连。
如图2所示，伸缩座2包括两个平行布置的支架，支架之间通过若干横板固定连接，两个支架之间的空间构成伸缩臂3的往复运动空间，支架的末端用于连接机架或其他活动结构，并形成转动副，其中一个支架的前端垂直伸出圆环形固定板，用于与第一伺服油缸1的油缸端固连。
如图3所示，伸缩臂3包括壁体，臂体前端设置两个平行的支撑板，支撑板具有轴孔，第三扭转关节9穿过两个轴孔与伸缩臂3转动连接，两个支撑板上还设有安装孔，用于与第四伺服油缸10的油缸端固连；靠近壁体的支撑板还开有用于固连第一伺服油缸1的活塞杆端的通孔；臂体安装于伸缩座2中部空间，进行往复运动。
如图4所示，第一扭转关节5具有支撑板，支撑板下表面垂直连接两个相互平行的V形板，V形板的关节处具有用于与第二扭转关节6转动连接的轴孔，两个轴孔的中心构成第一扭转关节5回转中心Z-Z，V形板的末端与第二伺服油缸4的油缸端固连，支撑板开有轴孔与第二扭转关节6连接，形成转动副，第二伺服油缸4伸长或缩短使第二扭转关节6绕第一扭转关节5回转中心Z-Z旋转运动。
如图5所示，第二扭转关节6具有两个平行的支撑板，两个支撑板之间连接有圆柱状结构，圆柱状结构与第二伺服油缸4的活塞杆端连接形成转动副；两个支撑板上开有用于与第一扭转关节5转动连接的轴孔；支撑板上表面垂直连接两个相互平行的V形板，V形板的关节处具有用于与执行器7转动连接的轴孔，两个轴孔的中心构成第二扭转关节6回转中心X-X，V形板的末端与第三伺服油缸8的油缸端固连，第三伺服油缸8的活塞杆端与执行器7转动连接，第三伺服油缸8伸长或缩短使执行器7绕第二扭转关节6回转中心X-X旋转运动。
如图6所示，第三扭转关节9两端具有回转结构，回转中心为Y-Y，中部有两个平行V型板垂直于回转结构，同时有偏心于回转结构的圆柱形结构连接两个V型板，两端回转结构与伸缩臂3的轴孔形成转动副，且其中一端固连于第一扭转关节5，圆柱形结构与第四伺服油缸10的活塞杆端形成转动副，第四伺服油缸10的伸长或缩短使第一扭转关节5绕第三扭转关节9回转中心Y-Y做回转运动。
第一扭转关节5回转中心Z-Z、第二扭转关节6回转中心X-X、第三扭转关节9回转中心Y-Y相互垂直。
该执行结构与机械臂的后端机构形成转动副，使执行器7可绕空间上互相垂直的三轴转动，并可改变其臂长。
本发明的工作过程如下：
(1)将机械臂安装至机架上，与伸缩座2的轴孔形成转动副；
(2)与液压机械臂的动力系统和控制系统相连；
(3)调试好后，进行测试；
(4)控制系统控制第一伺服油缸1伸长或缩短时，从而使伸缩臂3和与其相连的结构做伸屈活动；
(5)控制系统控制第二伺服油缸4伸长或缩短时，从而使第二扭转关节6和与其相连的结构绕第一扭转关节5回转中心Z-Z做回转运动；
(6)控制系统控制第三伺服油缸8伸长或缩短时，从而使执行器7和与其相连的结构绕第二扭转关节6回转中心X-X做回转运动；
(7)控制系统控制第四伺服油缸10伸长或缩短时，从而使第三扭转关节9和与其相连的结构绕第三扭转关节9回转中心Y-Y做回转运动；
(9)控制系统控制多个伺服油缸协同作用，绕空间上互相垂直的三轴的旋转运动，完成机械臂四自由度可伸缩的灵活运动。
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，可以根据需要，设计多种连接结构和转动副形式，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 (5)
1.一种全液压缸驱动四自由度可伸缩机械臂执行机构，其特征在于，包括第一伺服油缸（1）、伸缩座（2）、伸缩臂（3）、第二伺服油缸（4）、第一扭转关节（5）、第二扭转关节（6）、执行器（7）、第三伺服油缸（8）、第三扭转关节（9）和第四伺服油缸（10）；第一伺服油缸（1）的油缸端与伸缩座（2）固连，伸缩臂（3）安装至伸缩座（2）的内部，并可沿伸缩座（2）直线往复运动，伸缩臂（3）与第一伺服油缸（1）的活塞杆端固连，伸缩臂（3）通过转动副与第三扭转关节（9）相连，第三扭转关节（9）通过转动副与第四伺服油缸（10）的活塞杆端相连，伸缩臂（3）与第四伺服油缸（10）的油缸端固连，伸缩臂（3）通过转动副与第一扭转关节（5）相连，第一扭转关节（5）与第二伺服油缸（4）的油缸端固连，第二伺服油缸（4）的活塞杆端通过转动副与第二扭转关节（6）相连，第一扭转关节（5）通过转动副与第二扭转关节（6）相连，第二扭转关节（6）与第三伺服油缸（8）的油缸端固连，第三伺服油缸（8）的活塞杆端通过转动副与执行器（7）相连，第二扭转关节（6）通过转动副与执行器（7）相连；所述伸缩座（2）包括两个平行布置的支架，支架之间通过若干横板固定连接，两个支架之间的空间构成伸缩臂（3）的往复运动空间，其中一个支架的前端垂直伸出圆环形固定板，用于与第一伺服油缸（1）的油缸端固连；所述伸缩臂（3）包括壁体，臂体前端设置两个平行的支撑板，支撑板具有轴孔，第三扭转关节（9）穿过两个轴孔与伸缩臂（3）转动连接，两个支撑板上还设有安装孔，用于与第四伺服油缸（10）的油缸端固连；靠近壁体的支撑板还开有用于固连第一伺服油缸（1）的活塞杆端的通孔；臂体安装于伸缩座（2）中部空间，进行往复运动。
2.根据权利要求1所述的一种全液压缸驱动四自由度可伸缩机械臂执行机构，其特征在于，所述第一扭转关节（5）具有支撑板，支撑板下表面垂直连接两个相互平行的V形板，V形板的关节处具有用于与第二扭转关节（6）转动连接的轴孔，两个轴孔的中心构成第一扭转关节（5）回转中心Z-Z，V形板的末端与第二伺服油缸（4）的油缸端固连，支撑板开有轴孔与第二扭转关节（6）连接，形成转动副。
3.根据权利要求1所述的一种全液压缸驱动四自由度可伸缩机械臂执行机构，其特征在于，所述第二扭转关节（6）具有两个平行的支撑板，两个支撑板之间连接有圆柱状结构，圆柱状结构与第二伺服油缸（4）的活塞杆端连接形成转动副；两个支撑板上开有用于与第一扭转关节（5）转动连接的轴孔；支撑板上表面垂直连接两个相互平行的V形板，V形板的关节处具有用于与执行器（7）转动连接的轴孔，两个轴孔的中心构成第二扭转关节（6）回转中心X-X，V形板的末端与第三伺服油缸（8）的油缸端固连，第三伺服油缸（8）的活塞杆端与执行器（7）转动连接。
4.根据权利要求1所述的一种全液压缸驱动四自由度可伸缩机械臂执行机构，其特征在于，所述第三扭转关节（9）两端具有回转结构，回转中心为Y-Y，中部有两个平行V型板垂直于回转结构，同时有偏心于回转结构的圆柱形结构连接两个V型板，两端回转结构与伸缩臂（3）的轴孔形成转动副，且其中一端固连于第一扭转关节（5），圆柱形结构与第四伺服油缸（10）的活塞杆端形成转动副。
5.根据权利要求1所述的一种全液压缸驱动四自由度可伸缩机械臂执行机构，其特征在于，第一伺服油缸（1）伸长或缩短时，伸缩臂（3）和与其相连的结构做伸屈活动；第二伺服油缸（4）伸长或缩短时，第二扭转关节（6）和与其相连的结构绕第一扭转关节（5）回转中心Z-Z做回转运动；第三伺服油缸（8）伸长或缩短时，执行器（7）和与其相连的结构绕第二扭转关节（6）回转中心X-X做回转运动；第四伺服油缸（10）伸长或缩短时，第三扭转关节（9）和与其相连的结构绕第三扭转关节（9）回转中心Y-Y做回转运动；多个伺服油缸协同作用，绕空间上互相垂直的三轴的旋转运动，完成机械臂四自由度可伸缩的灵活运动。
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