CN111604936A - 一种液压机械手腕 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压机械手腕，属于机械设备技术领域，包括手腕第一关节、手腕第二关节、手腕第三关节和末端执行器连接盘。手腕第一关节末端固定在机械臂的臂部顶端，另一端与手腕第二关节转动连接，手腕第三关节与手腕第二关节的两侧转动连接，手腕第三关节的另一端与执行器连接盘转动连接。本发明采用液压驱动，可精确调节工作角度。
Description
技术领域
本发明属于工业机器人领域，特别是一种液压机械手腕。
背景技术
国防科技工业是我国较早开展工业机器人研发制造的行业，武器装备科研生产和军民融合式发展的要求也推动了我国工业机器人产业尤其是军用机器人产业的发展。目前，全球制造业普遍面临着制造模式的变革，美国“再工业化”高端制造发展战略和欧盟“新工业革命”发展战略都是以机器人为主导、信息技术为平台的新型制造模式。在我国劳动力成本日益增加、传统制造业优势丧失的背景下，工业机器人也是我国制造业转型升级的重要武器，对未来生产和社会发展及增强军事国防能力都具有十分重要的意义，有望成为继汽车、飞机、计算机之后出现的又一战略性新兴产业。为保证末端执行器(在其工作空间内)能够实现任意姿态，工业机器人手腕一般都具有三个自由度，分别对应腕部关节的滚动、俯仰和偏转。三个自由度转动轴线如交于一点的称为球形手腕，否则称为非球形手腕。非球形手腕的逆运动学分析无法用解析表达式描述，这为机械手的操控带来了困难，工业机器人很少采用这类非球形手腕，目前的商用工业机械臂手腕大多采用球形手腕结构。而电机驱动手腕存在一些难以克服的问题：腕部关节运动传动链长、手腕单元机械机构复杂、制造和维护成本高、关节动态响应差、负载自重比低、无法用于电磁环境敏感工况等；电机驱动手腕所需的减速器和伺服驱动系统严重依赖进口，造成国产工业机器人成本居高不下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液压机械手腕，以化腕部机械结构、提升其负载自重比。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种液压机械手腕，包括手腕第一关节、手腕第二关节、手腕第三关节和执行器连接盘，手腕第一关节固定在机械臂的臂部顶端，另一端与手腕第二关节转动连接，手腕第三关节与手腕第二关节的两侧转动连接，手腕第三关节的另一端与末端执行器连接盘转动连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)本发明采用叶片摆动马达和螺旋摆动缸的驱动组合，即可以满足高精度控制要求，又能满足大负载的使用场合，特别适用于竖直方向(第一手腕关节轴线垂直于水平面的时候)作业，能承受较大轴向力，受螺旋摆动缸间隙影响较小；提出了旋转编码器的布置方案，结构紧凑，易于拆装、移动和操作，可验证机器人运动相关算法。
(2)采用液压驱动，保留机械手腕特征，防护等级要求较低，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的液压机械手腕整体结构示意图。
图2为本发明的手腕第一关节结构爆炸图。
图3为本发明的手腕第二关节结构爆炸图。
图4为本发明的手腕第三关节结构爆炸图。
图5为本发明的执行器连接盘结构爆炸图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图5，本发明所述一种液压机械手腕，包括手腕第一关节1、手腕第二关节2、手腕第三关节3和执行器连接盘4。总共设置有三个自由度，包括手腕第一关节的旋转，手腕第二关节的摆动以及手腕第三关节的旋转。手腕第一关节1末端固定在机械臂的臂部顶端，另一端通过涨紧套与手腕第二关节2转动连接，螺旋摆动缸为驱动机构，带动手腕第二关节2进行旋转；手腕第三关节3通过涨紧套与手腕第二关节2的两侧转动连接，手腕第二关节2的叶片式摆动马达为驱动机构，带动手腕第三关节3进行摆动；末端执行器连接盘4通过涨紧套与手腕第三关节3转动连接，手腕第三关节3内的叶片式摆动马达为手腕的第三个驱动机构，带动末端执行器连接盘4进行旋转。所述手腕第二关节2的转动轴线垂直于手腕第一关节1的转动轴线；所述手腕第三关节3的转动轴线平行于手腕第一关节1的转动轴线。
结合图2，所述手腕第一关节1包括螺旋摆动缸101、过渡轴102、编码器连接盘103和第一编码器104；所述螺旋摆动缸101是手腕第一关节的本体，用于实现手腕的第一个自由度，为前法兰输出，后法兰固定，机械手腕通过螺旋摆动缸101后法兰的螺纹孔与臂部分固定；过渡轴102与螺旋摆动缸101的前法兰通过螺钉连接，用于传递扭矩；编码器连接盘103通过三个紧定螺钉与螺旋摆动缸101外圈锁紧，为第一编码器104的定子提供一个相对静止的安装位置，两者通过螺钉进行连接，第一编码器104转子则与过渡轴102配合，测量手腕第二关节2的转动角度。
结合图3，所述手腕第二关节2包括第一涨紧套201、旋转固定板202、两个旋转连接架203/206、第二编码器204和第一叶片式摆动马达205。第一涨紧套201的外圈与旋转固定板202的内孔固连，内圈与手腕第一关节1的过渡轴102配合，实现整个手腕第二关节2的旋转；两个旋转连接架203/206对称设置在旋转固定板202左右两端；两个旋转连接架203/206底端均与旋转固定板202通过螺栓进行连接，第一叶片式摆动马达205用于实现手腕的第二个自由度，其两端的法兰座分别与两个旋转连接架203/206通过螺栓连接；第二编码器204的定子与第一叶片式摆动马达205一侧的法兰座通过螺钉固连，转子则与第一叶片式摆动马达205的马达轴相配合，测量手腕第三关节3的摆动角度。
结合图4，所述手腕第三关节3包括第二涨紧套301、两个直角连接架302/305、连接底板303、第二叶片式摆动马达304和第三编码器306。两个第二涨紧套301的外圈分别与直角连接架302/305的内孔固连，内圈与第一叶片式摆动马达205的两侧伸出轴相配合，实现整个手腕第三关节3的摆动；两个直角连接架302/305左右对称布置，两个直角连接架302/305的底端均与连接底板303通过螺栓连接，第二叶片式摆动马达304用于实现手腕的第三个自由度，其前法兰座与连接底板303通过螺栓连接；第三编码器306的定子通过螺钉与第二叶片式摆动马达304的后轴承盖固连，转子与第二叶片式摆动马达304的后伸出轴相配合，测量末端执行器连接盘4的旋转角度。
结合图5，所述末端执行器连接盘4包括第三涨紧套401和连接盘402。第三涨紧套401的外圈与连接盘402的内孔固连，内圈与第二叶片式摆动马达304的前伸出轴配合，实现末端执行器连接盘4的旋转；连接盘402则可用来安装机械臂的末端执行器，通过螺栓或螺钉进行连接。
本发明采用叶片摆动马达和螺旋摆动缸的驱动组合，即可以满足高精度控制要求，又能满足大负载的使用场合，特别在垂直作用方向，能承受较大轴向力；提出了旋转编码器的布置方案，结构紧凑，易于拆装、移动和操作，可验证机器人运动相关算法。结构简单紧凑，运动学分析简单，存在可逆解，可实现末端执行器姿态的精准定位，满足工业要求的一体化、空间化，增加了机械臂的灵活性，并且采用液压驱动，快速响应好，动作平稳，耐冲击。
Claims (5)
1.一种液压机械手腕，其特征在于，包括手腕第一关节(1)、手腕第二关节(2)、手腕第三关节(3)和执行器连接盘(4)，手腕第一关节(1)固定在机械臂的臂部顶端，另一端与手腕第二关节(2)转动连接，手腕第三关节(3)与手腕第二关节(2)的两侧转动连接，手腕第三关节的另一端与末端执行器连接盘(4)转动连接。
2.根据权利要求1所述的液压机械手腕，其特征在于，所述手腕第一关节(1)包括螺旋摆动缸(101)、过渡轴(102)、编码器连接盘(103)和第一编码器(104)；所述螺旋摆动缸(101)为前法兰输出，后法兰固定，机械手腕通过螺旋摆动缸(101)的后法兰与臂部分固定，过渡轴(102)与螺旋摆动缸(101)的前法兰固连，用于传递扭矩；编码器连接盘(103)通过与螺旋摆动缸(101)外圈固连，第一编码器的定子(104)与编码器连接盘(103)固连，转子与过渡轴(102)配合。
3.根据权利要求1所述的液压机械手腕，其特征在于，所述手腕第二关节(2)包括第一涨紧套(201)、旋转固定板(202)、两个旋转连接架、第二编码器(204)和第一叶片式摆动马达(205)；所述第一涨紧套(201)的外圈与旋转固定板202的内孔固连，内圈与手腕第一关节(1)的过渡轴(102)配合，实现整个手腕第二关节(2)的旋转；两个旋转连接架对称设置在旋转固定板202左右两端；两个旋转连接架底端均与旋转固定板202连接，第一叶片式摆动马达(205)两端的法兰座分别与两个旋转连接架连接；第二编码器204的定子与第一叶片式摆动马达(205)一侧的法兰座固连，转子则与第一叶片式摆动马达(205)的马达轴相配合，测量手腕第三关节3的摆动角度。
4.根据权利要求1所述的液压机械手腕，其特征在于，所述手腕第三关节(3)包括第二涨紧套(301)、两个直角连接架、连接底板(303)、第二叶片式摆动马达(304)和第三编码器(306)；两个第二涨紧套(301)的外圈分别与直角连接架(302/305)的内孔固连，内圈与第一叶片式摆动马达(205)的两侧伸出轴相配合；两个直角连接架左右对称布置，底端均与连接底板(303)固连，第二叶片式摆动马达(304)的前法兰座与连接底板(303)固连；第三编码器(306)的定子与第二叶片式摆动马达(304)的后轴承盖固连，转子与第二叶片式摆动马达(304)的后伸出轴相配合。
5.根据权利要求1所述的液压机械手腕，其特征在于，所述末端执行器连接盘包括涨紧套3(401)和连接盘(402)。涨紧套3(401)的外圈与连接盘(402)的内孔固连，内圈与叶片式摆动马达2(304)的前伸出轴相配合，执行器可与连接盘(402)相固连。
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