CN110421555A - 一种基于电动静液作动器驱动单元的四自由度抓取机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种基于电动静液作动器驱动单元的四自由度抓取机器人，解决了基于电机传动的机器人传动链长、结构复杂且不紧凑、功率密度小、集成度低以及基于传统的液压传动系统的管路复杂且冗长以及搬运不方便灵活性差等问题，发明机器人的自转运动、大臂的伸缩运动、小臂的仰俯运动和手腕单元的仰俯运动分别是由一个EHA作动单元实现，各个EHA作动单元自成系统，不再需要中央能源系统，大大减少液压管路，搬运方便灵活性高，在很大程度上降低了对应用场合的要求；同时结构紧凑，功率密度大。本发明机器人爪的开合是由一个液压缸驱动，具有结构紧凑、集成度高、造型小及功率密度大等优点。

Description

一种基于电动静液作动器驱动单元的四自由度抓取机器人
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种基于电动静液作动器驱动单元的四自由度抓取机器人。
背景技术
随着工业社会的发展，抓取机器人在节约成本、提高生产效率、提高工作安全性、提高管理效率等方面有着巨大的潜力。对目标物体进行抓取和放置操作是工业机器人的常见执行动作之一，同时也是分拣、搬运、码垛和装配的支撑性技术。抓取操作要求在极短的时间内将目标物体从一个位置运动到另一个位置，在某些情况下还要同时完成对目标物体的姿态的调整。
目前主流的抓取机器人，其运动的传递方式普遍采用电机+齿轮传动、电机+带传动或基于传统的液压作动系统的液压传动。电机+齿轮或电机+带传动的运动传递方式传动链长、结构复杂且不紧凑、功率密度小、集成度低、受工况环境限制严重等局限性，使得末端执行器的灵活性、姿态调整能力和精确定位能力受限；虽然基于传统的液压作动系统的液压传动的运动传递方式在一定程度上克服传统的基于电机传动的弊端，如传动链大大缩短、结构也更加紧凑、功率密度得到了极大的提高，集成度也得到了提高，但液压传动本身存在着一些诸如泄露、噪音、管路复杂且冗长以及搬运不方便灵活性差等缺点。
随着国内外液压技术的不断进步，伺服液压系统向提高系统效率，电力驱动方向发展，逐步发展出了功率电传作动器。电传作动器是指通过电力传递功率的作动系统。目前，功率电传作动器主要有两种形式，即机电作动器（EMA，Electrical MechanicalActuator）和电动静液作动器（EHA，Electrical Hydrostatic Actuator）。
EHA（电动静液作动器）将电机、泵和执行器集成于一体，结构紧凑，功率密度大，搬运方便灵活性高；同时，可避免应用集中液压能源系统时的节流方式功率分配，以及动力源与执行器间的长液压管路；有效的克服了基于传统的液压作动系统的液压传动的运动传递方式的管路复杂且冗长以及搬运不方便灵活性差等弊端。 发明内容
本发明针对上述基于电机+齿轮传动、电机+带传动或传统的液压作动系统的液压传动的抓取机器人存在的问题，为了有效解决基于电机传动的机器人因传动链长、结构复杂且不紧凑、功率密度小、集成度低、以及基于传统的液压传动系统的机器人效率低和管路复杂且冗长以及搬运不方便灵活性差而导致末端执行器的灵活性、姿态调整能力和精确定位能力受限的问题，提供了一种结构紧凑、传动链短、集成度高、功率密度大、搬运方便灵活性高、避免了应用集中液压能源系统时的节流方式功率分配及动力源与执行器间的长液压管路的基于电动静液作动器驱动单元的四自由度抓取机器人。
本发明是通过如下技术方案实现的：包括第一EHA驱动单元、第二EHA驱动单元、第三EHA驱动单元、第四EHA驱动单元、供油单元、底座、托盘、法兰盘、机架、直线轴承、大臂、滚动轴承、小臂、腕部单元、机械爪、爪驱动油缸、第五位移传感器；其中第一EHA驱动单元由第一电机、第一双向定量泵、第一蓄能器、第一作动液压马达和第一角度传感器组成；第二EHA驱动单元由第二电机、第二双向定量泵、第二蓄能器、第一作动液压油缸和第二位移传感器组成；第三EHA驱动单元由第三电机、第三双向定量泵、第三蓄能器、第三作动液压马达和第三角度传感器组成；第四EHA驱动单元由第四电机、第四双向定量泵、第四蓄能器、第四作动液压马达和第四角度传感器组成；供油单元由油箱、第五电机和第五双向定量泵组成。
底座底部与四个托盘通过螺纹副进行固接，底部开设有安放第一EHA驱动单元及供油单元的柱形槽以及供马达轴伸出的圆孔，为了加强底座与下一个部件的连接强度在底座顶部加设有一个长方体凸台，同时为了使底座的剩余空间得到充分利用，在底座右侧开设有一个柱形槽用作油箱；第一EHA驱动单元的液压马达的壳体通过螺钉固接在底座底部的柱形槽内，液压马达的输出轴与底座转动连接；供油单元的壳体通过螺钉固接在底座底部的柱形槽内。
考虑到机架与法兰盘、第二EHA驱动单元、直线轴承和大臂的连接关系，在机架底部设有与法兰盘连接的辅助肋板，中部开设有安放第二EHA驱动单元的柱形槽以及供大臂伸缩的圆孔，顶部开设有安放直线轴承的圆柱形槽；直线轴承的主要作用是配合大臂完成直线方向的伸缩运动，直线轴承的外圈与机架固接；机架通过螺钉与法兰盘完成固接，法兰盘与第一EHA驱动单元的输出轴固接；第二EHA驱动单元的液压油缸的缸体与机架固接，油缸的输出轴与大臂的底部固接。
考虑到第三EHA驱动单元、大臂和小臂三者间的连接关系，在大臂与小臂的转动连接处，给小臂加设有安放轴承的圆环形凸台以及供第三EHA驱动单元输出轴伸出的圆孔，第三EHA驱动单元的液压马达的缸体通过螺钉与小臂的一侧固接，液压马达的输出轴通过两个滚动轴承与小臂转动连接，同时输出轴与大臂固定连接。
在小臂与腕部单元的转动连接处，第四EHA驱动单元的液压马达的缸体通过螺钉与小臂的一侧固接，液压马达的输出轴与小臂转动连接，同时输出轴与腕部单元固定连接；腕部单元与机械爪固接，机械爪为对称机构，由六组杆组和两个基座通过转动连接构成，爪驱动油缸的缸体与第一基座固接，爪驱动油缸的输出轴与第二基座固接，爪驱动油缸上装有第五位移传感器。
第一EHA驱动单元动作时将驱动第一作动液压马达带动法兰盘转动，法兰盘转动时将带动抓取机器人绕着轴向A—A做自转运动；第二EHA驱动单元动作时将驱动第一作动液压油缸带动大臂沿着轴向A—A做直线伸缩运动；第三EHA驱动单元动作时将驱动第三作动液压马达带动小臂绕着轴向B—B作一定角度的转动，从而实现小臂的仰俯运动；第四EHA驱动单元动作时将驱动第四作动液压马达带动腕部单元绕着轴向C—C作一定角度的转动，从而实现腕部单元的仰俯运动；当爪驱动油缸处于完全缩回状态时，机械爪处于完全张开姿态，爪驱动油缸动作时将驱动第二基座作上下直线运动，从而实现了机械爪的开合运动；最后通过第一角度传感器、第二位移传感器、第三角度传感器、第四角度传感器和第五位移传感器的角度信号和位移信号的反馈可实现对本发明一种基于EHA驱动单元的四自由度抓取机器人的爪姿态的控制。
基于EHA驱动单元的四自由度抓取机器人的抓取液压系统是由四个EHA驱动系统和一个爪开合系统构成，其中爪开合系统包括第五电机、第五双向定量泵、油箱、三位四通电磁换向阀及爪驱动油缸；第一EHA驱动系统包括第一电机、第一双向定量泵、第一液控单向阀、第一溢流阀、第一蓄能器、第一补油单向阀组、第一过滤器组、第一安全阀组、第一旁通阀及第一作动液压马达； 第二EHA驱动系统包括第二电机、第二双向定量泵、第二液控单向阀、第二溢流阀、第二蓄能器、第二补油单向阀组、第二过滤器组、第二安全阀组、第二旁通阀及第一作动液压油缸；第三EHA驱动系统包括第三电机、第三双向定量泵、第三液控单向阀、第三溢流阀、第三蓄能器、第三补油单向阀组、第三过滤器组、第三安全阀组、第三旁通阀及第三作动液压马达；第四EHA驱动系统包括第四电机、第四双向定量泵、第四液控单向阀、第四溢流阀、第四蓄能器、第四补油单向阀组、第四过滤器组、第四安全阀组、第四旁通阀及第四作动液压马达；二位二通换向阀的两个阀口分别和EHA驱动系统与爪开合系统连接使其构成一个完整的液压回路系统。
在初始工位，三位四通电磁换向阀切换至中位，二位二通换向阀切换至接通状态，开始对EHA作动系统的蓄能器进行充能并为容积闭式液压回路提供工作所需的液体介质，当四个EHA驱动系统的蓄能器都充满时即可将二位二通换向阀切换至断开状态，考虑到EHA系统也存在泄漏问题，因此直到有一个EHA系统的蓄能器的液压油全部用完时才需要再进行一次新的充能。在EHA系统中蓄能器用来防止液压油中产生气穴以及对液压油的泄漏进行补充；安全阀用来防止在系统内部产生过高的压力；旁通阀在系统出现故障时打开，液压油直接经旁通阀返回油泵，起到隔离故障的作用。通过控制电机的转速就可实现对双向定量泵旋转运动的控制，继而控制泵输出到作动器的高压油的流量，以容积调速方式完成对作动器的控制．电机的正反转控制油缸的伸缩运动或马达的正反转，电机的转速控制作动器的运动速度。当需要爪的收合运动时，只需将三位四通电磁换向阀切换至左位，爪驱动油缸作伸出运动，驱动机械爪作收合运动；相反，当需要爪的张开运动时，只需将三位四通电磁换向阀切换至右位，爪驱动油缸作收缩运动，驱动机械爪作张开运动。
上述的一种基于EHA驱动单元的四自由度抓取机器人，抓取机器人绕着轴向A—A做自转运动是由一个EHA驱动单元实现，该EHA驱动单元的作动器是液压马达。
上述的一种基于EHA驱动单元的四自由度抓取机器人，抓取机器人的大臂沿着轴向A—A做直线伸缩运动运动是由一个EHA驱动单元实现，该EHA驱动单元的作动器是液压油缸，并且该液压缸是一对称的液压缸。
上述的一种基于EHA驱动单元的四自由度抓取机器人，抓取机器人的小臂绕着轴向B—B作一定角度的转动，从而实现小臂的仰俯运动是由一个EHA驱动单元实现，该EHA驱动单元的作动器是液压马达。
上述的一种基于EHA驱动单元的四自由度抓取机器人，抓取机器人的腕部单元绕着轴向C—C作一定角度的转动，从而实现腕部单元的仰俯运动是由一个EHA驱动单元实现，该EHA驱动单元的作动器是液压马达。
抓取机器人的抓取液压系统是由四个EHA驱动系统和一个机械爪开合系统构成，机械爪开合是爪驱动油缸实现，机械爪为对称机构，由六组杆组和两个基座通过转动连接构成，爪驱动油缸的缸体与第一基座固接，爪驱动油缸的输出轴与第二基座固接。
上述的一种基于EHA驱动单元的四自由度抓取机器人，为了使底座的剩余空间得到充分利用，在底座右侧开设有一个柱形槽用作油箱。
上述的一种基于EHA驱动单元的四自由度抓取机器人，抓取机器人的抓取液压系统是由四个EHA驱动系统和一个爪开合系统构成。
上述的一种基于EHA驱动单元的四自由度抓取机器人，通过第一角度传感器、第二位移传感器、第三角度传感器、第四角度传感器和第五位移传感器的角度信号和位移信号的反馈可实现对抓取机器人的爪姿态的控制 。
本发明相比现有技术具有的有益效果是：
1）本发明基于电动静液作动器的作动系统同传统的液压作动系统功率密度比相当，但它的模块性比较好，并且自成系统，不再需要中央能源系统，大大减少液压管路，搬运方便灵活性高，在很大程度上降低了对应用场合的要求。
2）本发明抓取机器人的自转运动由一个液压马达实现，大臂的伸缩运动是由一个液压缸实现，小臂的仰俯和腕部单元的仰俯运动分别由一个液压马达实现，机械爪的开合运动是由一个液压缸，具有传动链短、结构紧凑、集成度高、造型小、功率密度大及负载/自重比高等优点。
3）本发明所用的电动静液作动器系统中不再使用一些昂贵的液压元件，比如电液伺服阀，有效的降低了使用费用和成本。
4）本发明所用的电动静液作动器系统中没有伺服阀，通过调节电机的转速实现对整个系统的伺服控制，即可以降低液压系统的复杂程度，又由于使用对称液压缸或马达作为执行机构，系统溢流损失可忽略不计，缓解了由于系统集成化之后带来的散热问题
5）本发明在底座右侧开设有一个柱形槽用作油箱，这不仅解决的油箱的布置问题，同时还使底座的剩余空间得到了充分利用，大大提高了构件的利用率。
6）本发明适用场合广泛，不仅能适应传统的工况要求，也适用于重载及一些特殊环境的工况如电磁环境、深海环境及高压环境等。
附图说明
图1是本发明抓取机器人结构示意图。
图2是本发明抓取机器人俯视图。
图3是本发明抓取机器人传动机构主剖视图。
图4是本发明抓取机器人传动机构侧剖视图。
图5是本发明抓取机器人的抓取液压系统原理图。
图中标号：1-托盘，2-底座，3-第二EHA驱动单元，3-1-第二电机，3-2-第二双向定量泵，3-3-第一作动液压油缸，3-4-第二蓄能器，3-5第二位移传感器，4-法兰盘，5-机架，6-直线轴承，7-大臂，8-第三EHA驱动单元，8-1-第三电机，8-2-第三双向定量泵，8-3-第三作动液压马达，8-4-第三蓄能器，8-5-第三角度传感器，9-小臂，10-第四EHA驱动单元，10-1-第四电机，10-2-第四双向定量泵，10-3-第四作动液压马达，10-4-第四蓄能器，10-5-第四角度传感器，11-腕部单元，12-机械爪，12-1-第一基座，12-2-第一杆组，12-3-第二杆组，12-4第三杆组，12-5-第二基座，12-6-第四杆组，12-7-第五杆组，12-8-第六杆组，13-爪驱动油缸，14-第一EHA驱动单元，14-1-第一电机，14-2-第一双向定量泵，14-3-第一作动液压马达，14-4-第一蓄能器，14-5-第一角度传感器，15-油箱，16-第五电机，17-第五双向定量泵，18-滚动轴承，19-第五位移传感器，20-三位四通电磁换向阀，21-二位二通换向阀，22-1-第一液控单向阀，22-2-第二液控单向阀，22-3-第三液控单向阀，22-4-第四液控单向阀，23-1-第一溢流阀，23-2-第二溢流阀，23-3-第三溢流阀，23-4-第四溢流阀，24-1-第一补油单向阀组，24-2-第二补油单向阀组，24-3-第三补油单向阀组，24-4-第四补油单向阀组，25-1-第一过滤器组，25-2-第二过滤器组，25-3-第三过滤器组，25-4-第四过滤器组，26-1-第一旁通阀，26-2-第二旁通阀，26-3-第三旁通阀，26-4-第四旁通阀，27-1-第一安全阀组，27-2-第二安全阀组，27-3-第三安全阀组，27-4-第四安全阀组。
具体实施方式
参照图1～图4对本发明进行具体阐述，如图1-图4所示，本实施例中的基于EHA驱动单元的四自由度抓取机器人是由第一EHA驱动单元14、第二EHA驱动单元3、第三EHA驱动单元8、第四EHA驱动单元10、供油单元、底座2、托盘1、法兰盘4、机架5、直线轴承6、大臂7、滚动轴承18、小臂9、腕部单元11、机械爪12、爪驱动油缸13、第五位移传感器19构成，其中第一EHA驱动单元14由第一电机14-1、第一双向定量泵14-2、第一蓄能器14-4、第一作动液压马达14-3和第一角度传感器14-5组成；第二EHA驱动单元3由第二电机3-1、第二双向定量泵3-2、第二蓄能器3-4、第一作动液压油缸3-3和第二位移传感器3-5组成；第三EHA驱动单元8由第三电机8-1、第三双向定量泵8-2、第三蓄能器8-4、第三作动液压马达8-3和第三角度传感器8-5组成；第四EHA驱动单元10由第四电机10-1、第四双向定量泵10-2、第四蓄能器10-4、第四作动液压马达10-3和第四角度传感器10-5组成；供油单元由油箱15、第五电机16和第五双向定量泵17组成；其中底座2底部与四个托盘1通过螺纹副进行固接，底部开设有安放第一EHA作动单元14及供油单元的柱形槽以及供马达14-3的轴伸出的圆孔，为了加强底座2与下一个部件的连接强度在底座2顶部加设有一个长方体凸台，同时为了使底座2的剩余空间得到充分利用，在底座2右侧开设有一个柱形槽用作油箱15；第一EHA驱动单元14的液压马达14-3的壳体通过螺钉固接在底座2底部的柱形槽内，液压马达14-3的输出轴与底座2转动连接；供油单元的壳体通过螺钉固接在底座2底部的柱形槽内；考虑到机架5与法兰盘4、第二EHA作动单元3、直线轴承6和大臂7的连接关系，在机架5底部设有与法兰盘4连接的辅助肋板，中部开设有安放第二EHA驱动单元3的柱形槽以及供大臂7伸缩的圆孔，顶部开设有安放直线轴承6的圆柱形槽；直线轴承6的主要作用是配合大臂7完成直线方向的伸缩运动，直线轴承6的外圈与机架5固接；机架5通过螺钉与法兰盘4完成固接，法兰盘4与第一EHA驱动单元14的输出轴固接；第二EHA驱动单元3的液压油缸3-3的缸体与机架5固接，油缸3-3的输出轴与大臂7的底部固接；考虑到第三EHA驱动单元8、大臂7和小臂9三者间的连接关系，在大臂7与小臂9的转动连接处，给小臂9加设有安放轴承18的圆环形凸台以及供第三EHA驱动单元8输出轴伸出的圆孔，第三EHA驱动单元8的液压马达8-3的缸体通过螺钉与小臂9的一侧固接，液压马达8-3的输出轴通过两个滚动轴承18与小臂9转动连接，同时输出轴与大臂7固定连接；在小臂9与腕部单元11的转动连接处，第四EHA驱动单元10的液压马达10-3的缸体通过螺钉与小臂9的一侧固接，液压马达10-3的输出轴与小臂9转动连接，同时输出轴与腕部单元11固定连接；腕部单元11与机械爪12固接，机械爪12属于一对称机构，由六组杆组和两个基座通过转动连接构成，爪驱动油缸13的缸体与第一基座12-1固接，爪驱动油缸13的输出轴与第二基座12-5固接，爪驱动油缸13上装有第五位移传感器19。
如图5所示，本实施例中的基于EHA驱动单元的四自由度抓取机器人的抓取液压系统是由四个EHA驱动系统和一个爪开合系统构成，其中爪开合系统包括第五电机16、第五双向定量泵17、油箱15、三位四通电磁换向阀20及爪驱动油缸13；第一EHA驱动系统包括第一电机14-1、第一双向定量泵14-2、第一液控单向阀22-1、第一溢流阀23-1、第一蓄能器14-4、第一补油单向阀组24-1、第一过滤器组25-1、第一安全阀组27-1、第一旁通阀26-1及第一作动液压马达14-3； 第二EHA驱动系统包括第二电机3-1、第二双向定量泵3-2、第二液控单向阀22-2、第二溢流阀23-2、第二蓄能器3-4、第二补油单向阀组24-2、第二过滤器组25-2、第二安全阀组27-2、第二旁通阀26-2及第一作动液压油缸3-3；第三EHA驱动系统包括第三电机8-1、第三双向定量泵8-2、第三液控单向阀22-3、第三溢流阀23-3、第三蓄能器8-4、第三补油单向阀组24-3、第三过滤器组25-3、第三安全阀组27-3、第三旁通阀26-3及第三作动液压马达8-3；第四EHA驱动系统包括第四电机10-1、第四双向定量泵10-2、第四液控单向阀22-4、第四溢流阀23-4、第四蓄能器10-4、第四补油单向阀组24-4、第四过滤器组25-4、第四安全阀组27-4、第四旁通阀26-4及第四作动液压马达10-3；二位二通换向阀21的两个阀口分别和EHA驱动系统与爪开合系统连接使其构成一个完整的液压回路系统。
具体工作原理如下：
在初始工位，三位四通电磁换向阀20切换至中位，二位二通换向阀21切换至接通状态，开始对EHA驱动系统的蓄能器进行充能并为容积闭式液压回路提供工作所需的液体介质，当四个EHA驱动系统的蓄能器都充满时即可将二位二通换向阀21切换至断开状态，考虑到EHA系统也存在泄漏问题，因此直到有一个EHA系统的蓄能器的液压油全部用完时才需要再进行一次新的充能。在EHA系统中蓄能器用来防止液压油中产生气穴以及对液压油的泄漏进行补充；安全阀用来防止在系统内部产生过高的压力；旁通阀在系统出现故障时打开，液压油直接经旁通阀返回油泵，起到隔离故障的作用。通过控制电机的转速就可实现对双向定量泵旋转运动的控制，继而控制泵输出到作动器的高压油的流量，以容积调速方式完成对作动器的控制．电机的正反转控制油缸的伸缩运动或马达的正反转，电机的转速控制作动器的运动速度。当需要爪12的收合运动时，只需将三位四通电磁换向阀20切换至左位，爪驱动油缸13作伸出运动，驱动机械爪12作收合运动；相反，当需要爪12的张开运动时，只需将三位四通电磁换向阀20切换至右位，爪驱动油缸13作收缩运动，驱动机械爪12作张开运动。
第一EHA驱动单元14动作时将驱动第一作动液压马达14-3带动法兰盘4转动，法兰盘4转动时将带动抓取机器人绕着轴向A—A做自转运动；第二EHA驱动单元3动作时将驱动第一作动液压油缸3-3带动大臂7沿着轴向A—A做直线伸缩运动；第三EHA驱动单元8动作时将驱动第三作动液压马达8-3带动小臂9绕着轴向B—B作一定角度的转动，从而实现小臂9的仰俯运动；第四EHA驱动单元10动作时将驱动第四作动液压马达10-3带动腕部单元11绕着轴向C—C作一定角度的转动，从而实现腕部单元11的仰俯运动；当爪驱动油缸13处于完全缩回状态时，机械爪12处于完全张开姿态，爪驱动油缸13动作时将驱动第二基座12-5作上下直线运动，从而实现了机械爪12的开合运动，从而实现本发明抓取机器人的抓取运动。
上述实施例中基于EHA驱动系统的抓取机器人的爪姿态的控制原理，通过第一角度传感器14-5可采集到液压油缸14-3动作的角度信号，然后根据机构组件间的几何关系就可求出抓取机器人绕着轴向A—A作了多少角度的转动，即可转化为机器人的自转角度信号；通过第二位移传感器3-5可采集到液压油缸3-3动作的位移信号，然后根据机构组件间的几何关系就可求出大臂7沿着轴向A—A作了多少距离的位移，即可转化为大臂7的伸缩位移信号；通过第三角度传感器8-5可采集到液压马达8-3动作的转角信号，然后根据机构组件间的几何关系就可求出小臂9绕着轴向B—B作了多少角度的转动，即可转化为小臂9的仰俯角度信号；通过第四角度传感器10-5可采集到液压马达10-3动作的转角信号，然后根据机构组件间的几何关系就可求出腕部单元11绕着轴向C—C作了多少角度的转动，即可转化为手腕11的仰俯角度信号；通过第五位移传感器19可采集到爪驱动油缸13动作的位移信号，然后根据机构组件间的几何关系就可求出爪12作了多少角度的开合运动，即可转化为爪12的开合角度信号；最后通过机器人的自转角度信号、大臂7的伸缩位移信号、小臂9的仰俯角度信号、手腕11的仰俯角度信号和爪12的开合角度信号的反馈，对液压油缸14-3、液压油缸3-3、液压马达8-3、液压马达10-3和爪驱动油缸13进行调节与控制，即可实现对基于EHA驱动单元的四自由度抓取机器人的爪姿态的精确控制。
上述实施例中抓取机器人的大臂7沿着轴向A—A做直线伸缩运动运动是由EHA作动单元3实现，该EHA作动单元的作动器是液压油缸，并且该液压缸是一对称的液压缸。

Claims (5)

1.一种基于电动静液作动器驱动单元的四自由度抓取机器人，其特征在于：包括第一EHA驱动单元（14）、第二EHA驱动单元（3）、第三EHA驱动单元（8）、第四EHA驱动单元（10）、供油单元、底座（2）、托盘（1）、法兰盘（4）、机架（5）、直线轴承（6）、大臂（7）、滚动轴承（18）、小臂（9）、腕部单元（11）、机械爪（12）、爪驱动油缸（13）、第五位移传感器（19），其中第一EHA驱动单元（14）包括第一电机（14-1）、第一双向定量泵（14-2）、第一蓄能器（14-4）、第一作动液压马达（14-3）和第一角度传感器（14-5）；第二EHA驱动单元（3）包括第二电机（3-1）、第二双向定量泵（3-2）、第二蓄能器（3-4）、第一作动液压油缸（3-3）和第二位移传感器（3-5）；第三EHA驱动单元（8）包括第三电机（8-1）、第三双向定量泵（8-2）、第三蓄能器（8-4）、第三作动液压马达（8-3）和第三角度传感器（8-5）；第四EHA驱动单元（10）包括第四电机（10-1）、第四双向定量泵（10-2）、第四蓄能器（10-4）、第四作动液压马达（10-3）和第四角度传感器（10-5）；供油单元包括油箱（15）、第五电机（16）和第五双向定量泵（17）；其中底座（2）底部与四个托盘（1）通过螺纹副进行固接，底座（2）底部开设有安放第一EHA驱动单元（14）及供油单元的柱形槽以及供第一液压马达（14-3）轴伸出的圆孔，底座（2）顶部加设有一个长方体凸台，且底座（2）右侧开设有一个柱形槽用作油箱（15）；第一EHA驱动单元（14）的液压马达（14-3）的壳体通过螺钉固接在底座（2）底部的柱形槽内，第一液压马达（14-3）的输出轴与底座（2）转动连接，供油单元的壳体通过螺钉固接在底座（2）底部的柱形槽内，在机架（5）底部设有与法兰盘（4）连接的辅助肋板，机架（5）中部开设有安放第二EHA驱动单元（3）的柱形槽以及供大臂（7）伸缩的圆孔，机架（5）顶部开设有安放直线轴承（6）的圆柱形槽，直线轴承（6）用作配合大臂（7）完成直线方向的伸缩运动，直线轴承（6）的外圈与机架（5）固接；机架（5）通过螺钉与法兰盘（4）完成固接，法兰盘（4）与第一EHA作动单元（14）的输出轴固接；第二EHA驱动单元（3）的液压油缸（3-3）的缸体与机架（5）固接，油缸（3-3）的输出轴与大臂（7）的底部固接；小臂（9）在与大臂（7）的转动连接处设置有安放轴承（18）的圆环形凸台以及供第三EHA驱动单元（8）输出轴伸出的圆孔，第三EHA驱动单元（8）的液压马达（8-3）的缸体通过螺钉与小臂（9）的一侧固接，液压马达（8-3）的输出轴通过两个滚动轴承（18）与小臂（9）转动连接，同时，液压马达（8-3）的输出轴与大臂（7）固定连接；在小臂（9）与腕部单元（11）的转动连接处，第四EHA驱动单元（10）的液压马达（10-3）的缸体通过螺钉与小臂（9）的一侧固接，液压马达（10-3）的输出轴与小臂（9）转动连接，同时输出轴与腕部单元（11）固定连接；腕部单元（11）与机械爪（12）固接，机械爪（12）为对称机构，包括六组杆组和两个基座通过转动连接而成，爪驱动油缸（13）的缸体与第一基座（12-1）固接，爪驱动油缸（13）的输出轴与第二基座（12-5）固接，爪驱动油缸（13）上装有第五位移传感器（19）；
抓取机器人的抓取液压系统是由四个EHA驱动系统和一个爪开合系统构成，其中爪开合系统包括第五电机（16）、第五双向定量泵（17）、油箱（15）、三位四通电磁换向阀（20）及爪驱动油缸（13）；第一EHA驱动系统包括第一电机（14-1）、第一双向定量泵（14-2）、第一液控单向阀（22-1）、第一溢流阀（23-1）、第一蓄能器（14-4）、第一补油单向阀组（24-1）、第一过滤器组（25-1）、第一安全阀组（27-1）、第一旁通阀（26-1）及第一作动液压马达（14-3）； 第二EHA驱动系统包括第二电机（3-1）、第二双向定量泵（3-2）、第二液控单向阀（22-2）、第二溢流阀（23-2）、第二蓄能器（3-4）、第二补油单向阀组（24-2）、第二过滤器组（25-2）、第二安全阀组（27-2）、第二旁通阀（26-2）及第一作动液压油缸（3-3）；第三EHA驱动系统包括第三电机（8-1）、第三双向定量泵（8-2）、第三液控单向阀（22-3）、第三溢流阀（23-3）、第三蓄能器（8-4）、第三补油单向阀组（24-3）、第三过滤器组（25-3）、第三安全阀组（27-3）、第三旁通阀（26-3）及第三作动液压马达（8-3）；第四EHA驱动系统包括第四电机（10-1）、第四双向定量泵（10-2）、第四液控单向阀（22-4）、第四溢流阀（23-4）、第四蓄能器（10-4）、第四补油单向阀组（24-4）、第四过滤器组（25-4）、第四安全阀组（27-4）、第四旁通阀（26-4）及第四作动液压马达（10-3），二位二通换向阀（21）的两个阀口分别和EHA驱动系统与爪开合系统连接使其构成一个完整的液压回路系统；
在初始工位，三位四通电磁换向阀（20）切换至中位，二位二通换向阀（21）切换至接通状态，开始对EHA驱动系统的蓄能器进行充能并为容积闭式液压回路提供工作所需的液体介质，当四个EHA驱动系统的蓄能器都充满时即可将二位二通换向阀（21）切换至断开状态，考虑到EHA系统也存在泄漏问题，因此直到有一个EHA系统的蓄能器的液压油全部用完时才需要再进行一次新的充能；当需要爪（12）的收合运动时，只需将三位四通电磁换向阀（20）切换至左位，爪驱动油缸（13）作伸出运动，驱动机械爪（12）作收合运动；相反，当需要爪（12）的张开运动时，只需将三位四通电磁换向阀（20）切换至右位，爪驱动油缸（13）作收缩运动，驱动机械爪（12）作张开运动；
第一EHA驱动单元（14）动作时将驱动第一作动液压马达（14-3）带动法兰盘（4）转动，法兰盘（4）转动时将带动抓取机器人绕着轴向A—A做自转运动；第二EHA驱动单元（3）动作时将驱动第一作动液压油缸（3-3）带动大臂（7）沿着轴向A—A做直线伸缩运动；第三EHA驱动单元（8）动作时将驱动第三作动液压马达（8-3）带动小臂（9）绕着轴向B—B作一定角度的转动，从而实现小臂（9）的仰俯运动；第四EHA驱动单元（10）动作时将驱动第四作动液压马达（10-3）带动腕部单元（11）绕着轴向C—C作一定角度的转动，从而实现腕部单元（11）的仰俯运动；当爪驱动油缸（13）处于完全缩回状态时，机械爪（12）处于完全张开姿态，爪驱动油缸（13）动作时将驱动第二基座（12-5）作上下直线运动，从而实现了机械爪（12）的开合运动，从而实现本发明抓取机器人的抓取运动；
通过第一角度传感器（14-5）可采集到液压油缸（14-3）动作的角度信号，然后根据机构组件间的几何关系就可求出抓取机器人绕着轴向A—A作了多少角度的转动，即可转化为机器人的自转角度信号；通过第二位移传感器（3-5）可采集到液压油缸（3-3）动作的位移信号，然后根据机构组件间的几何关系就可求出大臂（7）沿着轴向A—A作了多少距离的位移，即可转化为大臂（7）的伸缩位移信号；通过第三角度传感器（8-5）可采集到液压马达（8-3）动作的转角信号，然后根据机构组件间的几何关系就可求出小臂（9）绕着轴向B—B作了多少角度的转动，即可转化为小臂（9）的仰俯角度信号；通过第四角度传感器（10-5）可采集到液压马达（10-3）动作的转角信号，然后根据机构组件间的几何关系就可求出腕部单元（11）绕着轴向C—C作了多少角度的转动，即可转化为手腕（11）的仰俯角度信号；通过第五位移传感器（19）可采集到爪驱动油缸（13）动作的位移信号，然后根据机构组件间的几何关系就可求出爪（12）作了多少角度的开合运动，即可转化为爪（12）的开合角度信号；最后通过机器人的自转角度信号、大臂（7）的伸缩位移信号、小臂（9）的仰俯角度信号、手腕（11）的仰俯角度信号和爪（12）的开合角度信号的反馈，对液压油缸（14-3）、液压油缸（3-3）、液压马达（8-3）、液压马达（10-3）和爪驱动油缸（13）进行调节与控制，即可实现对基于EHA驱动单元的四自由度抓取机器人的爪姿态的精确控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于电动静液作动器驱动单元的四自由度抓取机器人，其特征在于： 抓取机器人绕着轴向A—A做自转运动是EHA驱动单元（14）实现，该EHA驱动单元的作动器是液压马达。
3.根据权利要求1所述的一种基于电动静液作动器驱动单元的四自由度抓取机器人，其特征在于：抓取机器人的大臂（7）沿着轴向A—A做直线伸缩运动运动是EHA驱动单元（3）实现，该EHA驱动单元的作动器是液压油缸，并且该液压缸是一对称的液压缸。
4.根据权利要求1所述的一种基于电动静液作动器驱动单元的四自由度抓取机器人，其特征在于：抓取机器人的小臂（9）绕着轴向B—B作一定角度的转动，从而实现小臂（9）的仰俯运动是EHA驱动单元（8）实现，该EHA驱动单元的作动器是液压马达。
5.根据权利要求1所述的一种基于电动静液作动器驱动单元的四自由度抓取机器人，其特征在于：腕部单元（11）绕着轴向C—C作一定角度的转动，从而实现腕部单元（1）的仰俯运动是EHA驱动单元（10）实现，该EHA驱动单元的作动器是液压马达。
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