CN109849049B - 一种采用十字节连接的双自由度液压机械臂关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用十字节连接的双自由度液压机械臂关节，包括右油缸组件、左油缸组件、框式十字轴、支撑架和臂体；十字轴具有一竖直回转中心线和两个水平回转中心线，一个水平回转中心线与左油缸组件的左活塞杆通过转动副相连，另一个水平回转中心线与臂体形成转动副，竖直回转中心线与支撑架形成转动副；右油缸组件的右活塞杆通过头铰十字节组件安装在支撑架上；左油缸组件的左油缸与臂体通过转动副相连，右油缸组件的右油缸通过十字节安装在臂体上；本发明采用十字轴结构，通过液压驱动机械臂前端同时实现绕两轴的双自由度旋转，能在重载的工作条件下实现灵活的动作，具有力重比大、动作灵活和稳定的优点。

Description

一种采用十字节连接的双自由度液压机械臂关节

技术领域

本发明涉及液压机械臂领域，尤其涉及一种采用十字节连接的双自由度液压机械臂关节。

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关节的设计，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，提供一种采用十字节连接的双自由度液压机械臂关节，利用十字轴结构，能够通过液压驱动机械臂前端同时实现绕两轴的双自由度旋转，能在重载的工作条件下实现灵活的动作，具有力重比大、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：一种采用十字节连接的双自由度液压机械臂关节，包括右油缸组件、左油缸组件、框式十字轴、支撑架和臂体；

所述框式十字轴具有一竖直回转中心线和两个水平回转中心线，第二水平回转中心线与左油缸组件的左活塞杆通过转动副相连，第一水平回转中心线与臂体形成转动副，竖直回转中心线与支撑架形成转动副；所述右油缸组件的右活塞杆通过头铰十字节组件安装在支撑架上；所述左油缸组件的左油缸与臂体通过转动副相连，所述右油缸组件的右油缸通过十字节安装在臂体上；

所述头铰十字节组件包括前端轴承座、后端轴承座、前端连接轴和后端连接轴，所述前端轴承座的底部具有十字形转动轴，所述后端轴承座的底部具有双耳式结构，所述十字形转动轴与双耳式结构形成转动副，所述前端连接轴与前端轴承座形成转动副，所述后端连接轴与后端轴承座形成转动副，所述前端连接轴与支撑架固连，所述后端连接轴与右活塞杆固连；

右活塞杆伸长或缩短时，支撑架绕框式十字轴的竖直回转中心线A-A转动，从而实现关节向左或向右活动；

左活塞杆伸长或缩短时，支撑架绕框式十字轴的第一水平回转中心线B-B转动，从而实现关节向上或向下活动；

右活塞杆和左活塞杆同时运行，从而实现关节在空间角度上的活动。

进一步地，该关节还包括前端轴承盖、后端轴承盖、第一轴承、第二轴承、第三轴承和第四轴承，第一轴承和第二轴承分别套在前端连接轴的两端，安装在前端轴承座内，并通过前端轴承盖固定；第三轴承和第四轴承分别套在后端连接轴的两端，安装在后端轴承座内，并通过后端轴承盖固定。

进一步地，该关节还包括第五轴承、第六轴承、第七轴承、第八轴承、第一调整球、第二调整球、第一压盖和第二压盖，将第五轴承、第六轴承、第七轴承、第八轴承中的两两一组分别套在十字形转动轴的两端，将第一调整球、第二调整球分别放在十字形转动轴两个端面的凹坑内，且分别由第一压盖、第二压盖固定。

进一步地，所述十字节的一个转动轴与固定在右油缸端面的前双耳形成转动副，另一个转动轴与固定在臂体上的后双耳形成转动副。

进一步地，所述左油缸组件的左活塞杆与前环固连，所述前环与框式十字轴形成转动副；所述左油缸组件的左油缸与后环固连，所述后环与臂体形成转动副。

本发明的有益结果是：本发明双自由度液压机械臂关节利用十字轴结构可根据不同的要求，调节两个活塞杆长度，实现机械臂在空间角度下的运动，满足不同的应用场合，实现机械臂的灵活动作；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是完整机械臂关节图；

图2是隐藏臂体关节图；

图3是框式十字轴结构图；

图4(a)是头铰十字节组件剖视图Ⅰ；

图4(b)是头铰十字节组件剖视图Ⅱ；

图5是头铰十字节组件立体图。

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。

本发明提供的一种采用十字节连接的双自由度液压机械臂关节，利用十字轴，能在重载的工作条件下实现双自由度旋转；该关节包括右油缸组件、左油缸组件、框式十字轴2.9、支撑架2.7和臂体3。

如图1-3所示，所述框式十字轴2.9具有一竖直回转中心线A-A和两个水平回转中心线：第一水平回转中心线B-B和第二水平回转中心线C-C，第二水平回转中心线C-C与左油缸组件的左活塞杆2.1.2通过转动副相连，第一水平回转中心线B-B与臂体3形成转动副，竖直回转中心线A-A与支撑架2.7形成转动副；所述右油缸组件的右活塞杆2.1.1通过头铰十字节组件1安装在支撑架2.7上；所述左油缸组件的左油缸2.2.2与臂体3通过转动副相连，所述右油缸组件的右油缸2.2.1通过十字节2.4安装在臂体3上。

如图4(a)、图4(b)、图5所示，所述头铰十字节组件1包括前端轴承座1.3、后端轴承座1.4、前端连接轴1.8和后端连接轴1.5，所述前端轴承座1.3的底部具有十字形转动轴1.3.1，所述后端轴承座1.4的底部具有双耳式结构1.4.1，所述十字形转动轴1.3.1与双耳式结构1.4.1形成转动副，所述前端连接轴1.8与前端轴承座1.3形成转动副，所述后端连接轴1.5与后端轴承座1.4形成转动副，所述前端连接轴1.8与支撑架2.7固连，所述后端连接轴1.5与右活塞杆2.1.1固连；

右活塞杆2.1.1伸长或缩短时，支撑架2.7绕框式十字轴2.9的竖直回转中心线A-A转动，从而实现关节向左或向右活动；

左活塞杆2.1.2伸长或缩短时，支撑架2.7绕框式十字轴2.9的第一水平回转中心线B-B转动，从而实现关节向上或向下活动；

右活塞杆2.1.1和左活塞杆2.1.2同时运行，从而实现关节在空间角度上的活动。

如图4(a)、图4(b)所示，该关节还包括前端轴承盖1.1.1、后端轴承盖1.1.2、第一轴承1.2.1、第二轴承1.2.2、第三轴承1.2.3和第四轴承1.2.4，第一轴承1.2.1和第二轴承1.2.2分别套在前端连接轴1.8的两端，安装在前端轴承座1.3内，并通过前端轴承盖1.1.1固定；第三轴承1.2.3和第四轴承1.2.4分别套在后端连接轴1.5的两端，安装在后端轴承座1.4内，并通过后端轴承盖1.1.2固定。

如图4(b)所示，该关节还包括第五轴承1.2.5、第六轴承1.2.6、第七轴承1.2.7、第八轴承1.2.8、第一调整球1.6.1、第二调整球1.6.2、第一压盖1.7.1和第二压盖1.7.2，将第五轴承1.2.5、第六轴承1.2.6、第七轴承1.2.7、第八轴承1.2.8中的两两一组分别套在十字形转动轴1.3.1的两端，将第一调整球1.6.1、第二调整球1.6.2分别放在十字形转动轴1.3.1两个端面的凹坑内，且分别由第一压盖1.7.1、第二压盖1.7.2固定。

如图2所示，所述十字节2.4的一个转动轴与固定在右油缸2.2.1端面的前双耳2.3形成转动副，另一个转动轴与固定在臂体3上的后双耳2.5形成转动副。

如图2所示，所述左油缸组件的左活塞杆2.1.2与前环2.8固连，所述前环2.8与框式十字轴2.9形成转动副；所述左油缸组件的左油缸2.2.2与后环2.6固连，所述后环2.6与臂体3形成转动副。

所述头铰十字节组件1可实现空间角度内的转动，后端连接轴1.5为参考系，前端零件可绕后端连接轴1.5轴线转动，前端连接轴1.8可绕第五轴承1.2.5、第六轴承1.2.6、第七轴承1.2.7、第八轴承1.2.8轴线转动，前端连接轴1.8可绕第一轴承1.2.1、第二轴承1.2.2轴线转动。

本发明的工作过程如下：

(1)将关节安装至液压机械臂上；

(2)与液压机械臂的动力系统和控制系统相连；

(3)调试好后，进行液压机械臂关节的测试；

(4)控制系统控制右活塞杆2.1.1伸长或缩短时，支撑架2.7绕框式十字轴2.9的竖直回转中心线A-A转动，从而实现关节向左或向右活动；

(5)控制系统控制左活塞杆2.1.2伸长或缩短时，支撑架2.7绕框式十字轴2.9的第一水平回转中心线B-B转动，从而实现关节向上或向下活动；

(6)右活塞杆2.1.1和左活塞杆2.1.2同时运行，从而实现关节在空间角度上的活动。

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，设计多种机械臂前端和转动副形式，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)

1.一种采用十字节连接的双自由度液压机械臂关节，其特征在于：包括右油缸组件、左油缸组件、框式十字轴(2.9)、支撑架(2.7)和臂体(3)；

所述框式十字轴(2.9)具有一竖直回转中心线和两个水平回转中心线，第二水平回转中心线与左油缸组件的左活塞杆(2.1.2)通过转动副相连，第一水平回转中心线与臂体(3)形成转动副，竖直回转中心线与支撑架(2.7)形成转动副；所述右油缸组件的右活塞杆(2.1.1)通过头铰十字节组件(1)安装在支撑架(2.7)上；所述左油缸组件的左油缸(2.2.2)与臂体(3)通过转动副相连，所述右油缸组件的右油缸(2.2.1)通过十字节(2.4)安装在臂体(3)上；

所述头铰十字节组件(1)包括前端轴承座(1.3)、后端轴承座(1.4)、前端连接轴(1.8)和后端连接轴(1.5)，所述前端轴承座(1.3)的底部具有十字形转动轴(1.3.1)，所述后端轴承座(1.4)的底部具有双耳式结构(1.4.1)，所述十字形转动轴(1.3.1)与双耳式结构(1.4.1)形成转动副，所述前端连接轴(1.8)与前端轴承座(1.3)形成转动副，所述后端连接轴(1.5)与后端轴承座(1.4)形成转动副，所述前端连接轴(1.8)与支撑架(2.7)固连，所述后端连接轴(1.5)与右活塞杆(2.1.1)固连；

右活塞杆(2.1.1)伸长或缩短时，支撑架(2.7)绕框式十字轴(2.9)的竖直回转中心线A-A转动，从而实现关节向左或向右活动；

左活塞杆(2.1.2)伸长或缩短时，支撑架(2.7)绕框式十字轴(2.9)的第一水平回转中心线B-B转动，从而实现关节向上或向下活动；

右活塞杆(2.1.1)和左活塞杆(2.1.2)同时运行，从而实现关节在空间角度上的活动。

2.根据权利要求1所述的一种采用十字节连接的双自由度液压机械臂关节，其特征在于：该关节还包括前端轴承盖(1.1.1)、后端轴承盖(1.1.2)、第一轴承(1.2.1)、第二轴承(1.2.2)、第三轴承(1.2.3)和第四轴承(1.2.4)，第一轴承(1.2.1)和第二轴承(1.2.2)分别套在前端连接轴(1.8)的两端，安装在前端轴承座(1.3)内，并通过前端轴承盖(1.1.1)固定；第三轴承(1.2.3)和第四轴承(1.2.4)分别套在后端连接轴(1.5)的两端，安装在后端轴承座(1.4)内，并通过后端轴承盖(1.1.2)固定。

3.根据权利要求1所述的一种采用十字节连接的双自由度液压机械臂关节，其特征在于：该关节还包括第五轴承(1.2.5)、第六轴承(1.2.6)、第七轴承(1.2.7)、第八轴承(1.2.8)、第一调整球(1.6.1)、第二调整球(1.6.2)、第一压盖(1.7.1)和第二压盖(1.7.2)，将第五轴承(1.2.5)和第六轴承(1.2.6)为一组，第七轴承(1.2.7)和第八轴承(1.2.8)为一组，将两组轴承分别套在十字形转动轴(1.3.1)的两端，将第一调整球(1.6.1)、第二调整球(1.6.2)分别放在十字形转动轴(1.3.1)两个端面的凹坑内，且分别由第一压盖(1.7.1)、第二压盖(1.7.2)固定。

4.根据权利要求1所述的一种采用十字节连接的双自由度液压机械臂关节，其特征在于：所述十字节(2.4)的一个转动轴与固定在右油缸(2.2.1)端面的前双耳(2.3)形成转动副，另一个转动轴与固定在臂体(3)上的后双耳(2.5)形成转动副。

5.根据权利要求1所述的一种采用十字节连接的双自由度液压机械臂关节，其特征在于：所述左油缸组件的左活塞杆(2.1.2)与前环(2.8)固连，所述前环(2.8)与框式十字轴(2.9)形成转动副；所述左油缸组件的左油缸(2.2.2)与后环(2.6)固连，所述后环(2.6)与臂体(3)形成转动副。

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