CN204961463U - 机器人用球形泵电液作动器 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种机器人用球形泵电液作动器，球形泵(1)的缸盖(101)上设置有两个进排油的进排油口(121)，球形泵(1)正向旋转，高压油从缸盖(101)上的一个进排油口(121)排出进入双活塞杆缸的工作缸，双活塞杆缸的非工作缸中的油回流到缸盖(101)上的另一个进排油口(121)，双活塞杆(7)伸出做功；球形泵(1)反向旋转油路反向，双活塞杆(7)缩回；从球形泵(1)溢流通道(111)流出的油连通到弹性储油器(19)上，并经两个单向阀(15)分别连通在主油路的排油和回油通道上；本专利的优点是电液作动器体积小、重量轻、运转效率高、能耗低，可用于骨骼服及自主行走机器人。

Description

机器人用球形泵电液作动器

技术领域

本实用新型专利涉及一种机器人用球形泵电液作动器。

背景技术

机器人产业在全球出现了突飞猛进的发展，中国是机器人最大的市场，但中国的机器人产业大而不强。为了促进机器人市场的健康有序发展，工信部制定了《机器人产业“十三五”发展规划》，要大力推进工业机器人、骨骼服及自主行走机器人的应用示范。

骨骼服及自主行走机器人在实现单兵及户外作业、助老助残领域、消费服务领域、医疗领域等重点领域有着非常重要的应用前景，将成为继计算机之后的又一个科技和产业发展浪潮。

骨骼服及自主行走机器人要求所有的零部件小、结构紧凑、能耗小，目前作为机器人的核心部件的动力系统有液压驱动或者电机直接驱动，其中，液压系统采用的集中式液压分布系统，通过一个大功率的、大流量的液压泵作为中央液压源，再通过配置各种阀门和控制系统把压力分配到各个需要动作的部位，所带来的问题是动力系统结构笨重、功耗大、电池使用时间短，由于阀门所增加的零件数量多导致系统的体积很大、产生的能耗损失很大，从而使骨骼服及自主行走机器人不适合于长时间在室外工作。

球形压缩机是本专利发明人发明的一种全新结构的变容式机构，其优点是无进/排气阀、运动件少、振动小、机械效率高、密封可靠等，特别是在微型压缩机领域、微型高压泵类机械方面优势更加明显。经过多年的不断研发，球形压缩机的结构和性能不断改进和优化，目前球形压缩机技术在国内外已经取得了多个专利，如申请人已申请的专利名称为《一种球形压缩机防卡死动力机构》、专利号为201410554836.6的中国专利，就是在前期专利的基础上优化的一种较为完善的新型结构，适合于微型结构、压力较高的压缩机或者泵类机械。球形泵就是在球形压缩机专利的基础上开发出来的一种泵类机械。

球形泵用于机器人动力系统有很多优势，可以使机器人动力系统的体积减小、重量减轻、能耗降低；但是由于球形泵用于骨骼服及自主行走机器人时是通过球形泵主轴的正反转来驱动液压活塞伸缩杆的往复运动，从而使骨骼服及自主行走机器人实现往复动作，所以球形泵没有一个固定的高压排油口和固定的低压进油口，而是采用两个进排油口进行交替进排油，这样，在球形泵工作时，由于泄漏的存在，从球形泵缸体、转盘配合部分泄漏的液压油汇集到缸体座、缸体与主轴之间的空间形成溢流油池，溢流油池内的积油若不排出，不可避免的会因继续泄漏导致溢流油池空间产生高压力，从而使主轴的轴向密封必须加强才能阻止溢流从轴向泄漏到电机端，而加强型的轴向密封必然导致主轴旋转阻力增大，旋转时的能耗增加，所以球形泵结构设计时必须满足及时排出泄漏在溢流油池内的积油才不会使溢流油池空间的压力升高；但是，由于球形泵此时没有一个固定的低压吸油腔，不能简单的将溢流油池的积油排出到低压吸油腔；所以要对机器人用球形泵作动器的液压油路进行特殊的结构设计来满足把溢流油池的积油排出的要求。另外，由于机器人用球形泵作动器的液压油路是一个全封闭系统，没有一个固定的低压油腔，当温度变化时，液压油路系统的液压油体积发生变化，所以要对机器人用球形泵作动器进行特殊的结构设计来满足由于温度变化导致液压油体积膨胀的要求。

发明内容

本专利的目的就是设计一种机器人用球形泵电液作动器，把电机、球形泵和双活塞杆缸集成，设计出一种新型的电液作动器即EHA，用于骨骼服及自主行走机器人动力系统以提高电液作动器的效率、降低能耗、减小重量和体积。

本专利的技术方案是，机器人用球形泵电液作动器，包括电机、球形泵以及双活塞杆缸组件，其特征是：电机与球形泵连接输入动力，球形泵的两个进排油口和溢流通道的出口设置在球形泵缸盖的端面上，溢流通道与球形泵的溢流油池接通；双活塞杆缸组件的作动筒上部设置有与缸盖连接的连接块，连接块上设置有油道、溢流孔及螺钉孔，连接块上的油道口及溢流孔设置在连接块与缸盖贴合的面上，连接块上相对应的油道口及溢流孔分别与缸盖上的进排油口及溢流通道的出口相接通，连接块通过螺钉固定密封压紧在缸盖上；在连接块的油道内设置有两个单向阀，在溢流孔上连接一个弹性储油器；其中：

球形泵正向旋转，高压油从缸盖上的一个进排油口排出，经作动筒连接块内部的油道进入双活塞杆缸的工作缸，双活塞杆缸的非工作缸中的油被压出后通过设置在连接块上的油道回流到缸盖上的另一个进排油口，并被吸入到球形泵中，双活塞杆伸出；球形泵反向旋转，油路反向，双活塞杆缩回；球形泵正向和反向旋转形成两个油流向相反的主油路循环；从球形泵溢流通道流出的油连通到弹性储油器上，并经两个单向阀分别连通在主油路的排油和回油通道上，当溢流压力大于主油路的回油压力时，与此时的回油通道连通的单向阀打开，溢流进入回油通道并随回油进入主油路循环。

所述在作动筒的连接块上设置的油道和溢流孔的结构为：在连接块上设置有两个轴向导流螺栓孔和一个轴向的溢流孔，两个导流螺栓孔及溢流孔分别与缸盖上的两个进排油口及溢流通道的出口位置相对应，缸盖上的进排油通道出口设置有与导流螺栓相配的内螺纹，缸盖的端面与作动筒的连接块端面贴合并通过两个导流螺栓把作动筒固定在缸盖上；在作动筒的连接块上还设置有两个纵向进排油孔和两个轴向进排油孔；两个纵向进排油孔的一端分别与两个导流螺栓孔接通，另一端分别与两个轴向进排油孔接通；两个轴向进排油孔分别与作动筒两端的工作缸和非工作缸接通；通过两个导流螺栓把球形泵的两个进排油口分别与作动筒两端的工作缸和非工作缸连通；通过缸盖端面与作动筒的连接块贴合，溢流孔的一端与球形泵的溢流通道出口接通，溢流孔的另一端连接一弹性储油器；在作动筒的连接块上轴向设置有两个单向阀孔，单向阀通过螺纹固定安装在单向阀孔的中部，单向阀孔为盲孔，其开口端通过A堵头密封；在作动筒上部的连接块上设置有横向导流孔和纵向导流孔，纵向导流孔的上端与溢流孔接通，另一端与横向导流孔接通，横向导流孔的两端分别与两个单向阀的进油侧接通；两个单向阀的出油侧分别与两个纵向进排油孔接通。

所述弹性储油器是一段具有弹性的乳胶管，乳胶管的一端通过螺纹管接头连接在连接块的溢流孔上，另一端封闭；在乳胶管外部设置一保护罩壳，罩壳通过螺钉固定在连接块及作动筒的右端盖上。

所述双活塞杆缸组件包括作动筒、双活塞杆、左端盖、右端盖、鱼眼接头及保护筒等，作动筒具有左右贯通的活塞孔，左端盖和右端盖分别通过螺纹连接在活塞孔的两端，双活塞杆与作动筒的活塞孔相配并在作动筒的两端分别形成工作缸和非工作缸，双活塞杆的两端从活塞孔的两端伸出并可左右伸缩；双活塞杆的右端为工作端，双活塞杆的右端连接有鱼眼接头，用于连接机器人动作部件；双活塞杆的左端为非工作端，保护筒对双活塞杆的右端起保护作用，保护筒固定连接在左端盖上；保护筒的左端连接有鱼眼接头，作为受力元件用于安装作动器；在双活塞杆活塞体的外圆与作动缸的活塞孔配合部分设置有密封结构，在双活塞杆与左端盖、右端盖配合部分设置有密封结构，在左端盖、右端盖与活塞孔配合的部分设置有密封结构。

本实用新型专利的优点是：

1、由于球形泵独特的原理优势，具有体积小、振动小的特点，由于球形泵具有可正向和反向旋转的特点，从而驱动双活塞杆伸出或者收回，设计的电液作动器(EHA)可以将电机、球形泵、双活塞杆缸集成在一起，机器人的液压系统采用分布式液压源方案，省掉了繁杂的高压油管和电磁液压换向阀，可大幅减小系统的重量、体积和功耗，大幅简化了控制系统。

2、采用两个单向阀与球形泵溢流孔连接，通过弹性储油器与整个液压系统形成液压回路，保证了球形泵溢流油池始终为低压，降低了主轴轴封的密封要求，减小了轴向密封对主轴旋转的阻力，同时也使处于溢流油池中的转盘背面和主轴始终处于低压油中，减少了主轴旋转时高压液压油的阻力，从而降低了主轴旋转的功耗，提高了球形泵的效率；同时弹性储油器保证了封闭的油循环系统的液压油的体积调节。

附图说明

图1：本实用新型所述机器人用电液作动器结构图；

图2：图1中A-A剖面图；

图3：图1中B-B剖面图；

图4：图1中E-E剖面图；

图5：图1中C-C剖面图；

图6：图1中D-D剖面图；

图7：球形泵及电机组合体主视图；

图8：图7中F—F剖面图；

图9：球形泵及电机组合体左视图；

图10：作动筒主视图；

图11：图10中G-G剖视图；

图12：作动筒左视图；

图13：作动筒右视图；

图14：图10中J-J剖视图；

图15：图10中H-H剖视图；

图16：图10中I-I剖视图；

图17：图12中N-N剖视图；

图18：图12中L-L剖视图；

图19：图11中K-K剖视图；

图20：图11中M-M剖视图；

图21：图13中P-P剖视图；

图22：本实用新型球形泵电液作动器液压原理图；

图23：导流螺栓结构示意图。

图中：1-球形泵；2-电机；3-双活塞杆缸组件；4-罩壳；5-鱼眼接头；6-右端盖；7-双活塞杆；8-作动筒；9-左端盖；10-卡箍；11-保护筒；12-连接螺钉；13-A堵头；14-B堵头；15-单向阀；16-导流螺栓；17-C堵头；18-夹紧螺钉；19--弹性储油器。

101-缸盖；102-活塞；103-中心销；104-转盘；105-缸体；106-缸体座镶块；107-平衡块；108-主轴；109-A轴承；110-主轴支架；111-溢流通道；112-活塞轴套；113-泵外壳；114-活塞镶块；115-动力柄；116-转盘轴套；117-B轴承；118-缸体座；119-配重块；120-紧定螺钉；121-进排油口；1001-V1工作室；1002-V2工作室。

201-电机右端盖；202-电机轴；203-电机转子；204-电机定子；205-电机外壳；206-电机左端盖；207-电机轴承。

800-活塞孔；801-导流螺栓孔；802-单向阀孔；803-螺钉孔；804-轴向进排油孔；805-溢流孔；806-纵向导流孔；807-纵向进排油孔；808-横向导流孔；809-螺纹孔。

具体实施方式

如图1到图6所示，本实用新型所述机器人用电液作动器包括电机2、球形泵1以及双活塞杆缸组件3，电机2与球形泵1连接后形成整体柱状结构；双活塞杆缸组件3包括作动筒8、双活塞杆7、左端盖9、右端盖6、鱼眼接头5及保护筒11等；作动筒8具有左右贯通的活塞孔800，在活塞孔800的两端设置有内螺纹，如图10到图13所示；左端盖9和右端盖6分别通过螺纹连接在活塞孔800的两端；双活塞杆7与作动筒8的活塞孔800相配，在作动筒8的两端分别形成工作缸和非工作缸，双活塞杆7的两端为等直径的导向杆，双活塞杆7的活塞体位于两端的导向杆中间，两端的导向杆的直径小于活塞体的直径，在活塞体的左右两侧形成两个环形面；非工作缸由右端盖6、活塞孔800、活塞体右侧环形面及双活塞杆7构成的环形腔室，工作缸是由左端盖9、活塞孔800、活塞体左侧环形面及双活塞杆7的构成的环形腔室，双活塞杆7的两端从活塞孔800的两端端盖中央伸出并可左右伸缩；双活塞杆7的右端为工作端，双活塞杆7的右端通过螺纹连接有鱼眼接头5，用于连接机器人动作部件；双活塞杆7的左端为非工作端，保护筒11对双活塞杆7的左端导向杆起保护作用，保护筒11通过焊接或者螺栓连接的方式固定连接在左端盖9上；保护筒11的左端通过螺纹连接有鱼眼接头5，作为受力元件用于安装作动器；在双活塞杆7活塞体外圆与活塞孔800配合部分设置有密封结构，在双活塞杆7分别与左端盖9、右端盖6配合部分设置有密封结构，在左端盖9、右端盖6与活塞孔800配合的部分设置有密封结构；双活塞杆7左右移动时，工作缸与非工作缸的体积变化相等。

在电机2和球形泵1连接体的中部位置安装一“8”字形卡箍10，卡箍10的封闭端以卡持的方式紧固在电机2和球形泵1连接体的外圆上，卡箍10的开口端卡持在保护筒11的外圆上，通过夹紧螺钉18把卡箍10夹紧在保护筒11的外圆上，如图1、图4所示。

为了使双活塞杆缸组件3与球形泵1连接更加可靠，进一步的在作动筒8的连接块上设置一螺钉孔803，在球形泵1相应的位置设置螺纹孔，通过连接螺钉12把连接块牢固的压接在缸盖101端面上，如图1、图2、图3、图6、图11到图16、图18所示。

作动筒8的上方突出有与球形泵1连接的连接块，在连接块上设置有两个轴向导流螺栓孔801和一个轴向的溢流孔805，如图11、图12、图16及图17所示；球形泵1的两个交互进排油的进排油口121和溢流通道111的出口设置在缸盖101的端面上，溢流通道111与球形泵1的溢流油池接通，如图7到图10所示；连接块上的两个导流螺栓孔801及溢流孔805分别与球形泵1的缸盖101上的两个进排油口121及溢流通道111的出口的位置相对应，如图7、图8、图9所示；缸盖101上的进排油通道121的出口部分设置有与导流螺栓16相配的内螺纹，缸盖101的端面与作动筒8的连接块的端面贴合并通过两个导流螺栓16把作动筒8固定在缸盖101上，如图1、图2、图5所示；连接块上油道口及溢流孔805分别与缸盖101上的进排油口121及溢流通道111的出口相接通，连接块通过螺钉固定密封压紧在缸盖101的端面上；如图1到图3、图5、图6、图10到图21所示，在作动筒8的连接块上还设置有两个纵向进排油孔807，在作动筒8上沿活塞孔800轴线方向设置两个轴向进排油孔804；两个纵向进排油孔807的一端分别与两个导流螺栓孔801接通，两个纵向进排油孔807的另一端分别与两个轴向进排油孔804接通，两个轴向进排油孔804分别与作动筒8两端的工作缸和非工作缸接通；通过两个导流螺栓16就可以把球形泵1的两个进排油口121分别与作动筒8两端的两个环形腔室(即工作缸与非工作缸)连通；通过缸盖101端面与作动筒8的连接块贴合，溢流孔805的一端与球形泵1的溢流通道111的出口接通，溢流孔805的另一端连接一弹性储油器19；由于本专利液压系统是一个封闭的液压回路，温度变化会导致油路中的油膨胀而使油的体积增大，弹性储油器19用于调节油封闭系统的体积变化；所述弹性储油器19是一段具有弹性的乳胶管，乳胶管的一端通过螺纹管接头连接在连接块的溢流孔805上，另一端封闭；在乳胶管外部设置一保护罩壳4，在连接块的顶部设置有两个螺纹孔809，在作动筒8的右端盖6上也设置有螺纹孔，罩壳4通过螺钉固定在连接块及作动筒8的右端盖6上。

在作动筒8的连接块上沿活塞孔800的轴线方向设置有两个轴向的单向阀孔802，单向阀孔802孔内具有内螺纹，单向阀15的外圆周上具有外螺纹，单向阀15通过自身外螺纹固定安装在单向阀孔802的中部，单向阀孔802为盲孔，其开口端通过A堵头13密封；在作动筒8上部的连接块上设置有横向导流孔808和纵向导流孔806，纵向导流孔806的上端与轴向的溢流孔805接通，另一端与横向导流孔808接通，横向导流孔808的两端分别与两个单向阀15的进油侧接通；两个单向阀15的出油侧分别与两个纵向进排油孔807接通；为了纵向导流孔806和横向导流孔808的加工方便，在钻孔后的孔口部位设置有细牙螺纹，在完成内部油道加工后用细牙螺纹堵头B堵头14分别对纵向导流孔806和横向导流孔808的开口部分进行密封封堵；同样，在两个纵向进排油孔807加工后，在孔口设置细牙螺纹，通过C堵头17进行密封封堵。

如图23所示，导流螺栓16为的前端螺纹部分为空心，在螺纹的中部沿螺纹圆柱的圆周方向设置有2—4个径向的分流孔，在导流螺栓孔801上与分流孔相应的部位设置导流环，导流环的宽度不小于分流孔的直径，导流环的直径大于导流螺栓16的直径；如图2、图3、图5、图9、图15、图17所示，在球形泵1的缸盖101的端面上设置有两个进排油口121，由于球形压缩机即球形泵1的运转特点，球形泵1的进油口和排油口是随着电机的正向和反向旋转而交替变化，即电机正向转动时为排油孔，则电机反转时为进油孔；设置在作动筒8连接块上的两个导流螺栓孔801分别与缸盖101上的两个进排油孔121接通，连接块上的两个纵向进排油孔807分别与两个导流螺栓孔801的导流环接通，这样，从球形泵1的一个进排油孔121排出的液压油就通过与其相连通的一个导流螺栓16进入相应的一个纵向进排油孔807，再经该纵向进排油孔807进入到相应的轴向进排油孔804，同时，另一个轴向进排油孔804中的油依次经另一个纵向进排油孔807和另一个导流螺栓16回流到球形泵1的另一个进排油孔121；如图11、图13、图14、图19到图21所示，两个轴向进排油口804分别与工作缸和非工作缸相连通，其中，一个纵向进排油口804与位于作动筒8左端的工作缸相连通，另一个纵向进排油口807与位于作动筒8右端的非工作缸相连通，连接的方法是从活塞孔800中相应位置分别向两个轴向进排油孔804开一个连接孔，可以采用电火花加工的方法。

如图1、图3、图6、图11、图16、图18所示，从球形泵1的溢流通道111流出的液压油经溢流孔805后进入纵向导流孔806，再进入横向导流孔808，然后经横向导流孔808的两端分别进入到两个单向阀孔802中单向阀15的进油侧，同时溢流孔805与弹性储油器19接通；当单向阀15的进油侧压力高于单向阀15的出油侧压力并达到设定压差，单向阀15导通；单向阀15选用低压通过，有利于溢流系统保持低压，降低了球形泵1转动所带来的能耗损失；两个单向阀15的出油侧分别与两个纵向进排油孔807接通，当其中一个纵向进排油孔807中的液压油为低压时，则与该低压的纵向进排油孔807连通的单向阀15可能导通，使溢流系统中的高于设定压力的液压油回流到主油路中。

如图22所示为本实用新型的液压原理图，球形泵1正向旋转，高压油从缸盖101上的一个进排油口121排出，经作动筒8连接块内部的油道进入双活塞杆缸的工作缸，双活塞杆缸的非工作缸中的油被压出后通过设置在连接块上的油道回流到缸盖101上的另一个进排油口121，并被吸入到球形泵1中，双活塞杆7伸出做功；球形泵1反向旋转，油路反向，双活塞杆7缩回；球形泵1正向和反向旋转形成两个油流向相反的主油路循环；从球形泵1的溢流通道111流出的油连接到弹性储油器19上，并经两个单向阀15分别连接在主油路的出油和回油通道上，由于弹性储油器19的作用，当溢流压力大于此时处于回油状态的主油路的回油压力时，与此时的回油通道连通的单向阀15打开，溢流通过该单向阀15进入回油通道并随回油进入主油路循环。上述溢流过程在与两个纵向进排油口807分别相连通的两个单向阀15交替进行。

如图7到图9所示，本专利所用的电机2为直流电机，电机2包括电机轴202、电机右端盖201、电机左端盖206、电机转子203、电机定子204、电机外壳205和电机轴承207，电机2呈直线型，电机右端盖201通过螺纹与球形泵1的主轴支架110固定连接，电机轴202通过键与球形泵1的主轴108连接传递扭矩。

球形泵1包括缸盖101、缸体105、活塞102、活塞镶块114、转盘104、中心销103、主轴108、主轴支架110、泵外壳113、动力柄115、缸体座118、缸体座镶块106等，缸盖101、缸体105、缸体座118、主轴支架110依次固定连接形成球形泵1的机壳，其中，缸体座118的左端设置有内螺纹，缸体座118的右端设置有外螺纹，缸盖101的右端面外圆上设置有台阶，圆筒状的泵外壳113的右端设置有压紧台阶，泵外壳113的左端设置有与缸体座118右端相配合的内螺纹；装配时先把缸体座118、缸体105、缸盖101沿轴向依次连接并通过销钉进行圆周定位，再把泵外壳113依次穿过缸盖101、缸体105，泵外壳113右端的压紧台阶压紧在缸盖101的外圆台阶上，泵外壳113左端的带内螺纹的一端通过螺纹连接在缸体座118的外螺纹的一端，通过螺纹把缸盖101、缸体105依次压紧在缸体座118的右端；主轴支架110的右端设置有与缸体座118左端内螺纹相配的外螺纹，主轴支架110通过螺纹固定连接在缸体座118的左端；主轴支架110的左端设置有与电机右端盖201相配的内螺纹，通过内螺纹连接在电机右端盖201右端的外螺纹上；为了与作动筒8的连接块连接可靠，缸盖101的端面略凸出于泵外壳113的右端面。

与常规的球形压缩机结构相同，缸盖101和缸体105具有半球形内表面，连接形成球形泵1的球形内腔，活塞102具有球形顶面、球形顶面中央伸出一活塞轴、两个成一定角度的侧面、进排油口和在活塞102两侧面下部形成的活塞销座，活塞销座为半圆柱结构，半圆柱的中部有凹槽，在其轴线方向上有贯通的活塞销孔；缸盖101上设有的活塞轴孔，活塞轴的轴径大小与活塞轴孔相配，活塞轴插入活塞轴孔中形成转动配合，活塞102可绕活塞轴的轴线在球形内腔中自由转动，活塞球形顶面与球形内腔具有相同的球心并形成密封动配合。转盘104具有转盘轴、转盘球面和转盘销座；缸体105和缸盖101构成的球形内腔与转盘球面具有相同的球心，转盘球面紧贴球形内腔形成密封动配合；转盘104的转盘销座的两端为半圆柱凹槽，中部为凸起的半圆柱；在半圆柱的轴线方向上有贯通的转盘销孔。中心销103插入活塞销座和转盘销座，在缸体105及缸体座118上设置有转盘轴通过的缸体轴孔及缸体座轴孔；主轴支架110为主轴108的旋转提供支撑，主轴108的一端为偏心轴孔和平衡块107，主轴108的该端部位于缸体座118的圆柱形空腔内，在缸体座118、缸体104与主轴108之间形成一个空间，转盘轴插入主轴108的偏心轴孔内与主轴108相连，主轴108的另一端与电机轴202相连；平衡块107用以调节主轴108旋转时的不平衡力；上述活塞轴和转盘轴及主轴108的轴线都通过缸体105和缸盖101构成的球形内腔的球心，并且活塞轴和转盘轴的轴线与主轴108的轴线形成相同的夹角α；中心销103插入活塞102的活塞销孔和转盘104的转盘销孔中形成柱面铰链，活塞102与转盘104通过柱面铰链形成密封动连接，并把球形内腔形成分割成V1工作室1001和V2工作室1002。

为了减小转子运转中的摩擦阻力，减小转子零件的磨损，保持高精度持久高效运转，提高球形泵的寿命，在转盘轴和主轴108的偏心轴孔的配合部分增加转盘轴套116，在主轴108与缸体座118圆柱配合部分增加B轴承117，在活塞轴与活塞轴孔的配合部分增加活塞轴套112；转盘轴套116和活塞轴套112均采用耐磨材料。

主轴108转动时驱动转盘104，转盘104带动活塞102运动；活塞102的运动是唯一的绕活塞轴的轴线的转动，转盘104的运动是由两种运动的合成：一是绕自身轴线的转动，另一是其轴线始终通过球形内腔的球心，并在以球形内腔的球心为顶点、锥角为2α、轴线与主轴108的轴线重合的虚拟锥体表面周向移动(即转盘104的轴线扫过上述锥体的锥面)，移动的周期与主轴108旋转的周期同步；以上空间机构的运动都是旋转性质的运动，故没有高振动运动件，这种空间运动的合成结果为：活塞102和转盘104有一周期性的相对摆动，摆动的周期为主轴旋转周期的一倍，摆动的幅度为4α；利用这种相对摆动作为容积变化的基本运动要素，形成压力交替变化的V1工作室1001和V2工作室1002；球形泵1运转过程中，V1工作室1001和V2工作室1002的容积不断变化，图8中V1工作室1001和V2工作室1002是极限状态下的情况，V1工作室1001为球形泵1进油时初始状态，所以图中V1工作室1001图示状态理论容积为最大，V2工作室1002为排油结束后的状态，所以图中V2工作室1002图示状态理论容积为零。

在缸盖101的内球面上设置有进油通道和排油通道，进油通道通过连通缸外的进油孔与缸盖101端面上的一个进排油口121连通；排油通道通过缸盖101上的连通缸外的排油孔与缸盖101端面上另一个进排油口121连通；利用活塞102的旋转以及活塞102的球形表面与缸盖101的半球形内表面的配合，作为进排油通道与V1工作室1001和V2工作室1002连通或者关闭的基本运动要素，从而实现进油和排油控制。

在缸体105与缸体座118之间设置有由动力柄115、轨迹限位面构成的转盘同步动力机构，动力柄115是两端对称的哑铃型结构，动力柄115固定在转盘轴上随同转盘回转运动，回转过程中动力柄115两端与缸体座118相接触的运动轨迹面构成轨迹限位面；动力柄115随同转盘104做回转运动，在缸体105、缸体座118与主轴108之间形成回转体空间，所以在缸体105、缸体座118与主轴108之间要有足够的空间保证动力柄10可以自由回转。为了简化加工工艺及可靠性，在与动力柄115两端相接触的轨迹限位面上设置有PEEK、铜或者其他弹性耐磨材料做成的缸体座镶块106；缸体座镶块106作为死点位置附近的轨迹限位面，缸体座镶块106设置在动力柄115转动到机构的死点位置附近时动力柄115两端与轨迹限位面接触的行程范围。

如图8所示，在缸体105、缸盖101上设置溢流通道111，溢流通道111的出口设置在缸盖101的端面上，从缸体105、转盘104配合部分泄漏的液压油汇集到缸体105、缸体座118与主轴108之间的空间形成溢流油池，若不排出这部分泄漏油，不可避免的会因泄漏油不断增加导致溢流油池产生高压力，溢流通道111穿过缸盖101和缸体105后与溢流油池接通，溢流通道111就会把溢流油池的高压积油导入液压主回路，从而降低溢流油池的压力。在主轴108与主轴支架110之间配合的部分设置有A轴承109，减少主轴支架110与主轴108之间的摩擦；在主轴108下部还设置有配重块119，配重块119通过紧定螺钉120固定在主轴108下部的轴颈上。在主轴支架110与主轴108配合的轴颈上设置有密封，该密封作为轴封防止溢流油池中的油泄漏到球形泵1与电机2的连接部分，由于本实用新型的溢流油池为始终为低压，所以轴封用普通的O型圈即可，不需要加强型的轴封，减少主轴108的旋转阻力。

Claims (4)

1.机器人用球形泵电液作动器，包括电机(2)、球形泵(1)以及双活塞杆缸组件(3)，其特征是：电机(2)与球形泵(1)连接输入动力，球形泵(1)的两个进排油口(121)和溢流通道(111)的出口设置在球形泵(1)的缸盖(101)端面上，溢流通道(111)与球形泵(1)的溢流油池接通；双活塞杆缸组件(3)的作动筒(8)上部设置有与缸盖(101)连接的连接块，连接块上设置有油道、溢流孔(805)及螺钉孔，连接块上的油道口及溢流孔(805)设置在连接块与缸盖(101)端面贴合的面上，连接块上相对应的油道口及溢流孔(805)分别与缸盖(101)上的进排油口(121)及溢流通道(111)的出口相接通，连接块通过螺钉固定密封压紧在缸盖(101)上；在连接块的油道内设置有两个单向阀(15)，在溢流孔(805)上连接一个弹性储油器(19)；其中：

球形泵(1)正向旋转，高压油从缸盖(101)上的一个进排油口(121)排出，经作动筒(8)连接块内部的油道进入双活塞杆缸的工作缸，双活塞杆缸的非工作缸中的油被压出后通过设置在连接块上的油道回流到缸盖(101)上的另一个进排油口(121)，并被吸入到球形泵(1)中，双活塞杆(7)伸出；球形泵(1)反向旋转，油路反向，双活塞杆(7)缩回；球形泵(1)正向和反向旋转形成两个油流向相反的主油路循环；从球形泵(1)的溢流通道(111)流出的油连通到弹性储油器(19)上，并经两个单向阀(15)分别连通在主油路的排油和回油通道上，当溢流压力大于主油路的回油压力时，与此时的回油通道连通的单向阀(15)打开，溢流进入回油通道并随回油进入主油路循环。

2.根据权利要求1所述的机器人用球形泵电液作动器，其特征是：所述在作动筒(8)的连接块上设置的油道和溢流孔(805)的结构为：在连接块上设置有两个轴向导流螺栓孔(801)和一个轴向的溢流孔(805)，两个导流螺栓孔(801)及溢流孔(805)分别与缸盖(101)上的两个进排油口(121)及溢流通道(111)的出口位置相对应，缸盖(101)上的进排油通道(111)的出口设置有与导流螺栓(16)相配的内螺纹，缸盖(101)的端面与作动筒(8)的连接块端面贴合并通过两个导流螺栓(16)把作动筒(8)固定在缸盖(101)上；在作动筒(8)的连接块上还设置有两个纵向进排油孔(807)和两个轴向进排油孔(804)；两个纵向进排油孔(807)的一端分别与两个导流螺栓孔(801)接通，另一端分别与两个轴向进排油孔(804)接通，两个轴向进排油孔(804)分别与作动筒(8)两端的工作缸和非工作缸接通；通过两个导流螺栓(16)把球形泵(1)的两个进排油口(121)分别与作动筒(8)两端的工作缸和非工作缸连通；通过缸盖(1)端面与作动筒(8)的连接块贴合，溢流孔(805)的一端与球形泵(1)的溢流通道(111)出口接通，溢流孔(805)的另一端连接一弹性储油器(19)；在作动筒(8)的连接块上轴向设置有两个单向阀孔(802)，单向阀(15)通过螺纹固定安装在单向阀孔(802)的中部，单向阀孔(802)为盲孔，其开口端通过A堵头(13)密封；在作动筒(8)上部的连接块上设置有横向导流孔(808)和纵向导流孔(806)，纵向导流孔(806)的上端与溢流孔(805)接通，另一端与横向导流孔(808)接通，横向导流孔(808)的两端分别与两个单向阀(15)的进油侧接通；两个单向阀(15)的出油侧分别与两个纵向进排油孔(807)接通。

3.根据权利要求1所述的机器人用球形泵电液作动器，其特征是：所述弹性储油器(19)是一段具有弹性的乳胶管，乳胶管的一端通过螺纹管接头连接在连接块的溢流孔(805)上，另一端封闭；在乳胶管外部设置一保护罩壳(4)，罩壳(4)通过螺钉固定在连接块及作动筒(8)的右端盖(6)上。

4.根据权利要求1所述的机器人用球形泵电液作动器，其特征是：所述双活塞杆缸组件(3)包括作动筒(8)、双活塞杆(7)、左端盖(9)、右端盖(6)、鱼眼接头(5)及保护筒(11)，作动筒(8)具有左右贯通的活塞孔(800)，左端盖(9)和右端盖(6)分别通过螺纹连接在活塞孔(800)的两端，双活塞杆(7)与作动筒(8)的活塞孔(800)相配并在作动筒(8)的两端分别形成工作缸和非工作缸，双活塞杆(7)的两端从活塞孔(800)的两端伸出并可左右伸缩；双活塞杆(7)的右端为工作端，双活塞杆(7)的右端连接有鱼眼接头(5)，用于连接机器人动作部件；双活塞杆(7)的左端为非工作端，保护筒(11)对双活塞杆(7)的右端起保护作用，保护筒(11)固定连接在左端盖(9)上；保护筒(11)的左端连接有鱼眼接头(5)，作为受力元件用于安装作动器；在双活塞杆(7)活塞体的外圆与作动缸(8)的活塞孔(800)配合部分设置有密封结构，在双活塞杆(7)与左端盖(9)、右端盖(6)配合部分设置有密封结构，在左端盖(9)、右端盖(6)与活塞孔(800)配合的部分设置有密封结构。