CN108789385A - 一种电液混合驱动的工业机器人结构及控制*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电液混合驱动的工业机器人结构及控制***，包括基座平移机构（1）、腰部回转机构（2）、举升机构（3）、小臂平移机构（4）、腕部关节（5）、手爪（6）、控制***（7）；所述的腰部回转机构（2）固连基座平移机构（1）上，举升机构（3）通过连接板I（102）与腰部回转机构（2）固连在一起，小臂平移机构（4）通过L型转接件（401）与举升机构（3）固连在一起，腕关节（5）固连在小臂平移机构（4）上，手爪（6）固连在腕部关节（5）上，控制***（7）固连在腰部回转机构（2）上；本发明结构简洁，蜗轮蜗杆传动比大且有自锁功能，液压驱动实现大推力输出、大吨位运动，负载与自身重量比值大，便于推广应用。

Description

一种电液混合驱动的工业机器人结构及控制***

技术领域

本发明涉及智能机械制造技术领域，特别涉及一种机械手装置，尤指一种电液混合驱动的工业机器人结构及控制***。

背景技术

工业机器人是一种集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。工业机器人产品可广泛应用于各个领域，例如，汽车、轨道交通、电气电子、化学工程、机械工程、物流运输、医药、印刷出版等。尤其，在劳动强度大、环境恶劣、工作重复性高、人工技术及工作安全性不易保证的工作，都可以使用工业机器人代替。中国制造2025发布后，制造业普遍需要技术和设备升级改造，以增强竞争力，提高经济效益，工业机器人作为先进制造业中的重要装备和手段，必然会促使越来越多的企业掀起使用机器人的风潮。

工业机器人是工业生产中的一种主要自动化设备。现有的工业机器人多以电机或者液压驱动为主。例如专利CN103978476B中提及了一种台式工业机器人，其驱动采用3个电机进行驱动，电机驱动方式的机器人，受到电机驱动扭矩的限制，则是靠增大减速比来提高电机的带负载能力，增大减速比无疑会增加减速机的体积，势必会增大机器人的体积，显然对工业机器人的应用是不利的。而中国专利文献CN20346081U公开了一种具有5个活动关节和一个抓手的多关节液压机械臂结构，它们的作业空间、活动范围小，灵活空间有待于进一步提高。专利CN104647365B中提及了一种液压驱动多关节工业机器人，具有负载/自重比大的特点，但其连杆结构安装过于复杂。

发明内容

本发明针提供一种电液混合驱动的工业机器人结构及控制***，采用电液混合驱动，带负载能力强。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

电液混合驱动的工业机器人结构及控制***包括基座平移机构、腰部回转机构、举升机构、小臂平移机构、腕部关节、手爪、控制***；所述的腰部回转机构固连在基座平移机构上，所述的举升机构通过连接板与腰部回转机构固连在一起，所述的小臂平移机构通过L型转接件与举升机构固连在一起，所述的腕部关节固连在小臂平移机构上，所述的手爪固连在腕部关节上，所述的控制***固连在腰部回转机构上。

所述的基座平移机构包括滑座、连接板、滑台、双活塞杆液压缸、油口、锁紧螺母、活塞杆；所述的腰部回转机构包括电机、蜗轮、蜗杆、T型传动轴、交叉滚子轴承、圆锥滚子轴承、螺钉；所述的举升机构包括举升液压缸、油口、套筒、连接板、活塞杆、支撑板；所述的小臂平移机构包括L型转接件、位移传感器、双活塞杆液压缸、活塞杆、导轨与滑块、法兰、双活塞杆液压缸支板、肋；所述的腕部关节内部安装有电机，电机的输出轴通过减速器与手爪固连在一起；所述的手爪包含舵机、平齿轮传动系以及爪臂、连接板；所述的控制***包含单片机、电机驱动、舵机驱动、位移传感器电路、应变片压力传感器放大电路、液晶显示器。

所述的基座平移机构中的双活塞杆液压缸固定连接在滑座上，所述的连接板固定在滑台上，并将活塞杆与滑台固连在一起，双活塞杆液压缸活塞杆伸缩将使得滑台沿着滑座移动，进而腰部回转关节及固定安装在其上部的部件一起平移。

所述的腰部回转机构的回转动力来自电机、蜗轮蜗杆构成的传动系，电机通过联轴器与蜗杆固连在一起，电机固定在壳体上， T型轴穿过蜗轮，并通过键配合将蜗轮固定在T型轴上，蜗杆与蜗轮相啮合，T型轴上安有圆锥滚子轴承与交叉滚子轴承，圆锥滚子轴承通过卡簧与轴固定在一起，交叉滚子轴承将壳体与T型轴、连接板连接起来，交叉滚子轴承外圈固定在壳体上，内圈与T型轴、连接板固定在一起；壳体通过螺栓与转接板固连在一起，对腰部回转机构起保护作用；所述的电机转动时，电机带动蜗杆、蜗轮，进而带动T型轴转动，实现举升机构及固定安装于举升机构的部件一起转动。

所述的举升机构的举升液压缸的活塞杆上安装有支撑板、L型转接件，所述的套筒套在液压缸的外部，套筒的端面安有应变片压力传感器，通过测定的压力获取举升液压缸的最低位置；所述的举升液压缸未举升且处于最低位置时，支撑板与套筒的端面相接触，在举升液压缸举升后，活塞杆推动支撑板、L型转接件上升，进而带动与L型转接件相连的小臂平移机构及固定安装于小臂平移机构的部件一起举升。

所述的小臂平移机构的L型转接件与双活塞杆液压缸支板通过焊接固接在一起，所述的双活塞杆液压缸支板下部安装有吊耳，吊耳内固定安装有直线轴承；所述的双活塞杆液压缸支板安有导轨，所述的活塞杆一端通过法兰固定在滑块上，滑块沿着导轨滑动，另一端通过法兰固定在腕部关节上；所述的肋将L型转接件与双活塞杆液压缸支板固连在一起，对双活塞杆液压缸支板起到支撑、加强作用；所述的位移传感器穿过安有直线轴承的吊耳，且端部固定在活塞杆的法兰上并与腕部关节连在一起；所述的双活塞杆液压缸的活塞杆伸出与缩回时，活塞杆将带动腕部关节及手爪伸出与缩回，活塞杆、法兰与滑块沿着导轨滑动，防止活塞杆卡死，所述的位移传感器在直线轴承的作用下同时随着活塞杆一起移动，可以测得活塞杆的伸长变化量。

所述的腕部关节内部安装有电机，电机固定在腕部关节上，电机的输出轴通过减速器与手爪固连在一起；所述的手爪的舵机输出轴与主动平齿轮、爪臂连接在一起，所述的舵机输出轴转动时，主动平齿轮与从动平齿轮啮合可实现爪臂的开合。

所述的控制***的单片机经过位移传感器电路、应变片压力传感器放大电路分别采集应变片压力传感器、位移传感器的信息，实现对电机、舵机以及举升液压缸、双活塞杆液压缸的控制。

本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明结构简洁，各部分连接可靠；电机驱动具有灵活、快速的优点，蜗轮蜗杆传动具有大传动比和自锁功能的优点，液压驱动可输出大的推力或大转矩，可实现低速大吨位运动，负载与自身重量比值大，使用效果好，便于推广应用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明电液混合驱动的工业机器人结构主视图；

图2为本发明电液混合驱动的工业机器人基座平移机构、腰部回转机构结构图；

图3为本发明电液混合驱动的工业机器人举升机构结构图；

图4为本发明电液混合驱动的工业机器人基座平移机构B-B向剖视图；

图5为本发明电液混合驱动的工业机器人腰部回转机构图A-A向剖视图；

图6为本发明电液混合驱动的工业机器人小臂平移机构结构图；

图7为本发明电液混合驱动的工业机器人手爪结构轴测图；

图8为本发明电液混合驱动的工业机器人的控制***结构框图。

图中：1、基座平移机构、2、腰部回转机构、3、举升机构、4、小臂平移机构、5、腕部关节、6、手爪、7、控制***；101、滑座、102、连接板I、103、滑台、104、双活塞杆液压缸I、105、油口I、106、油口II、107、锁紧螺母I、108活塞杆I、201、连接板II、202、壳体、203、蜗轮、204、蜗杆、205、圆锥滚子轴承、206、T型轴、207、交叉滚子轴承、208、卡簧、209、螺钉I、210、螺钉II、211、键、212、电机、213、联轴器、301、连接板III、302、举升液压缸、303、支撑板、304、油口III、305、油口IV、306、活塞杆II、307、套筒、401、L型转接件、402、锁紧螺母II、403、活塞杆III、404、双活塞杆液压缸II、405、吊耳、406、法兰I、407、位移传感器、408、法兰II、409、滑块、410双活塞杆液压缸支板、411、肋、601、主动平齿轮、602、爪臂、603、舵机、604、连接板IV、605、从动平齿轮、701、单片机、702电机驱动、703、舵机驱动、704、位移传感器电路、705、应变片压力传感器放大电路、706、液晶显示器、707、阀控电路。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8，电液混合驱动的工业机器人结构及控制***包括基座平移机构1、腰部回转机构2、举升机构3、小臂平移机构4、腕部关节5、手爪6、控制***7；所述的腰部回转机构2固连基座平移机构1上，所述的举升机构3通过连接板I102与腰部回转机构2固连在一起，所述的小臂平移机构4通过L型转接件401与举升机构3固连在一起，所述的腕关节5固连在小臂平移机构4上，所述的手爪6固连在腕部关节5上，所述的控制***7固定安装在腰部回转机构2上；所述的基座平移机构1带动腰部回转机构2及固定安装其上部的部件一起平移，所述的腰部回转机构2带动举升机构3及固定安装于举升机构3的部件一起转动，所述的举升机构3带动与L型转接件401相连的小臂平移机构4及固定安装于小臂平移机构4的部件一起举升，所述的双活塞杆液压缸II404的活塞杆III403伸出与缩回时，活塞杆III403将带动腕部关节5及手爪6伸出与缩回，所述的腕部关节5内部安装有电机I，电机I的输出轴通过减速器与连接板IV604固连在一起；所述的手爪6的舵机603的输出轴通过主动平齿轮601与爪臂602连接在一起，电机I回转时带动手爪6回转，所述的舵机603的输出轴转动时，主动平齿轮601与从动平齿轮605啮合可实现爪臂602的开合，所述的控制***7分别采集应变片压力传感器、位移传感器407的信息，实现对电机212、电机I以及举升液压缸302、双活塞杆液压缸I、II104、404的控制。

参见图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7，图8，所述的基座平移机构1包括滑座101、连接板I102、滑台103、双活塞杆液压缸I104、油口I105、油口II106、锁紧螺母I107、活塞杆I108；所述的腰部回转机构2包括连接板II201、壳体202、蜗轮203、蜗杆204、圆锥滚子轴承205、T型轴206、交叉滚子轴承207、卡簧208、螺钉I 209、螺钉II 210、键211、电机212、联轴器213；所述的举升机构3包括连接板III301、举升液压缸302、支撑板303、油口III304、油口IV305、活塞杆II306、套筒307；所述的小臂平移机构4包括L型转接件401、锁紧螺母II402、活塞杆III403、双活塞杆液压缸II404、吊耳405、法兰I406、位移传感器407、法兰II408、滑块409、双活塞杆液压缸支板410、肋411；所述的腕部关节5内部安装有电机I，电机I的输出轴通过减速器与手爪6固连在一起；所述的手爪6包含主动平齿轮601、爪臂602、舵机603、连接板IV604、从动平齿轮舵机605；所述的控制***7包含单片机701、电机驱动702、舵机驱动703、位移传感器电路、704、应变片压力传感器放大电路705、液晶显示器706、阀控电路707。

参见图1，图2，图4，所述的基座平移机构1中的双活塞杆液压缸I104固定连接在滑座101上，所述的连接板I102固定在滑台103上，活塞杆I108通过锁紧螺母I107与滑台103固连在一起，当双活塞杆液压缸油口I105进油、油口II106回油以及油口II106进油、油口II105回油时，活塞杆I108伸缩将推动滑台103沿着滑座101往复移动，所述的转接板II201滑台103固连在一起，进而带动腰部回转机构2及固定安装其上部的部件一起平移。

参见图1，图2，图5，所述的腰部回转机构2的回转动力来自电机212、蜗轮203蜗杆204构成的传动系，电机212通过联轴器213与蜗杆204固连在一起，电机212固定在壳体202上，T型轴206穿过蜗轮203，并通过键211配合使蜗轮203固定安装在T型轴206上，蜗杆204与蜗轮203啮合，T型轴206上安有圆锥滚子轴承205与交叉滚子轴承207，圆锥滚子轴承205通过卡簧208与T型轴206固定在一起，防止圆锥滚子轴承205轴向窜动，交叉滚子轴承207将壳体202与T型轴206、连接板III301连接起来，交叉滚子轴承207外圈通过螺钉II210固定在壳体202上，交叉滚子轴承207内圈与通过螺钉I209与T型轴206、连接板III301固定在一起；壳体202通过螺栓与转接板II201固连在一起，对腰部回转机构2具有保护作用；所述的电机212转动时，电机212的动力经联轴器213、蜗杆204、蜗轮203，带动T型轴206转动，带动举升机构3及固定安装于举升机构3的部件一起转动。

参见图1，图3，所述的举升机构3的连接板III301与举升液压缸302固连在一起，举升液压缸302的活塞杆II306上安装有支撑板303、L型转接件401，所述的套筒307套在举升液压缸的外部，套筒307的端面安有应变片压力传感器，所述的举升液压缸302未举升且处于最低位置时，支撑板303与套筒307的端面相接触，可通过测定压力值获取举升液压缸302的活塞杆II306处于最低位置；所述的油口IV305进油、油口III304回油时，举升液压缸举升，活塞杆II306推动支撑板303、L型转接件401上升，支撑板303与套筒307的端面相分离，可通过测定的压力为0；所述的油口III304进油、油口IV305回油时，活塞杆II306带动支撑板303、L型转接件401下降，再次获得压力值时可以获知举升液压缸302活塞杆II306回至最低位置；所述的举升液压缸302活塞杆II306的升降，带动与L型转接件401相连的小臂平移机构4及固定安装于小臂平移机构4的部件一起举升。

参见图1，图6，所述的小臂平移机构4的L型转接件401与双活塞杆液压缸支板410通过焊接固接在一起，所述的双活塞杆液压缸支板410下部安装有吊耳405，吊耳405内固定安装有直线轴承；所述的双活塞杆液压缸支板410安有导轨，所述的活塞杆III403一端通过法兰II408固定在滑块408上，滑块409沿着导轨滑动，另一端通过法兰I406固定在腕部关节5上；所述的肋411将L型转接件401与双活塞杆液压缸支板410固连在一起，对双活塞杆液压缸支板410起到支撑、加强作用；所述的位移传感器407穿过安有直线轴承的吊耳405，且端部固定在活塞杆III403的法兰I406上并与腕部关节5连在一起；所述的双活塞杆液压缸II404的活塞杆III403伸出与缩回时，活塞杆III403将带动腕部关节5及手爪6伸出与缩回，活塞杆III403、法兰II408与滑块409沿着导轨滑动，防止活塞杆III403卡死，所述的位移传感器407在直线轴承的作用下同时随着活塞杆III403一起移动，可以测得活塞杆III403的伸长变化量。

参见图1，图6，图7，所述的腕部关节5内部安装有电机I，电机I固定在腕部关节5上，电机I的输出轴通过减速器与连接板IV604固连在一起，电机I回转时带动手爪6回转；所述的手爪6的舵机603的输出轴通过主动平齿轮601与爪臂602连接在一起，所述的舵机603的输出轴转动时，主动平齿轮601与从动平齿轮605啮合可实现爪臂602的开合。

参见图1、图8，所述的控制***7的单片机701经过位移传感器电路704、应变片压力传感器放大电路705分别采集位移传感器407、应变片压力传感器的信息，实现对电机212、电机I、舵机603以及举升液压缸302、双活塞杆液压缸I、II104、404的控制。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电液混合驱动的工业机器人结构及控制***包括基座平移机构（1）、腰部回转机构（2）、举升机构（3）、小臂平移机构（4）、腕部关节（5）、手爪（6）、控制***（7），其特征在于：所述的腰部回转机构（2）固连基座平移机构（1）上，所述的举升机构（3）通过连接板I（102）与腰部回转机构（2）固连在一起，所述的小臂平移机构（4）通过L型转接件（401）与举升机构（3）固连在一起，所述的腕关节（5）固连在小臂平移机构（4）上，所述的手爪（6）固连在腕部关节（5）上，所述的控制***（7）固连在腰部回转机构（2）上；所述的基座平移机构（1）包括滑座（101）、连接板I（102）、滑台（103）、双活塞杆液压缸I（104）、油口I（105）、油口II（106）、锁紧螺母I（107）、活塞杆I（108）；所述的腰部回转机构（2）包括连接板II（201）、壳体（202）、蜗轮（203）、蜗杆（204）、圆锥滚子轴承（205）、T型轴（206）、交叉滚子轴承（207）、卡簧（208）、螺钉I（ 209）、螺钉II（ 210）、键（211）、电机（212）、联轴器（213）；所述的举升机构（3）包括连接板III（301）、举升液压缸（302）、支撑板（303）、油口III（304）、油口IV（305）、活塞杆II（306）、套筒（307）；所述的小臂平移机构（4）包括L型转接件（401、锁紧螺母II（402）、活塞杆III（403）、双活塞杆液压缸II（404）、吊耳（405）、法兰I（406）、位移传感器（407）、法兰II（408）、滑块（409）、双活塞杆液压缸支板（410）、肋（411）；所述的腕部关节（5）内部安装有电机I，电机I的输出轴通过减速器与手爪（6）固连在一起；所述的手爪（6）包含主动平齿轮（601）、爪臂（602）、舵机（603）、连接板IV（604）、从动平齿轮舵机（605）。

2.根据权利要求1所述的一种电液混合驱动的工业机器人结构及控制***，其特征在于：所述的基座平移机构（1）中的双活塞杆液压缸I（104）固定连接在滑座（101）上，所述的连接板I（102）固定在滑台（103）上，活塞杆I（108）通过锁紧螺母I（107）与滑台（103）固连在一起，当双活塞杆液压缸油口I（105）进油、油口II（106）回油以及油口I（105）回油、油口II（106）进油时，活塞杆I（108）伸缩将推动滑台（103）沿着滑座（101）往复移动，所述的转接板II（201）滑台（103）固连在一起，进而带动腰部回转机构（2）及固定安装其上部的部件一起平移。

3.根据权利要求1所述的一种电液混合驱动的工业机器人结构及控制***，其特征在于：所述的腰部回转机构（2）的回转动力来自电机（212）、蜗轮（203）蜗杆（204）构成的传动系，电机（212）通过联轴器（213）与蜗杆（204）固连在一起，电机（212）固定在壳体（202）上，T型轴（206）穿过蜗轮（203），并通过键（211）配合使蜗轮（203）固定安装在T型轴（206）上，蜗杆（204）与蜗轮（203）啮合，T型轴（206）上安有圆锥滚子轴承（205）与交叉滚子轴承（207），圆锥滚子轴承（205）通过卡簧（208）与T型轴（206）固定在一起，防止圆锥滚子轴承（205轴向窜动，交叉滚子轴承（207）将壳体（202）与T型轴（206）、连接板III（301）连接起来，交叉滚子轴承（207）外圈通过螺钉II（210）固定在壳体（202）上，交叉滚子轴承（207）内圈与通过螺钉I（209）与T型轴（206）、连接板III（301）固定在一起；壳体（202）通过螺栓与转接板II（201）固连在一起，对腰部回转机构（2）具有保护作用；所述的电机（212）转动时，电机（212）的动力经联轴器（213）、蜗杆（204）、蜗轮（203），带动T型轴（206）转动，带动举升机构（3）及固定安装于举升机构（3）的部件一起转动。

4.根据权利要求1所述的一种电液混合驱动的工业机器人结构及控制***，其特征在于：所述的举升机构（3）的连接板III（301）与举升液压缸（302）固连在一起，举升液压缸（302的活塞杆II（306）上安装有支撑板（303）、L型转接件（401），所述的套筒（307）套在举升液压缸的外部，套筒（307）的端面安有应变片压力传感器，所述的举升液压缸（302）未举升且处于最低位置时，支撑板（303）与套筒（307）的端面相接触，通过测定压力值获取举升液压缸（302）的活塞杆II（306）处于最低位置；所述的油口IV（305）进油、油口III（304）回油时，举升液压缸举升，活塞杆II（306）推动支撑板（303）、L型转接件（401）上升，支撑板（303）与套筒（307）的端面相分离，通过测定的压力为0；所述的油口III（304）进油、油口IV（305）回油时，活塞杆II（306）带动支撑板（303）、L型转接件（401）下降，再次获得压力值时获知举升液压缸（302）活塞杆II（306）回至最低位置；所述的举升液压缸（302）活塞杆II（306）的升降，带动与L型转接件（401）相连的小臂平移机构（4）及固定安装于小臂平移机构（4）的部件一起举升。

5.根据权利要求1所述的一种电液混合驱动的工业机器人结构及控制***，其特征在于：所述的小臂平移机构（4）的L型转接件（401）与双活塞杆液压缸支板（410）通过焊接固接在一起，所述的双活塞杆液压缸支板（410）下部安装有吊耳（405），吊耳（405）内固定安装有直线轴承；所述的双活塞杆液压缸支板（410）安有导轨，所述的活塞杆III（403）一端通过法兰II（408）固定在滑块（409）上，滑块（409）沿着导轨滑动，另一端通过法兰I（406）固定在腕部关节（5）上；所述的肋（411）将L型转接件（401）与双活塞杆液压缸支板（410）固连在一起，对双活塞杆液压缸支板（410）起到支撑、加强作用；所述的位移传感器（407穿过安有直线轴承的吊耳（405），且端部固定在活塞杆III（403）的法兰I（406）上并与腕部关节（5）连在一起；所述的双活塞杆液压缸II（404）的活塞杆III（403）伸出与缩回时，活塞杆III（403）将带动腕部关节（5）及手爪（6）伸出与缩回，活塞杆III（403）、法兰II（408）与滑块（409）沿着导轨滑动，防止活塞杆III（403）卡死，所述的位移传感器（407）在直线轴承的作用下同时随着活塞杆III（403）一起移动，测得活塞杆III（403）的伸长变化量。

6.根据权利要求1所述的一种电液混合驱动的工业机器人结构及控制***，其特征在于：所述的腕部关节（5）内部安装有电机I，电机I固定在腕部关节（5）上，电机I的输出轴通过减速器与连接板IV（604）固连在一起，电机I回转时带动手爪（6）回转；所述的手爪（6）的舵机（603）的输出轴通过主动平齿轮（601）与爪臂（602）连接在一起，所述的舵机（603）的输出轴转动时，主动平齿轮（601）与从动平齿轮（605）啮合实现爪臂（602）的开合。

7.根据权利要求1所述的一种电液混合驱动的工业机器人结构及控制***，其特征在于：所述的控制***（7）的单片机（701）经过位移传感器电路（704）、应变片压力传感器放大电路（705）分别采集位移传感器（407）、应变片压力传感器的信息，实现对电机（212）、电机I、舵机（603）以及举升液压缸（302）、双活塞杆液压缸I、II（104、404）的控制。