CN109366520A - 一种工业机器人液压驱动关节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，尤其为一种工业机器人液压驱动关节，包括连接壳体，连接壳体的截面为圆形，连接壳体的两侧均设有输出法兰盘，连接壳体与输出法兰盘之间设有封盖，连接壳体的内部开有空腔，在空腔内设有油压驱动活塞，在连接壳体的两侧壁均向外凸起，分别形成第一凸边和第二凸边，第一凸边和第二凸边的圆周外壁分别开设有第二进油孔和第一进油孔本发明结构简单，通过液压的方式驱动机器人关节进行转动，其通过两个耐磨的轴承大大提高了机器人关节在活动时的耐磨性能，使机器人关节的使用寿命大大提高。

Description

一种工业机器人液压驱动关节

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种工业机器人液压驱动关节。

背景技术

工业机器人关节减速机一直是我国在工业机器人行业发展的难点与重点所在，传统工业机器人关节减速机因其结构复杂，传统减速机需要的加工设备昂贵，导致我国工业机器人减速机行业发展，受到减速机的制约。工业机器人生产厂家利润低，没有国际市场竞争力，鉴于此，我们提出一种工业机器人液压驱动关节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业机器人液压驱动关节，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种工业机器人液压驱动关节，包括连接壳体，所述连接壳体的截面为圆形，所述连接壳体的两侧均设有输出法兰盘，所述连接壳体与所述输出法兰盘之间设有封盖，所述连接壳体的内部开有空腔，在空腔内设有油压驱动活塞，在所述连接壳体的两侧壁均向外凸起，分别形成第一凸边和第二凸边，所述第一凸边和第二凸边的圆周外壁分别开设有第二进油孔和第一进油孔。

作为优选，所述油压驱动活塞包括转柱和所述转柱圆周外壁上的挡块，所述挡块的一端延伸至所述连接壳体的圆周内壁上并与其圆周内壁紧密贴合。

作为优选，所述连接壳体的圆周内壁上设有凸块，所述凸块的一端延伸到所述转柱的圆周外壁上并与其圆周外壁紧密贴合。

作为优选，所述第二进油孔和第一进油孔延伸到所述凸块内，所述凸块的两侧对立面上分别开设有第一出油孔和第二出油孔，所述第一进油孔与所述第一出油孔相连通，所述第二进油孔与所述第二出油孔相连通。

作为优选，所述封盖远离所述连接壳体的一端向外凸起形成凸环，在所述凸环的圆周外壁上套设有输出法兰支撑交叉滚柱轴承。

作为优选，所述转柱的两端均套设有活塞支撑轴承和活塞油封，且所述活塞油封位于靠近所述连接壳体的一侧。

作为优选，所述凸块的厚度与所述挡块的厚度相等。

作为优选，所述活塞支撑轴承和所述输出法兰支撑交叉滚柱轴承均采用耐磨合金制成，所述耐磨合金的由以下质量百分比组分构成：

作为优选，所述输出法兰盘端部同轴安装有拉线编码器，通过拉线编码器将输出法兰支撑交叉滚柱轴承的转矩，转化为A、B两相的脉冲信号，接着方向判别电路的将两相的脉冲信号转化为方向的电信号，传递给计数电路，最后将所得的转速数据传递给显示电路，进行显示。

作为优选，所述拉线编码器的数量为两个，分别测取两个输出法兰盘的转动信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明结构简单，通过液压的方式驱动机器人关节进行转动，其通过两个耐磨的轴承大大提高了机器人关节在活动时的耐磨性能，使机器人关节的使用寿命大大提高。

2、本发明通过设计的电路来实时监测机器人关节在转动时的转速以及转角，能够通过计算及时的了解到机器人关节的输入输出减速比以及正反向间隙，保证了机器人关节在活动时的精准性，防止其出现较大的误差。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体结构***示意图；

图3为本发明中连接壳体和油压驱动活塞的结构示意图；

图4为本发明中的连接壳体和油压驱动活塞的断开结构示意图；

图5为本发明中实施例4的流程示意图；

图6为本发明实施例4中电源电路的电路图；

图7为本发明实施例4中方向判别电路的电路图；

图8为本发明实施例4中74LS192的引脚图；

图9为本发明实施例4中计数电路的电路图；

图10为本发明实施例4中显示电路的电路图；

图中：1、连接壳体；10、第一进油孔；11、第二进油孔；12、第一凸边；13、第二凸边；14、第一出油孔；15、第二出油孔；16、凸块；2、输出法兰盘；20、连接孔；3、封盖；30、凸环；4、输出法兰支撑交叉滚柱轴承；5、活塞支撑轴承；6、活塞油封；7、油压驱动活塞；70、转柱；71、挡块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1：

一种工业机器人液压驱动关节，如图1-4所示，包括连接壳体1，连接壳体1的截面为圆形，连接壳体1的两侧均设有输出法兰盘2，连接壳体1与输出法兰盘2之间设有封盖3，连接壳体1的内部开有空腔，在空腔内设有油压驱动活塞7，在连接壳体1的两侧壁均向外凸起，分别形成第一凸边12和第二凸边13，第一凸边12和第二凸边13的圆周外壁分别开设有第二进油孔11和第一进油孔10。

本实施例中，油压驱动活塞7包括转柱70和转柱70圆周外壁上的挡块71，挡块71的一端延伸至连接壳体1的圆周内壁上并与其圆周内壁紧密贴合，通过油作为压力带动挡块71摆动，从而带动转柱70做圆周运动进行旋转。

除此之外，连接壳体1的圆周内壁上设有凸块16，凸块16的一端延伸到转柱70的圆周外壁上并与其圆周外壁紧密贴合，通过凸块16将连接壳体1内部的内腔隔开，并且凸块16能够挡住挡块71，使挡块71在转动一定的角度后起到了限位作用。

进一步的，第二进油孔11和第一进油孔10延伸到凸块16内，凸块16的两侧对立面上分别开设有第一出油孔14和第二出油孔15，第一进油孔10与第一出油孔14相连通，第二进油孔11与第二出油孔15相连通，通过第二进油孔11和第一进油孔10沿着第一出油孔14和第二出油孔15进行出油，从而实现从凸块16的两侧分别进油，实现对挡块71的两侧分别施压以驱动转柱70顺时针和逆时针旋转。

具体的，封盖3远离连接壳体1的一端向外凸起形成凸环30，在凸环30的圆周外壁上套设有输出法兰支撑交叉滚柱轴承4，通过输出法兰支撑交叉滚柱轴承4起到了使封盖3和输出法兰盘2之间相对旋转，减少相对旋转时的摩擦力。

其次，转柱70的两端均套设有活塞支撑轴承5和活塞油封6，且活塞油封6位于靠近连接壳体1的一侧，活塞支撑轴承5用于支撑转柱70和封盖3之间的相对旋转，减少其相对转动时的摩擦力，活塞油封6起到了密封作用，防止连接壳体1中的油液漏出。

需要补充的是，凸块16的厚度与挡块71的厚度相等，保证凸块16和挡块71都与连接壳体1的厚度相同，在转动时能够更好的实现密封。

需要注意的是，输出法兰盘2上开设有多个连接孔20，通过螺丝穿过该连接孔20使输出法兰盘2与转柱70的端部同轴固定连接，在转柱70转动时带动输出法兰盘2一同旋转，具体的，在工作时，挡块71收到油压摆动而带动转柱70转动，转柱70转动，连接壳体1和封盖3固定不动，转柱70带动两端的输出法兰盘2转动实现机器人的关节活动。

本实施例的工业机器人液压驱动关节在使用时，首先将连接壳体1与机器人的固定肢体装配好，输出法兰盘2与机器人需要活动的肢体安装，将两根液压输油管分别对应第二进油孔11和第一进油孔10进行连接，在输油管从第一进油孔10进行输油时，第一出油孔14出油，从挡块71的一侧施压，使转柱70顺时针转动，带动输出法兰盘2顺时针转动，当输油管从第二进油孔11进行输油时，第二出油孔15出油，从挡块71的另外一侧施压，使转柱70逆时针转动，带动输出法兰盘2顺时针转动，从而实现机器人关节的活动。

实施例2：

作为本发明的第二种实施例，在实施例1的基础上，为了提高机器人关节在转动时的磨损达到最小，增大提高机器人关节的使用寿命，本发明人在实施例1的基础上作出改进，作为本发明的一种优选实施例，活塞支撑轴承5和输出法兰支撑交叉滚柱轴承4均采用耐磨合金制成，耐磨合金的由以下质量百分比组分构成：

将强度、冲击韧度和耐磨性能综合考虑和匹配，加入硼、锰、硅、铬、镍等合金元素使其提高淬透性、强度、韧度和耐磨性。

实施例3：

在具体使用时，本发明在实施例2的基础上顺带提供了活塞支撑轴承5和输出法兰支撑交叉滚柱轴承4的制备工艺，包括如下步骤：

步骤一：将原料按照配比加入金属炉，将温度升高至1600℃，出炉温度为1400℃，对合金熔体进行氧化精炼和真空挥发，进行炉前分析，调整成分；

步骤二：向炉内合金液中加入脱氧剂铁合金，发生化学反应，生成不溶于合金液的脱氧产物，并从合金液中上浮进入渣中；

步骤三：向合金液中加入变质剂稀土和硼，使它们在合金液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，获得细小的铸造晶粒；

步骤四：在砂箱型腔中心放置一泥芯后后将上述合金液浇注至该砂箱内，浇铸温度为1430-1450℃，自然冷却后得到合金块，冷却时间大于12h；

步骤五：将上述合金块放入淬火炉内进行淬火处理，具体为：

在炉内温度处于0-340℃之间时，升温速度为70-100℃/h，且在340℃时保温2-5h；

在炉内温度处于340-640℃之间时，升温速度为40-70℃/h，且在640℃时保温5-6h；

在炉内温度处于640-1080℃之间时，升温速度为90-110℃/h，且在1080℃时保温5-6h；

当炉内温度加温至1100℃以上时，保温0.5-1h，将炉内产品转移至水池内，转移时间不超过0.5min，最终得到活塞支撑轴承5和输出法兰支撑交叉滚柱轴承4。

通过特殊变质处理从微观上来改变晶粒结构，增强产品的耐磨性能，保证耐磨合金具备优良的耐磨性，从而使活塞支撑轴承5和输出法兰支撑交叉滚柱轴承4具有高耐磨性，增大提高机器人关节的使用寿命。

实施例4：

作为本发明的第四种实施例，为了保证实时监测提高机器人关节在转动时在输入与输出减速比关系，防止正反向间隙过大而出现误差，本发明人在实施例1的基础上作出改进，作为本发明的一种优选实施例，如图5所示，输出法兰盘2端部同轴安装有拉线编码器，通过拉线编码器将输出法兰支撑交叉滚柱轴承4的转矩，转化为A、B两相的脉冲信号，接着方向判别电路的将两相的脉冲信号转化为方向的电信号，传递给计数电路，最后将所得的转速数据传递给显示电路，进行显示，拉线编码器的数量为两个，分别测取两个输出法兰盘2的转动信号。

具体的，拉线编码器采用增量式拉线位移编码器，采用22V交流电源，通过电源电路将220V的交流电压转化为增量式编码器判别电路和计数电路使用的直流电源5V。所使用的器件是变压器、全桥整流电路、稳压器AMS1117_5和相应的滤波电容。编码器方向判别电路使用的是芯片AT288a来实现，通过检测双路V、Vg脉冲信号，其相位相差90。当A相B相超前90°是正转；A相滞后B相90是反转的判断方式，将A、B两相脉冲信号转两路正反转的电信号：计数电路利用双时钟可预置计数器74LS192以及电容电阻来组成电路。预置数设为0110，来实现十进制的进位，方便LED数码管的位数显示；显示电路使用加法器74LS238将计数电路传递的数据转化成0～9的二进制数，在经过74LS48译码器转化成BCD码输入LED数码管显示。编码器方向判别电路和计数电路的组合使用，来实现对控制对象的闭环控制，也可是光电式编码器的计数电路来通过计算知道控制对象的位移和速度。

进一步的，如图6所示，电源电路是采用5W变压器、整流桥整流、稳压器AMS1117等器件将220V降压稳定为5V。为编码器方向判别电路和计数电路供电，稳压器变压器先将220V的交流电变为7V，再经过全桥整流电路整形，和两个电容的滤波后，作为AMS1117芯片的输入工作电压，输出的是5V的直流电。然后经过两个电容的滤波后作为编码器方向识别和计数电路的电源Vcc。

进一步的，如图7所示，方向判别电路采用的是芯片ST288A，直接来判断方向，可靠性高。信号输出经过反相器74LS04的处理，传递给计数电路，ST288A是方向辨识专用集成电路，作电源5V，具有集成度高，功耗小静态电流约为1mA，抗干扰能力强等特点。ST288A不定输出脉宽的最高输入响应频率7KHz；定输出脉宽16μS的最高输入响应频率为5KHz。

具体的，如图8-9所示，将控制对象的方向判别解决之后，就便于计数电路的增减的方向。计数电路选用两个74LS192的计数集成芯片连用，来实现高低8位计数的功能。

74LS192是4位二进制同步可逆计数器，可以N位串级计数。芯片具有以下的特色：

74LS192的清除端是异步的。当清除端(MR)为高电平时，不管时钟端(CD、CU)状态如何，即可完成清除功能。

74LS192预置是异步的。当置入控制端(PL)为低电平时，不管时钟(CD、CU)的状态如何，输出端(QA-QD)即可预置成与数据输入端(P0--P3)相一致的状态。

74LS192的计数是同步的。靠CD、CU同时加在4个触发器上而实现。在CD、CU.上升沿作用下QA-QD同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用CD或CU，此时另一个时钟应为高电平。

74LS192可进行级联，当计数上溢出时，进位输出端(TCU)输出一个低电平脉冲，其宽度为CD低电平部分的低电平脉冲；当计数下溢出时，错位输出端(TCD)输出一个低电平脉冲，其宽度为CU低电平部分的低电平脉冲。当把TCD和TCU分别连接后一级的CD、CU，即可进行级联。

其次，如图9所示，计数电路采用上电预置8位计数电路，PL上电为高电平，对芯片无预置数操作，上电时MR引脚收到高电平脉冲，进行清零的操作，而且两个74LS192的P0～P3管脚接地，PL和MR的引脚如图9所示连接，上电时，PL与MR都是低电平，预置数据通过P0～P3的端口输入。这样就实现了上电预置的功能。

进一步地，如图10所示，显示电路选择译码器74LS48和7段数码管，计数电路得到的旋转转数数据经过译码器，转变为BCD码来点亮数码管，74LS48是常用的七段数码管译码器，并兼有驱动功能，内部没有限流电阻，因此与数码管连接时要加上上拉电阻。工作电压在5V。

进而，经过计算关节输入与输出减速比就可以知道关节的反向间隙。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种工业机器人液压驱动关节，包括连接壳体(1)，所述连接壳体(1)的截面为圆形，其特征在于：所述连接壳体(1)的两侧均设有输出法兰盘(2)，所述连接壳体(1)与所述输出法兰盘(2)之间设有封盖(3)，所述连接壳体(1)的内部开有空腔，在空腔内设有油压驱动活塞(7)，在所述连接壳体(1)的两侧壁均向外凸起，分别形成第一凸边(12)和第二凸边(13)，所述第一凸边(12)和第二凸边(13)的圆周外壁分别开设有第二进油孔(11)和第一进油孔(10)。

2.根据权利要求1所述的工业机器人液压驱动关节，其特征在于：所述油压驱动活塞(7)包括转柱(70)和所述转柱(70)圆周外壁上的挡块(71)，所述挡块(71)的一端延伸至所述连接壳体(1)的圆周内壁上并与其圆周内壁紧密贴合。

3.根据权利要求2所述的工业机器人液压驱动关节，其特征在于：所述连接壳体(1)的圆周内壁上设有凸块(16)，所述凸块(16)的一端延伸到所述转柱(70)的圆周外壁上并与其圆周外壁紧密贴合。

4.根据权利要求3所述的工业机器人液压驱动关节，其特征在于：所述第二进油孔(11)和第一进油孔(10)延伸到所述凸块(16)内，所述凸块(16)的两侧对立面上分别开设有第一出油孔(14)和第二出油孔(15)，所述第一进油孔(10)与所述第一出油孔(14)相连通，所述第二进油孔(11)与所述第二出油孔(15)相连通。

5.根据权利要求4所述的工业机器人液压驱动关节，其特征在于：所述封盖(3)远离所述连接壳体(1)的一端向外凸起形成凸环(30)，在所述凸环(30)的圆周外壁上套设有输出法兰支撑交叉滚柱轴承(4)。

6.根据权利要求5所述的工业机器人液压驱动关节，其特征在于：所述转柱(70)的两端均套设有活塞支撑轴承(5)和活塞油封(6)，且所述活塞油封(6)位于靠近所述连接壳体(1)的一侧。

7.根据权利要求6所述的工业机器人液压驱动关节，其特征在于：所述凸块(16)的厚度与所述挡块(71)的厚度相等。

8.根据权利要求7所述的工业机器人液压驱动关节，其特征在于：所述活塞支撑轴承(5)和所述输出法兰支撑交叉滚柱轴承(4)均采用耐磨合金制成，所述耐磨合金的由以下质量百分比组分构成：

9.根据权利要求1-7任一项所述的工业机器人液压驱动关节，其特征在于：所述输出法兰盘(2)端部同轴安装有拉线编码器，通过拉线编码器将输出法兰支撑交叉滚柱轴承(4)的转矩，转化为A、B两相的脉冲信号，接着方向判别电路的将两相的脉冲信号转化为方向的电信号，传递给计数电路，最后将所得的转速数据传递给显示电路，进行显示。

10.根据权利要求9所述的工业机器人液压驱动关节，其特征在于：所述拉线编码器的数量为两个，分别测取两个输出法兰盘(2)的转动信号。