CN106737827B - 一种转角自伺服被动柔顺液压机器人关节 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转角自伺服被动柔顺液压机器人关节，其技术方案是：阀体（14）同中心地安装在缸体圆柱形空腔内（32），阀体（14）左右两端同中心地装有两个深沟球轴承（5），主动锥齿轮（13）同中心地安装在阀体（14）右端的输出轴轴肩上，从动轴（12）安装在右端盖（7）上，从动锥齿轮（8）同中心地安装在从动轴（12）上，两根连杆（9）通过螺钉分别固定对称安装在从动轴（12）两端，两根连杆（9）的另一端中间安装从动臂（10）；本发明具有固定挡块易固定、易装配、关节输出力矩大、阀体受力平衡、不易移位、动力特性好、关节灵活性高、响应速度快和控制精度高的特点。

Description

一种转角自伺服被动柔顺液压机器人关节

技术领域

本发明属于机器人关节技术领域，具体涉及一种转角自伺服的被动柔顺液压机器人关节。

背景技术

液压转角伺服技术是将液压与电机技术相结合，利用各自的优点，用电机的小力矩直接驱动阀芯使阀口打开，让高压油作用在阀体上，进而得到大输出力矩。液压转角自伺服阀是液压控制***中的核心元件，其具有精度高、反应快的特点，在高精度的机电一体化***、航空航天机载驱动***、大型试验设备中有着广泛的应用，因而得到国内外科技人员的关注。

“一种易控液压转角自伺服阀”(ZL 201210033081.6)专利技术伺服阀阀芯具有便于制备、阀芯所受径向力和轴向力均各自平衡、动力特性好、伺服盲区小和易于控制的特点，但存在结构复杂，特别是阀芯和阀套内部存在较多复杂的内油道，难于保证加工精度，还存在着输出力矩不够大以及采用了圆形阀口设计，造成其流量增益是非线性的，进而产生了精度不够高的问题。

“一种转阀式大扭矩液压转角自伺服阀”(ZL 201210514025.4)专利技术克服了上述所存在的问题，该伺服阀通过在阀芯表面配流，提高了***的流通能力，提高的响应速度，但存在固定挡块不易于固定，不好装配以及阀体采用了单独轴承支撑，造成阀体受力容易移位，增加阀体摩擦力，影响灵活性的问题。

因此有必要设计一种固定挡块易固定、易装配、关节输出力矩大、阀体受力平衡、不易移位、动力特性好、关节灵活性高、响应速度快和控制精度高的转角自伺服被动柔顺液压机器人关节。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种转角自伺服被动柔顺液压机器人关节，包括舵机19、舵机盖2、舵机盘18、舵机座3，缸体6、阀套15、阀芯17、阀体14、固定挡块21、叶片25、主动锥齿轮13、从动轴12、从动锥齿轮8、齿轮盖11、连杆9、从动臂10和连接盘1；

阀体14同中心地安装在缸体圆柱形空腔32内，阀体14左右两端同中心地装有两个深沟球轴承5，左端深沟球轴承固定在缸体左轴承槽29里，右端深沟球轴承固定在缸体右轴承槽33里，左端盖4安装在缸体6的左端，右端盖7安装在缸体6的右端，阀体14的输出轴伸出右端盖7，主动锥齿轮13同中心地安装在阀体14右端的输出轴轴肩上，处于右端盖7外伸腔内，从动轴12安装在右端盖7上，齿轮盖11安装在右端盖7上，从动锥齿轮8同中心地安装在从动轴12上，两根连杆9通过螺钉分别对称安装在从动轴12上下两端，两根连杆9的另一端中间安装从动臂10，两个连接盘1一个同中心地安装在左侧舵机盖2上，一个同中心地安装在从动臂10末端；

缸体6内壁的正上部装有固定挡块21，固定挡块21与阀体14为动配合；阀体圆柱形空腔37的外壁设有叶片25，叶片25与缸体6为动配合；

阀套15同中心地安装在阀体圆柱形空腔37内，阀套15的左端面与阀体14的左端面通过圆柱销固定在一起，阀芯17右端穿过阀套15同中心地安装在阀体圆柱形空腔37内，阀芯17左端和右端分别装有两个推力球轴承16；

舵机19通过两个舵机座3固定左端盖4上，舵机19的输出轴通过两个用螺栓联接的舵机盘18与阀芯17左端内孔同中心键联接；

左端盖4的上方和下方对应的设有左端盖低压油通道28和左端盖高压油通道27，左端盖低压油通道28的出口为低压油出口T，左端盖高压油通道27的入口为高压油入口P，左端盖低压油通道28圆心和左端盖高压油通道27的圆心与左端盖4圆心连线的夹角为150°；

缸体6的上部沿径向方向设有缸体第一低压油通道30，沿轴向方向设有缸体第二低压油通道31，缸体第一低压油通道30和缸体第二低压油通道31相通，缸体第二低压油通道31与左端盖低压油通道28相通；缸体6的下部沿轴向方向设有缸体高压油通道34，缸体高压油通道34与左端盖高压油通道27相通；

缸体第一低压油通道30的入口与缸体低压油环形槽36相通，缸体低压油环形槽36与阀体上第一低压油通道20和阀体下第一低压油通道26相通，第一径向低压油通道上下两个部分与阀套左T口46相通，阀套左T口46与阀芯第一环状凸台上55的矩形槽相通，阀芯第一环状凸台55上的矩形槽与阀套左A口47相通，阀套左A口47通过阀体的第一矩形阀口44与对应的第一工作腔相通61；

缸体第二低压油通道31的入口与阀体低压油环形槽43相通，阀体低压油环形槽43与阀体第二低压油通道22相通，阀体第二低压油通道22与阀套右T口53相通，阀套右T口53与阀芯17的第四环状凸台58上的矩形槽相通，阀芯17的第四环状凸台58上的矩形槽与阀套右B口52相通，阀套右B口52通过阀体14的第二矩形阀口45与对应的第二工作腔62相通；

缸体高压油通道34的出口与阀体高压油环形槽42相通，阀体高压油环形槽42与阀体Z形高压油通道24相通，阀体Z形高压油通道24与阀套左P口49和阀套右P口50分别相通，阀套左P口49与阀芯第二环状凸台56上的矩形槽相通，阀芯第二环状凸台56上的矩形槽与阀套右A口48相通，阀套右A口48通过阀体第一矩形阀口44与对应的第一工作腔61相通；

阀套右P口50与阀芯第三环状凸台57上的矩形槽相通，阀芯第三环状凸台57上的矩形槽与阀套左B口51相通，阀套左B口51通过阀体的第二矩形阀口45与对应的第二工作腔62相通；

主动锥齿轮13径向通过圆螺母安装在阀体14输出轴末端固定，周向通过平键固定，从动轴12两端装有深沟球轴承B65，深沟球轴承B65内圈与从动轴12过度配合，外圈与右端盖7过度配合；主动锥齿轮13和从动锥齿轮8呈90°啮合，从动锥齿轮8与从动轴12周向通过平键固定连接；深沟球轴承B65两端装有轴承盖轴向固定，连杆9圆周向通过平键与从动轴12固定，通过螺钉与从动轴12轴向固定连接，从动臂10通过螺钉安装在两个连杆9中间，两个连接盘1分别用螺栓安装在左侧端舵机盖2和右侧端从动臂10上；

所述阀体14自左到右依次由空心圆柱体、叶片25、圆柱体凸台、第一轴肩38、第二轴肩39和阀体输出轴40组成；圆柱体的外径与缸体圆形孔35内径的名义尺寸相同，圆柱体内部开有阀体圆柱形空腔37和阀体轴承槽41，阀体圆柱形空腔37内径与阀套15外径的名义尺寸相同，阀体圆柱形空腔37左端开有两个尺寸相同的半圆形圆柱销孔，两个销孔呈180°分布，圆柱体的左端圆柱面开有两个阀体密封槽，缸体低压油环形槽36在阀体14左端的两个密封槽之间，密封槽之间设有阀体上第一低压油通道20和阀体下第一低压油通道26；

圆柱体外壁下方设有叶片25，叶片25长度为缸体圆柱形空腔32的长度与阀体14的圆柱体凸台的长度之差，叶片25的上下弧面差为缸体圆柱形空腔32的内径与阀体14的圆柱体外径差的一半；叶片25的下弧面中心处沿轴线方向设有条状密封槽，条状密封槽与叶片25的长度相等，条状密封槽嵌有叶片密封条；

阀体圆柱体凸台的外径与缸体圆柱形空腔32内径的名义尺寸相同，圆柱体凸台的圆柱面开有三个阀体密封槽，左侧和中间的阀体密封槽间开有阀体低压油环形槽43和阀体第二低压油通道22，中间和右侧的阀体密封槽间开有阀体高压油环形槽42和阀体折线型高压油通道24；

靠近圆柱体凸台的空心圆柱体上设有第二矩形阀口45，在靠近左侧阀体密封槽的空心圆柱体上设有第一矩形阀口44，第一矩形阀口44和第二矩形阀口45尺寸相同；

阀体折线型高压油通道24口的素线位于第二矩形阀口45中心的素线和第一矩形阀口44中心的素线的正中间，第二矩形阀口45中心的素线和第一矩形阀口44中心的素线的夹角为θ，其大小为

式(1)中：b₁为叶片内壁的弧长；b₂为矩形阀口在空心圆柱体上的弧长；r为空心圆柱体的外径；

阀体14第一轴肩38长度为阀体圆柱体凸台到缸体右端面的距离，阀体14第二轴肩39长度为阀体14第一轴肩38右端面到右端盖7右端面的距离，阀体输出轴40左侧端开设有键槽，阀体输出轴40右端周向加工有螺纹。

所述阀芯17左端设有与舵机盘18联接的键槽；阀芯17自左到右设有第一环状凸台55、第二环状凸台56、第三环状凸台57、第四环状凸台58和第五环状凸台59，第一环状凸台55、第二环状凸台56、第三环状凸台57和第四环状凸台58的右侧边分别开有两个尺寸相同的矩形槽，两个矩形槽呈180°分布，每两个矩形槽位于各自的同一个圆周线上；第一环状凸台55的两个矩形槽中心线和第三环状凸台57的两个矩形槽中心线分别轴心对称的位于两条素线上，第二环状凸台56的两个矩形槽中心线和第四环状凸台58的两个矩形槽中心线分别位于轴心对称的另两条素线上，每条素线相差90°；

所述阀芯17左侧靠近第一环状凸台55处开有径向油通槽54，阀芯17右侧中心开设有轴向油通槽60，轴向油通槽60左端与径向油通槽54相通，两个油通槽呈90°分布，轴向油通槽60右端贯穿阀芯17。

所述阀套15由六个环状凸台和五个凹槽组成，环状凸台和凹槽交替布置；阀套左端环状凸台开有两个半圆形圆柱销孔，两个销孔呈180°布置；第一个凹槽和第五个凹槽上分别开有两个矩形口，两个矩形口呈180°布置，第一个凹槽上的两个矩形口为阀套左T口46，第五个凹槽上的两个矩形口为阀套右T口43；阀套15中间的三个凹槽的左边和右边分别开有一组矩形口，每组矩形口由两个相互呈180°布置的矩形口组成；五个凹槽上的矩形口尺寸相同，五个凹槽上的矩形口中心线均位于各自对应的同一素线上，五个凹槽上的矩形口的尺寸与阀芯17上四个凸台的矩形槽尺寸相同；

阀套15中间三个凹槽上左边的每组矩形口的左侧面与相邻环状凸台的右侧面为同一平面，中间三个凹槽上的右边的每组矩形口的右侧面与相邻环状凸台的左侧面为同一平面；阀套15中间的六组矩形口从左到右依次为阀套左A口47、阀套右A口48、阀套左P口49、阀套右P口50、阀套左B口51和阀套右B口52。

所述固定挡块21分为固定挡块上部弧形挡片和固定挡块下部弧形锥台状挡块两个部分，固定挡块上部的轴向长度为缸体圆柱形空腔32的长度与阀体14圆柱形凸台的长度之差，固定挡块下部弧形锥台的上下弧面差为缸体6外径与阀体14圆柱体外径差的一半；固定挡块21的下弧面中心处沿轴线方向设有条状密封槽，条状密封槽与固定挡块21的长度相等，条状密封槽嵌有挡块密封条。

所述右端盖7盖体中心圆孔两侧径向对称开设有环状密封条槽64，环状密封条槽64内嵌有环状密封条；右端盖7右端加工成半封闭式箱体63，箱体63为中空不完全圆柱体，所述箱体63周向对称设有两个平面，两平面外伸长度大于圆柱体部分长度，两个平面上对称设有螺纹孔与轴承孔，右端盖7圆盘结构中心开有通孔。

所述齿轮盖11的外径名义尺寸与右端盖箱体63部分外径名义尺寸相同，齿轮盖11中间有凹槽，凹槽内部名义尺寸与右端盖箱体63伸出部分名义尺寸相同，齿轮盖凹槽开有通孔。

所述连杆9左端为中空圆柱体，圆柱体内径名义尺寸与从动轴12名义尺寸相同，圆柱体内部侧边开设有键槽，使得连杆9与从动轴12周向通过平键连接，中空圆柱体上下端开均有阶梯形通孔，使得连杆9与从动轴12轴向通过螺栓连接，连杆9中段为弧形过渡，右端为两对称平面，两平面上对称开设有通孔。

所述从动臂10为中空不完全圆柱体，从动臂10与连杆9连接侧端为开口结构，周向两水平侧壁上对称开设有四个螺纹孔，从动臂10外伸的另一末端为封闭结构，封闭端端面上开设有若干螺纹孔，与右侧连接盘1上的螺纹孔相配合，使得从动臂10与右侧连接盘1通过螺钉连接。

采用上述技术方案，装置总高压油进口P通过左端盖高压油通道27进入缸体高压油通道34，然后进入阀体高压油环形槽42，再进入阀体折线型高压油通道24，最后进入阀套左P口49和阀套右P口50。

当阀芯17相对于阀套15逆时针旋转时，高压油由阀套左P口49进入阀芯17的第二环状凸台上56的矩形槽，接着进入阀套右A口48，最后通过阀体14的第一矩形阀口44进入第一工作腔61，推动叶片25逆时针旋转，使阀体14跟随阀芯17运动，第二工作腔62的低压油则通过阀体14的第二矩形阀口45进入阀套右B口52，再进入阀芯17的第四环状凸台上58的矩形槽，最后进入阀套右T口53。

当阀芯17相对于阀套15顺时针旋转时，高压油由阀套右P口50进入阀芯17的第三环状凸台57上的矩形槽，接着进入阀套左B口51，最后通过阀体14的第二矩形阀口45进入第二工作腔62，推动叶片25顺时针旋转，使阀体14跟随阀芯17运动，第一工作腔61的低压油则通过阀体14的第一矩形阀口44进入阀套左A口47，再进入阀芯17的第一环状凸台上55的矩形槽，最后进入阀套左T口46。

阀套左T口46的低压油通过阀体上第一低压油通道20和阀体下第一低压油通道26进入缸体低压油环形槽36，再进入缸体第一低压油通道30，再经过左端盖低压油通道28进入低压油出口T逐步回流；阀套右T口53的低压油则通过阀体第二低压通道22进入阀体低压油环形槽43，再经过缸体第二低压油通道31进入左端盖低压油道28，最后通过低压油出口T逐步回流。

当阀套左A口47与第一工作腔61相通时，阀套左B口51则与第二工作腔62相通，阀套右A口48和阀套右B口52则与第一工作腔61和第二工作腔62均不相通；当阀套右A口48与第一工作腔61相通时，阀套右B口52与第二工作腔相通62，阀套左A口47和阀套左B口51则与第一工作腔61和第二工作腔62均不相通。除上述情况外，阀套阀口与第一工作腔61和第二工作腔62均不相通。

本发明具有如下优点：

1、本专利中固定挡块和叶片的数量与现有技术相比均有减少，现有技术中的叶片是焊接在阀体上的，固定挡块是焊接在缸体上的，但将固定挡块焊接上缸体上容易使缸体变形，所以本专利转阀中将固定挡块的安装方式改为机械配合，叶片的安装保留焊接方式，并且通过将固定挡块做成上下两个部分，挡块下部分装入缸体与阀体动配合，挡块上部分设有通孔，挡块上部分通过螺钉固定在缸体外壁，故固定挡块易固定，易装配；

2、本专利中叶片和固定挡块各减少一个增大了叶片的行程，使行程从原来的正负85°增大到现在的正负160°，行程增大近两倍；需要说明的是，由于叶片的减少，使转阀力的输出减小为原来的1/2，但是行程增大为原来的两倍，所以在增大力矩效果上并无变化，但是新的转阀的单叶片结构更符合实际生产情况与要求；

3、本发明在阀体左右两端同中心地装有两个深沟球轴承，左端深沟球轴承同中心地固定在缸体左轴承槽里，右端深沟球轴承同中心地固定在缸体右轴承槽里，相比于现有技术中没有深沟球轴承的结构，会导致转阀在开始运动时使阀体迅速受力不平衡，增大接触面摩擦力，使转阀锁死；本专利中阀体两端的深沟球轴承支撑使阀体受力不容易移位，减小了阀体摩擦力，提高了关节的灵活性、响应速度以及控制精度；

4、本发明中缸体结构中油路角度发生变化，由现有技术中的进出油口所呈的180°变为150°，因本专利中固定挡块与叶片呈180°布置，高压油通道是穿过叶片的，若将高压油通道和低压油通道180°布置会与固定挡块的位置发生干涉，所以将低压油通道布置在固定挡块旁边；

5、相比于现有技术中将电机安装在缸体上的结构很不好装配，本专利中整个装置左端将舵机放在左端盖外侧，用一个额外的腔体将舵机放置其中，通过舵机盘将舵机输出轴与阀芯连接，使得本专利中端盖和缸体结构简单，更易于装配；

6、整个装置右侧阀芯输出轴连接了从动轴、连杆和从动臂，使得本装置结构可作为活动关节应用于机器人，通过阀芯输出轴与从动轴之间的锥齿轮连接，实现从动臂绕着从动轴的轴向转动，使转阀部分更符合实际应用需求，在转阀右端加上从动部分使之成为一个活动液压关节；

7、本专利中的工作腔由四个变两个，在内部结构上更简化了，同时得到的装置性能更加稳定，原有的阀体结构易偏移，使用寿命受影响，本专利使用寿命增长；

8、本专利中添加径向油通槽54和轴向油通槽60可以平衡阀芯两端的油液泄露产生的挤压，阀芯左右两端任意一端发生油液泄漏油液都可以通过此两油通槽到达另一端，避免阀芯某一端产生挤压影响转阀工作；

综上，本发明具有固定挡块易固定、易装配、关节输出力矩大、阀体受力平衡、不易移位、动力特性好、关节灵活性高、响应速度快和控制精度高的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面示意图；

图3是左端盖的左视图；

图4是图3的B-B剖面示意图；

图5是缸体的左视图；

图6是图5的C-C剖面示意图；

图7是阀体的左视图；

图8是图7的D-D剖面示意图；

图9是阀体的仰视图；

图10是阀套的俯视图；

图11是图10的E-E剖面示意图；

图12是阀芯的俯视图；

图13是图12的F-F剖面示意图；

图14是图1的G-G剖面示意图；

图15是图1的H-H剖面示意图；

图16是右端盖的右视图；

图17是图16的I-I剖面示意图；

图18是齿轮盖的右视图；

图19是图18的J-J剖面示意图；

图20是连杆的俯视图；

图21是图20的K-K剖面示意图；

图22是从动臂的主视图；

图23是从动臂的右视图：

图24是图22的L-L剖面示意图；

图25是连接盘右视图；

图26是图25的M-M剖面示意图；

其中：连接盘1，舵机盖2，舵机座3，左端盖4，深沟球轴承5，缸体6，左端盖7，从动锥齿轮8，连杆9，从动臂10，齿轮盖11，从动轴12，主动锥齿轮13，阀体14，阀套15，推力球轴承16，阀芯17，舵机盘18，舵机19，阀体上第一低压油通道20，固定挡块21，阀体第二低压油通道22，缸体高压油通道23，阀体折线型高压油通道24，叶片25，阀体下第一低压油通道26，左端盖高压油通道27，左端盖低压油通道28，缸体左轴承槽29，缸体第一低压油通道30，缸体第二低压油通道31，缸体圆柱形空腔32，缸体右轴承槽33，缸体高压油通道34，缸体圆形孔35，缸体低压油环形槽36，阀体圆柱形空腔37，第一轴肩38，第二轴肩39，阀体输出轴40，阀体轴承槽41，阀体高压油环形槽42，阀体低压油环形槽43，第一矩形阀口44，第二矩形阀口45，阀套左T口46，阀套左A口47，阀套右A口48，阀套左P口49，阀套右P口50，阀套左B口51，阀套右B口52，阀套右T口53，径向油通槽54，第一环状凸台55，第二环状凸台56，第三环状凸台57，第四环状凸台58，第五环状凸台59，轴向油通槽60，第一工作腔61，第二工作腔62，左端盖箱体63，环状密封条槽64，深沟球轴承B65。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1-26所示，一种转角自伺服被动柔顺液压机器人关节，包括舵机19、舵机盖2、舵机盘18、舵机座3，缸体6、阀套15、阀芯17、阀体14、固定挡块21、叶片25、主动锥齿轮13、从动轴12、从动锥齿轮8、齿轮盖11、连杆9、从动臂10和连接盘1；

如图1和图2所示，阀体14同中心地安装在缸体圆柱形空腔32内，阀体14左右两端同中心地装有两个深沟球轴承5，左端深沟球轴承固定在缸体左轴承槽29里，右端深沟球轴承固定在缸体右轴承槽33里，左端盖4安装在缸体6的左端，右端盖7安装在缸体6的右端，阀体14的输出轴伸出右端盖7，主动锥齿轮13同中心地安装在阀体14右端的输出轴轴肩上，处于右端盖7外伸腔内，从动轴12安装在右端盖7上，齿轮盖11安装在右端盖7上，从动锥齿轮8同中心地安装在从动轴12上，两根连杆9通过螺钉分别对称安装在从动轴12上下两端，两根连杆9的另一端中间安装从动臂10，两个连接盘1一个同中心地安装在左侧舵机盖2上，一个同中心地安装在从动臂10末端；

如图2所示，缸体6内壁的正上部装有固定挡块21，固定挡块21与阀体14为动配合；阀体圆柱形空腔37的外壁设有叶片25，叶片25与缸体6为动配合；

如图2所示，阀套15同中心地安装在阀体圆柱形空腔37内，阀套15的左端面与阀体14的左端面通过圆柱销固定在一起，阀芯17右端穿过阀套15同中心地安装在阀体圆柱形空腔37内，阀芯17左端和右端分别装有两个推力球轴承16；

如图1所示，舵机19通过两个舵机座3固定左端盖4上，舵机19的输出轴通过两个用螺栓联接的舵机盘18与阀芯17左端内孔同中心键联接；

如图2、图4和图6所示，左端盖4的上方和下方对应的设有左端盖低压油通道28和左端盖高压油通道27，左端盖低压油通道28的出口为低压油出口T，左端盖高压油通道27的入口为高压油入口P，左端盖低压油通道28圆心和左端盖高压油通道27的圆心与左端盖4圆心连线的夹角为150°；

如图2-15所示，缸体6的上部沿径向方向设有缸体第一低压油通道30，沿轴向方向设有缸体第二低压油通道31，缸体第一低压油通道30和缸体第二低压油通道31相通，缸体第二低压油通道31与左端盖低压油通道28相通；缸体6的下部沿轴向方向设有缸体高压油通道34，缸体高压油通道34与左端盖高压油通道27相通；

如图2-15所示，缸体第一低压油通道30的入口与缸体低压油环形槽36相通，缸体低压油环形槽36与阀体上第一低压油通道20和阀体下第一低压油通道26相通，第一径向低压油通道上下两个部分与阀套左T口46相通，阀套左T口46与阀芯第一环状凸台上55的矩形槽相通，阀芯第一环状凸台55上的矩形槽与阀套左A口47相通，阀套左A口47通过阀体的第一矩形阀口44与对应的第一工作腔相通61；

如图2-15所示，缸体第二低压油通道31的入口与阀体低压油环形槽43相通，阀体低压油环形槽43与阀体第二低压油通道22相通，阀体第二低压油通道22与阀套右T口53相通，阀套右T口53与阀芯17的第四环状凸台58上的矩形槽相通，阀芯17的第四环状凸台58上的矩形槽与阀套右B口52相通，阀套右B口52通过阀体14的第二矩形阀口45与对应的第二工作腔62相通；

如图2-15所示，缸体高压油通道34的出口与阀体高压油环形槽42相通，阀体高压油环形槽42与阀体Z形高压油通道24相通，阀体Z形高压油通道24与阀套左P口49和阀套右P口50分别相通，阀套左P口49与阀芯第二环状凸台56上的矩形槽相通，阀芯第二环状凸台56上的矩形槽与阀套右A口48相通，阀套右A口48通过阀体第一矩形阀口44与对应的第一工作腔61相通；

如图10和图12所示，阀套右P口50与阀芯第三环状凸台57上的矩形槽相通，阀芯第三环状凸台57上的矩形槽与阀套左B口51相通，阀套左B口51通过阀体的第二矩形阀口45与对应的第二工作腔62相通；

如图1所示，主动锥齿轮13径向通过圆螺母安装在阀体14输出轴末端固定，周向通过平键固定，从动轴12两端装有深沟球轴承B65，深沟球轴承B65内圈与从动轴12过度配合，外圈与右端盖7过度配合；主动锥齿轮13和从动锥齿轮8呈90°啮合，从动锥齿轮8与从动轴12周向通过平键固定连接；深沟球轴承B65两端装有轴承盖轴向固定，连杆9圆周向通过平键与从动轴12固定，通过螺钉与从动轴12轴向固定连接，从动臂10通过螺钉安装在两个连杆9中间，两个连接盘1分别用螺栓安装在左侧端舵机盖2和右侧端从动臂10上；

如图8所示，阀体14自左到右依次由空心圆柱体、叶片25、圆柱体凸台、第一轴肩38、第二轴肩39和阀体输出轴40组成；圆柱体的外径与缸体圆形孔35内径的名义尺寸相同，圆柱体内部开有阀体圆柱形空腔37和阀体轴承槽41，阀体圆柱形空腔37内径与阀套15外径的名义尺寸相同，阀体圆柱形空腔37左端开有两个尺寸相同的半圆形圆柱销孔，两个销孔呈180°分布，圆柱体的左端圆柱面开有两个阀体密封槽，缸体低压油环形槽36在阀体14左端的两个密封槽之间，密封槽之间设有阀体上第一低压油通道20和阀体下第一低压油通道26；

圆柱体外壁下方设有叶片25，叶片25长度为缸体圆柱形空腔32的长度与阀体14的圆柱体凸台的长度之差，叶片25的上下弧面差为缸体圆柱形空腔32的内径与阀体14的圆柱体外径差的一半；叶片25的下弧面中心处沿轴线方向设有条状密封槽，条状密封槽与叶片25的长度相等，条状密封槽嵌有叶片密封条；

阀体圆柱体凸台的外径与缸体圆柱形空腔32内径的名义尺寸相同，圆柱体凸台的圆柱面开有三个阀体密封槽，左侧和中间的阀体密封槽间开有阀体低压油环形槽43和阀体第二低压油通道22，中间和右侧的阀体密封槽间开有阀体高压油环形槽42和阀体折线型高压油通道24；

靠近圆柱体凸台的空心圆柱体上设有第二矩形阀口45，在靠近左侧阀体密封槽的空心圆柱体上设有第一矩形阀口44，第一矩形阀口44和第二矩形阀口45尺寸相同；

如图9所示，阀体折线型高压油通道24口的素线位于第二矩形阀口45中心的素线和第一矩形阀口44中心的素线的正中间，第二矩形阀口45中心的素线和第一矩形阀口44中心的素线的夹角为θ，其大小为

式(1)中：b₁为叶片内壁的弧长；b₂为矩形阀口在空心圆柱体上的弧长；r为空心圆柱体的外径；

如图8所示，阀体14第一轴肩38长度为阀体圆柱体凸台到缸体右端面的距离，阀体14第二轴肩39长度为阀体14第一轴肩38右端面到右端盖7右端面的距离，阀体输出轴40左侧端开设有键槽，阀体输出轴40右端周向加工有螺纹。

如图12和图13所示，所述阀芯17左端设有与舵机盘18联接的键槽；阀芯17自左到右设有第一环状凸台55、第二环状凸台56、第三环状凸台57、第四环状凸台58和第五环状凸台59，第一环状凸台55、第二环状凸台56、第三环状凸台57和第四环状凸台58的右侧边分别开有两个尺寸相同的矩形槽，两个矩形槽呈180°分布，每两个矩形槽位于各自的同一个圆周线上；第一环状凸台55的两个矩形槽中心线和第三环状凸台57的两个矩形槽中心线分别轴心对称的位于两条素线上，第二环状凸台56的两个矩形槽中心线和第四环状凸台58的两个矩形槽中心线分别位于轴心对称的另两条素线上，每条素线相差90°；

如图13所示，所述阀芯17左侧靠近第一环状凸台55处开有径向油通槽54，阀芯17右侧中心开设有轴向油通槽60，轴向油通槽60左端与径向油通槽54相通，两个油通槽呈90°分布，轴向油通槽60右端贯穿阀芯17。

如图10和图11所示，所述阀套15由六个环状凸台和五个凹槽组成，环状凸台和凹槽交替布置；阀套左端环状凸台开有两个半圆形圆柱销孔，两个销孔呈180°布置；第一个凹槽和第五个凹槽上分别开有两个矩形口，两个矩形口呈180°布置，第一个凹槽上的两个矩形口为阀套左T口46，第五个凹槽上的两个矩形口为阀套右T口43；阀套15中间的三个凹槽的左边和右边分别开有一组矩形口，每组矩形口由两个相互呈180°布置的矩形口组成；五个凹槽上的矩形口尺寸相同，五个凹槽上的矩形口中心线均位于各自对应的同一素线上，五个凹槽上的矩形口的尺寸与阀芯17上四个凸台的矩形槽尺寸相同；

如图10和图11所示，阀套15中间三个凹槽上左边的每组矩形口的左侧面与相邻环状凸台的右侧面为同一平面，中间三个凹槽上的右边的每组矩形口的右侧面与相邻环状凸台的左侧面为同一平面；阀套15中间的六组矩形口从左到右依次为阀套左A口47、阀套右A口48、阀套左P口49、阀套右P口50、阀套左B口51和阀套右B口52。

如图2和图14所示，固定挡块21分为固定挡块上部弧形挡片和固定挡块下部弧形锥台状挡块两个部分，固定挡块上部的轴向长度为缸体圆柱形空腔32的长度与阀体14圆柱形凸台的长度之差，固定挡块下部弧形锥台的上下弧面差为缸体6外径与阀体14圆柱体外径差的一半；固定挡块21的下弧面中心处沿轴线方向设有条状密封槽，条状密封槽与固定挡块21的长度相等，条状密封槽嵌有挡块密封条。

如图1和图17所示，右端盖7盖体中心圆孔两侧径向对称开设有环状密封条槽64，环状密封条槽64内嵌有环状密封条；右端盖7右端加工成半封闭式箱体63，箱体63为中空不完全圆柱体，所述箱体63周向对称设有两个平面，两平面外伸长度大于圆柱体部分长度，两个平面上设有螺纹孔与轴承孔，右端盖7圆盘结构中心开有通孔。

如图1、图18和图19所示，齿轮盖11的外径名义尺寸与右端盖箱体63部分外径名义尺寸相同，齿轮盖11中间有凹槽，凹槽内部名义尺寸与右端盖箱体63伸出部分名义尺寸相同，齿轮盖凹槽开有通孔。

如图20和图21所示，连杆9左端为中空圆柱体，圆柱体内径名义尺寸与从动轴12名义尺寸相同，圆柱体内部侧边开设有键槽，使得连杆9与从动轴12周向通过平键连接，中空圆柱体上下端开均有阶梯形通孔，使得连杆9与从动轴12轴向通过螺栓连接，连杆9中段为弧形过渡，右端为两对称平面，两平面上对称开设有通孔。

如图22、图23和图24所示，从动臂10为中空不完全圆柱体，从动臂10与连杆9连接侧端为开口结构，周向两水平侧壁上对称开设有四个螺纹孔，从动臂10外伸的另一末端为封闭结构，封闭端端面上开设有若干螺纹孔，与右侧连接盘1上的螺纹孔相配合，使得从动臂10与右侧连接盘1通过螺钉连接。

采用上述技术方案，装置总高压油进口P通过左端盖高压油通道27进入缸体高压油通道34，然后进入阀体高压油环形槽42，再进入阀体折线型高压油通道24，最后进入阀套左P口49和阀套右P口50。

当阀芯17相对于阀套15逆时针旋转时，高压油由阀套左P口49进入阀芯17的第二环状凸台上56的矩形槽，接着进入阀套右A口48，最后通过阀体14的第一矩形阀口44进入第一工作腔61，推动叶片25逆时针旋转，使阀体14跟随阀芯17运动，第二工作腔62的低压油则通过阀体14的第二矩形阀口45进入阀套右B口52，再进入阀芯17的第四环状凸台上58的矩形槽，最后进入阀套右T口53。

当阀芯17相对于阀套15顺时针旋转时，高压油由阀套右P口50进入阀芯17的第三环状凸台57上的矩形槽，接着进入阀套左B口51，最后通过阀体14的第二矩形阀口45进入第二工作腔62，推动叶片25顺时针旋转，使阀体14跟随阀芯17运动，第一工作腔61的低压油则通过阀体14的第一矩形阀口44进入阀套左A口47，再进入阀芯17的第一环状凸台上55的矩形槽，最后进入阀套左T口46。

阀套左T口46的低压油通过阀体上第一低压油通道20和阀体下第一低压油通道26进入缸体低压油环形槽36，再进入缸体第一低压油通道30，再经过左端盖低压油通道28进入低压油出口T逐步回流；阀套右T口53的低压油则通过阀体第二低压通道22进入阀体低压油环形槽43，再经过缸体第二低压油通道31进入左端盖低压油道28，最后通过低压油出口T逐步回流。

当阀套左A口47与第一工作腔61相通时，阀套左B口51则与第二工作腔62相通，阀套右A口48和阀套右B口52则与第一工作腔61和第二工作腔62均不相通；当阀套右A口48与第一工作腔61相通时，阀套右B口52与第二工作腔相通62，阀套左A口47和阀套左B口51则与第一工作腔61和第二工作腔62均不相通。除上述情况外，阀套阀口与第一工作腔61和第二工作腔62均不相通。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (7)

1.一种转角自伺服被动柔顺液压机器人关节，其特征在于：包括舵机(19)、舵机盖(2)、舵机盘(18)、舵机座(3)，缸体(6)、阀套(15)、阀芯(17)、阀体(14)、固定挡块(21)、叶片(25)、主动锥齿轮(13)、从动轴(12)、从动锥齿轮(8)、齿轮盖(11)、连杆(9)、从动臂(10)和连接盘(1)；

所述的阀体(14)同中心地安装在缸体圆柱形空腔内(32)，阀体(14)左右两端同中心地装有两个深沟球轴承(5)，左端深沟球轴承(5)同中心地固定在缸体左轴承槽(29)里，右端深沟球轴承(5)同中心地固定在缸体右轴承槽(33)里，左端盖(4)安装在缸体(6)的左端，右端盖(7)安装在缸体(6)的右端，阀体(14)的输出轴伸出右端盖(7)，主动锥齿轮(13)同中心地安装在阀体(14)右端的输出轴轴肩上，安装在右端盖(7)的腔内，从动轴(12)安装在右端盖(7)上，齿轮盖(11)安装在右端盖(7)上，从动锥齿轮(8)同中心地安装在从动轴(12)上，两根连杆(9)通过螺钉分别固定对称安装在从动轴(12)两端，两根连杆(9)的另一端中间安装从动臂(10)，两个连接盘(1)一个同中心地安装在左侧舵机盖(2)上，一个同中心地安装在从动臂(10)末端；

所述的缸体(6)内壁的正上部装有固定挡块(21)，固定挡块(21)与阀体(14)为动配合；阀体圆柱形空腔(37)的外壁设有叶片(25)，叶片(25)与缸体(6)为动配合；

所述的阀套(15)同中心地安装在阀体圆柱形空腔(37)内，阀套(15)的左端面与阀体(14)的左端面通过圆柱销固定在一起，阀芯(17)右端穿过阀套(15)同中心地安装在阀体圆柱形空腔(37)内，阀芯(17)左端和右端分别装有两个推力球轴承(16)；

所述的舵机(19)通过两个舵机座(3)固定左端盖(4)上，舵机(19)的输出轴通过两个用螺栓联接的舵机盘(18)与阀芯(17)左端内孔同中心键联接；

所述的左端盖(4)的上方和下方对应的设有左端盖低压油通道(28)和左端盖高压油通道(27)，左端盖低压油通道(28)的出口为低压油出口T，左端盖高压油通道(27)的入口为高压油入口P，左端盖低压油通道(28)圆心和左端盖高压油通道(27)的圆心与左端盖(4)圆心连线的夹角为150°；

所述的缸体(6)的上部沿径向方向设有缸体第一低压油通道(30)，沿轴向方向设有缸体第二低压油通道(31)，缸体第一低压油通道(30)和缸体第二低压油通道(31)相通，缸体第二低压油通道(31)与左端盖低压油通道(28)相通；缸体(6)的下部沿轴向方向设有缸体高压油通道(34)，缸体高压油通道(34)与左端盖高压油通道(27)相通；

缸体第一低压油通道(30)的入口与缸体低压油环形槽(36)相通，缸体低压油环形槽(36)与阀体上第一低压油通道(20)和阀体下第一低压油通道(26)相通，第一径向低压油通道上下两个部分与阀套左T口(46)相通，阀套左T口(46)与阀芯第一环状凸台上(55)的矩形槽相通，阀芯第一环状凸台(55)上的矩形槽与阀套左A口(47)相通，阀套左A口(47)通过阀体的第一矩形阀口(44)与对应的第一工作腔相通(61)；

缸体第二低压油通道(31)的入口与阀体低压油环形槽(43)相通，阀体低压油环形槽(43)与阀体第二低压油通道(22)相通，阀体第二低压油通道(22)与阀套右T口(53)相通，阀套右T口(53)与阀芯(17)的第四环状凸台(58)上的矩形槽相通，阀芯(17)的第四环状凸台(58)上的矩形槽与阀套右B口(52)相通，阀套右B口(52)通过阀体(14)的第二矩形阀口(45)与对应的第二工作腔(62)相通；

缸体高压油通道(34)的出口与阀体高压油环形槽(42)相通，阀体高压油环形槽(42)与阀体Z形高压油通道(24)相通，阀体Z形高压油通道(24)与阀套左P口(49)和阀套右P口(50)分别相通，阀套左P口(49)与阀芯第二环状凸台(56)上的矩形槽相通，阀芯第二环状凸台(56)上的矩形槽与阀套右A口(48)相通，阀套右A口(48)通过阀体第一矩形阀口(44)与对应的第一工作腔(61)相通；

阀套右P口(50)与阀芯第三环状凸台(57)上的矩形槽相通，阀芯第三环状凸台(57)上的矩形槽与阀套左B口(51)相通，阀套左B口(51)通过阀体的第二矩形阀口(45)与对应的第二工作腔(62)相通；

主动锥齿轮(13)径向通过圆螺母安装在阀体(14)输出轴末端固定，周向通过平键固定，从动轴(12)两端装有深沟球轴承B(65)，深沟球轴承B(65)内圈与从动轴(12)过度配合，外圈与右端盖(7)过度配合；主动锥齿轮(13)和从动锥齿轮(8)呈90°啮合，从动锥齿轮(8)与从动轴(12)周向通过平键固定连接；深沟球轴承B(65)两端装有轴承盖轴向固定，连杆(9)圆周向通过平键与从动轴(12)固定，通过螺钉与从动轴(12)轴向固定连接，从动臂(10)通过螺钉安装在两个连杆(9)中间，两个连接盘(1)分别用螺栓安装在左侧端舵机盖(2)和右侧端从动臂(10)上；

所述阀体(14)自左到右依次由空心圆柱体、叶片(25)、圆柱体凸台、第一轴肩(38)、第二轴肩(39)和阀体输出轴(40)组成；圆柱体的外径与缸体圆形孔(35)内径的名义尺寸相同，圆柱体内部开有阀体圆柱形空腔(37)和阀体轴承槽(41)，阀体圆柱形空腔(37)内径与阀套(15)外径的名义尺寸相同，阀体圆柱形空腔(37)左端开有两个尺寸相同的半圆形圆柱销孔，两个销孔呈180°分布，圆柱体的左端圆柱面开有两个阀体密封槽，缸体低压油环形槽(36)在阀体(14)左端的两个密封槽之间，密封槽之间设有阀体上第一低压油通道(20)和阀体下第一低压油通道(26)；

圆柱体外壁下方设有叶片(25)，叶片(25)长度为缸体圆柱形空腔(32)的长度与阀体(14)的圆柱体凸台的长度之差，叶片(25)的上下弧面差为缸体圆柱形空腔(32)的内径与阀体(14)的圆柱体外径差的一半；叶片(25)的下弧面中心处沿轴线方向设有条状密封槽，条状密封槽与叶片(25)的长度相等，条状密封槽嵌有叶片密封条；

阀体圆柱体凸台的外径与缸体圆柱形空腔(32)内径的名义尺寸相同，圆柱体凸台的圆柱面开有三个阀体密封槽，左侧和中间的阀体密封槽间开有阀体低压油环形槽(43)和阀体第二低压油通道(22)，中间和右侧的阀体密封槽间开有阀体高压油环形槽(42)和阀体折线型高压油通道(24)；

靠近圆柱体凸台的空心圆柱体上设有第二矩形阀口(45)，在靠近左侧阀体密封槽的空心圆柱体上设有第一矩形阀口(44)，第一矩形阀口(44)和第二矩形阀口(45)尺寸相同；

阀体折线型高压油通道(24)口的素线位于第二矩形阀口(45)中心的素线和第一矩形阀口(44)中心的素线的正中间，第二矩形阀口(45)中心的素线和第一矩形阀口(44)中心的素线的夹角为θ，其大小为

式(1)中：b₁为叶片内壁的弧长；b₂为矩形阀口在空心圆柱体上的弧长；r为空心圆柱体的外径；

阀体(14)第一轴肩(38)长度为阀体圆柱体凸台到缸体右端面的距离，阀体(14)第二轴肩(39)长度为阀体(14)第一轴肩(38)右端面到右端盖(7)右端面的距离，阀体输出轴(40)左侧端开设有键槽，阀体输出轴(40)右端周向加工有螺纹；

所述阀芯(17)左端设有与舵机盘(18)联接的键槽；阀芯(17)自左到右设有第一环状凸台(55)、第二环状凸台(56)、第三环状凸台(57)、第四环状凸台(58)和第五环状凸台(59)，第一环状凸台(55)、第二环状凸台(56)、第三环状凸台(57)和第四环状凸台(58)的右侧边分别开有两个尺寸相同的矩形槽，两个矩形槽呈180°分布，每两个矩形槽位于各自的同一个圆周线上；第一环状凸台(55)的两个矩形槽中心线和第三环状凸台(57)的两个矩形槽中心线分别轴心对称的位于两条素线上，第二环状凸台(56)的两个矩形槽中心线和第四环状凸台(58)的两个矩形槽中心线分别位于轴心对称的另两条素线上，每条素线相差90°；

所述阀芯(17)左侧靠近第一环状凸台(55)处开有径向油通槽(54)，阀芯(17)右侧中心开设有轴向油通槽(60)，轴向油通槽(60)左端与径向油通槽(54)相通，两个油通槽呈90°分布，轴向油通槽(60)右端贯穿阀芯(17)。

2.如权利要求1所述的一种转角自伺服被动柔顺液压机器人关节，其特征在于：所述阀套(15)由六个环状凸台和五个凹槽组成，环状凸台和凹槽交替布置；阀套左端环状凸台开有两个半圆形圆柱销孔，两个销孔呈180°布置；第一个凹槽和第五个凹槽上分别开有两个矩形口，两个矩形口呈180°布置，第一个凹槽上的两个矩形口为阀套左T口(46)，第五个凹槽上的两个矩形口为阀套右T口(43)；阀套(15)中间的三个凹槽的左边和右边分别开有一组矩形口，每组矩形口由两个相互呈180°布置的矩形口组成；五个凹槽上的矩形口尺寸相同，五个凹槽上的矩形口中心线均位于各自对应的同一素线上，五个凹槽上的矩形口的尺寸与阀芯(17)上四个凸台的矩形槽尺寸相同；

阀套(15)中间三个凹槽上左边的每组矩形口的左侧面与相邻环状凸台的右侧面为同一平面，中间三个凹槽上的右边的每组矩形口的右侧面与相邻环状凸台的左侧面为同一平面；阀套(15)中间的六组矩形口从左到右依次为阀套左A口(47)、阀套右A口(48)、阀套左P口(49)、阀套右P口(50)、阀套左B口(51)和阀套右B口(52)。

3.如权利要求1所述的一种转角自伺服被动柔顺液压机器人关节，其特征在于：所述固定挡块(21)分为固定挡块上部弧形挡片和固定挡块下部弧形锥台状挡块两个部分，固定挡块上部的轴向长度为缸体圆柱形空腔(32)的长度与阀体(14)圆柱形凸台的长度之差，固定挡块下部弧形锥台的上下弧面差为缸体(6)外径与阀体(14)圆柱体外径差的一半；固定挡块(21)的下弧面中心处沿轴线方向设有条状密封槽，条状密封槽与固定挡块(21)的长度相等，条状密封槽嵌有挡块密封条。

4.如权利要求1所述的一种转角自伺服被动柔顺液压机器人关节，其特征在于：所述右端盖(7)盖体中心圆孔两侧径向对称开设有环状密封条槽(64)，环状密封条槽(64)内嵌有环状密封条；右端盖(7)右端加工成半封闭式箱体(63)，箱体(63)为中空不完全圆柱体，所述箱体(63)周向对称设有两个平面，两平面外伸长度大于圆柱体部分长度，两个平面上设有螺纹孔与轴承孔，右端盖(7)圆盘结构中心开有通孔。

5.如权利要求1所述的一种转角自伺服被动柔顺液压机器人关节，其特征在于：所述齿轮盖(11)的外径名义尺寸与右端盖箱体(63)部分外径名义尺寸相同，齿轮盖(11)中间有凹槽，凹槽内部名义尺寸与右端盖箱体(63)伸出部分名义尺寸相同，齿轮盖凹槽开有通孔。

6.如权利要求1所述的一种转角自伺服被动柔顺液压机器人关节，其特征在于：所述连杆(9)左端为中空圆柱体，圆柱体内径名义尺寸与从动轴(12)名义尺寸相同，圆柱体内部侧边开设有键槽，使得连杆(9)与从动轴(12)周向通过平键连接，中空圆柱体上下端开均有阶梯形通孔，使得连杆(9)与从动轴(12)轴向通过螺栓连接，连杆(9)中段为弧形过渡，右端为两对称平面，两平面上对称开设有通孔。

7.如权利要求1所述的一种转角自伺服被动柔顺液压机器人关节，其特征在于：所述从动臂(10)为中空不完全圆柱体，从动臂(10)与连杆(9)连接侧端为开口结构，周向两水平侧壁上对称开设有四个螺纹孔，从动臂(10)外伸的另一末端为封闭结构，封闭端端面上开设有若干螺纹孔，与右侧连接盘(1)上的螺纹孔相配合，使得从动臂(10)与右侧连接盘(1)通过螺钉连接。

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