本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，特別是指一種多自由度液壓機(jī)械臂。

背景技術(shù)：

多自由度液壓機(jī)械臂是根據(jù)工作的內(nèi)容模仿人手臂的結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)物料的搬運(yùn)、配件的裝配等一系列工序的機(jī)械裝置，它在一定程度上能夠代替人的很多工作。目前，車(chē)間中輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)等重物的搬運(yùn)、裝配主要是通過(guò)人工裝夾、行車(chē)吊運(yùn)來(lái)完成，自動(dòng)化程度較低，效率和安全性方面也不能滿(mǎn)足要求，另外，由于機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，車(chē)間輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)等重物裝配過(guò)程中的高精度和重載也不能達(dá)到要求。

現(xiàn)有的多自由度液壓機(jī)械臂，如專(zhuān)利文獻(xiàn)cn103538070a公開(kāi)了一種五自由度的液壓機(jī)械臂，在一定程度上解決了車(chē)間裝配的效率和重載問(wèn)題，但是此機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，靠?jī)蓚€(gè)四桿機(jī)構(gòu)完成大小臂的動(dòng)作過(guò)程，在搬運(yùn)和裝配過(guò)程中反應(yīng)不夠靈活，活動(dòng)空間小。再如專(zhuān)利文獻(xiàn)cn105965503a公開(kāi)了一種適用于盾構(gòu)機(jī)換刀作業(yè)的液壓機(jī)械臂，雖然也采用液壓驅(qū)動(dòng)，有較高的負(fù)載能力，但是自由度少，活動(dòng)范圍小，不能滿(mǎn)足輪胎裝配過(guò)程中的自由運(yùn)動(dòng)，靈活性不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種多自由度液壓機(jī)械臂，其既可以提高機(jī)械臂的活動(dòng)范圍，又具有較高的靈活性，而且在重物裝配過(guò)程中具有較高的精度和負(fù)載能力。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下：

一種多自由度液壓機(jī)械臂，包括基座1、腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2、肩部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3、大臂俯仰關(guān)節(jié)4、小臂俯仰關(guān)節(jié)5、腕部俯仰關(guān)節(jié)6、腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)7和腕部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8，其中：

所述基座1上固設(shè)有所述腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2，所述腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2的上部通過(guò)第一固定連接件10與所述肩部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3連接，所述肩部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3的側(cè)面端部通過(guò)第一固定軸12與所述大臂俯仰關(guān)節(jié)4的一端連接，所述大臂俯仰關(guān)節(jié)4在第一伺服油缸20的驅(qū)動(dòng)下做上下俯仰運(yùn)動(dòng)，所述大臂俯仰關(guān)節(jié)4的內(nèi)部固設(shè)有伺服閥組件9，所述大臂俯仰關(guān)節(jié)4的另一端通過(guò)第二固定軸13與所述小臂俯仰關(guān)節(jié)5的一端連接，所述小臂俯仰關(guān)節(jié)5在第二伺服油缸23的驅(qū)動(dòng)下做上下俯仰運(yùn)動(dòng)，所述小臂俯仰關(guān)節(jié)5的另一端上固設(shè)有支撐塊14，所述支撐塊14上固設(shè)有所述腕部俯仰關(guān)節(jié)6，所述腕部俯仰關(guān)節(jié)6和腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)7直接相連，所述腕部俯仰關(guān)節(jié)6的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)在水平面內(nèi)，所述腕部俯仰關(guān)節(jié)6和腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)7的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)相互垂直，所述腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)7通過(guò)翼板15與所述腕部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8連接，所述腕部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8的末端固設(shè)有安裝法蘭16。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的多自由度液壓機(jī)械臂，腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和肩部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)都具有回轉(zhuǎn)功能，這樣，多自由度液壓機(jī)械臂相當(dāng)于增加了一級(jí)耦合，可以在保證油管不被纏繞的情況下有更大的回轉(zhuǎn)空間，提高了機(jī)械臂的活動(dòng)范圍，腕部關(guān)節(jié)采用三個(gè)自由度，提高了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的靈活性，而且本發(fā)明的機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)之間的設(shè)置方式，能夠使車(chē)間輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)等重物裝配過(guò)程中具有較高的精度和負(fù)載能力。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的多自由度液壓機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的多自由度液壓機(jī)械臂的伺服閥組件的固定位置示意圖；

圖3為本發(fā)明的多自由度液壓機(jī)械臂的基座和腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的多自由度液壓機(jī)械臂的腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的多自由度液壓機(jī)械臂的大小臂連接軸處的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的多自由度液壓機(jī)械臂的小臂俯仰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明的多自由度液壓機(jī)械臂的腕部俯仰關(guān)節(jié)和腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明的多自由度液壓機(jī)械臂的腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明的多自由度液壓機(jī)械臂的腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)活動(dòng)角度示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供一種多自由度液壓機(jī)械臂，如圖1～圖9所示，包括基座1、腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2、肩部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3、大臂俯仰關(guān)節(jié)4、小臂俯仰關(guān)節(jié)5、腕部俯仰關(guān)節(jié)6、腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)7和腕部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8，其中：

基座1上固設(shè)有腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2，腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2的上部通過(guò)第一固定連接件10與肩部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3連接，肩部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3的側(cè)面端部通過(guò)第一固定軸12與大臂俯仰關(guān)節(jié)4的一端連接，大臂俯仰關(guān)節(jié)4在第一伺服油缸20的驅(qū)動(dòng)下做上下俯仰運(yùn)動(dòng)，大臂俯仰關(guān)節(jié)4的內(nèi)部固設(shè)有伺服閥組件9，大臂俯仰關(guān)節(jié)4的另一端通過(guò)第二固定軸13與小臂俯仰關(guān)節(jié)5的一端連接，小臂俯仰關(guān)節(jié)5在第二伺服油缸23的驅(qū)動(dòng)下做上下俯仰運(yùn)動(dòng)，小臂俯仰關(guān)節(jié)5的另一端上固設(shè)有支撐塊14，支撐塊14上固設(shè)有腕部俯仰關(guān)節(jié)6，腕部俯仰關(guān)節(jié)6和腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)7直接相連，腕部俯仰關(guān)節(jié)6的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)在水平面內(nèi)，腕部俯仰關(guān)節(jié)6和腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)7的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)相互垂直，腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)7通過(guò)翼板15與腕部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8連接，腕部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8的末端固設(shè)有安裝法蘭16。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的多自由度液壓機(jī)械臂，腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和肩部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)都具有回轉(zhuǎn)功能，這樣，多自由度液壓機(jī)械臂相當(dāng)于增加了一級(jí)耦合，可以在保證油管不被纏繞的情況下有更大的回轉(zhuǎn)空間，提高了機(jī)械臂的活動(dòng)范圍，腕部關(guān)節(jié)采用三個(gè)自由度，提高了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的靈活性，而且本發(fā)明的機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)之間的設(shè)置方式，能夠使車(chē)間輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)等重物裝配過(guò)程中具有較高的精度和負(fù)載能力。

如圖3和圖4所示，腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2可以包括第一定子201、位于第一定子201內(nèi)部的第一轉(zhuǎn)子202和位于第一定子201外部的第一液壓馬達(dá)203，其中：

第一轉(zhuǎn)子202的內(nèi)部設(shè)置有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的蝸輪固設(shè)在第一轉(zhuǎn)子202上，第一液壓馬達(dá)203通過(guò)第一聯(lián)軸器205與蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的蝸桿206連接；

第一定子201的外側(cè)連接有兩個(gè)分別用于對(duì)正向回轉(zhuǎn)和反向回轉(zhuǎn)進(jìn)行限位的第一機(jī)械限位塊204，第一機(jī)械限位塊204上分別固設(shè)有限位開(kāi)關(guān)207，第一固定連接件10上設(shè)置有與限位開(kāi)關(guān)207相配合的電子限位塊208和與第一機(jī)械限位塊204相配合的第二機(jī)械限位塊210，腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2在左右回轉(zhuǎn)的過(guò)程中，在正常情況下，電子限位塊208與限位開(kāi)關(guān)207接觸，多自由度液壓機(jī)械臂就停止擺動(dòng)，當(dāng)限位開(kāi)關(guān)207異常時(shí)，多自由度液壓機(jī)械臂就靠第一機(jī)械限位塊204和第二機(jī)械限位塊210來(lái)阻止機(jī)械臂的繼續(xù)擺動(dòng)，起到安全作用；

腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2的下端連接有用于檢測(cè)第一轉(zhuǎn)子202旋轉(zhuǎn)角度的第一角位移傳感器209。

本發(fā)明中，第一角位移傳感器209可以采用多種連接方式，例如，可以通過(guò)將第一角位移傳感器209底端和基座1相連，第一角位移傳感器209的中心和第一轉(zhuǎn)子202相連。第一角位移傳感器209可以適時(shí)地把多自由度液壓機(jī)械臂的位置傳給控制系統(tǒng)，來(lái)控制其角度，具體地，控制系統(tǒng)提前設(shè)定運(yùn)動(dòng)終止位置，第一角位移傳感器適時(shí)地將液壓機(jī)械臂的位置反饋給控制系統(tǒng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)終止位置時(shí)，控制系統(tǒng)控制液壓機(jī)械臂終止運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明采用機(jī)械限位、電子限位、角位移傳感器閉環(huán)反饋三層保險(xiǎn)，保證多自由度液壓機(jī)械臂腰部在回轉(zhuǎn)過(guò)程中的角度在可控范圍內(nèi)，提高了車(chē)間裝配的安全性。

進(jìn)一步的，如圖1所示，肩部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3可以包括擺動(dòng)缸本體17和擺動(dòng)缸組件11，其中：

擺動(dòng)缸本體17包括第二定子301和位于第二定子301內(nèi)部的第二轉(zhuǎn)子302，第二定子301的上端通過(guò)第二固定連接件303固設(shè)有電位器304，電位器304通過(guò)第二聯(lián)軸器305與第二轉(zhuǎn)子302連接，擺動(dòng)缸本體17的外壁上設(shè)置有平衡閥306；

擺動(dòng)缸組件11包括固設(shè)在第二轉(zhuǎn)子302上的框架板，如圖1所示，框架板可以為c形，框架板的側(cè)面設(shè)置有第一支撐耳板18，第一支撐耳板18通過(guò)第一固定軸12與大臂俯仰關(guān)節(jié)4連接。

本發(fā)明中，肩部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)采用此種結(jié)構(gòu)，不但增加了整個(gè)臂的活動(dòng)空間和扭矩，同時(shí)由于采用集成的擺動(dòng)缸，使整個(gè)肩部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的精度大大提高。

優(yōu)選的，如圖5所示，大臂俯仰關(guān)節(jié)4可以包括一對(duì)第一護(hù)板401，第一護(hù)板401之間設(shè)置有第一上固定板402和閥體固定板403，第一護(hù)板401的兩端分別設(shè)置有第一支撐座404和第二支撐座405，其中：

第一支撐座404的內(nèi)部固設(shè)有銅套406，第一支撐座404通過(guò)第一固定軸12與第一支撐耳板18鉸接；

第二支撐座405通過(guò)第二固定軸13與小臂俯仰關(guān)節(jié)5鉸接，第二支撐座405的外側(cè)固設(shè)有第一軸承法蘭103，第一軸承法蘭103的外側(cè)固設(shè)有擋板104，擋板104通過(guò)第一固定螺栓101固設(shè)在第一護(hù)板401上，限制第二固定軸13的軸向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可以使第二固定軸13磨損后進(jìn)行快速更換，第二支撐座405的內(nèi)側(cè)固設(shè)有用于限位的尼龍擋圈102，尼龍擋圈102可以防止小臂俯仰關(guān)節(jié)5和大臂俯仰關(guān)節(jié)4連接后左右晃動(dòng)；

框架板的側(cè)面還設(shè)置有第二支撐耳板19，第一護(hù)板401的中部設(shè)置有第三支撐座407，第一伺服油缸20的一端通過(guò)第三固定軸22與第二支撐耳板19鉸接，第一伺服油缸20的另一端通過(guò)第四固定軸21固定在第三支撐座407上。

本發(fā)明中，第一伺服油缸20采用此位置安裝，在滿(mǎn)足使用功能的前提下，第一伺服缸20在大臂俯仰關(guān)節(jié)4的內(nèi)部，最大程度的節(jié)省了空間。

進(jìn)一步的，如圖5和圖6所示，小臂俯仰關(guān)節(jié)5可以包括一對(duì)第二護(hù)板501，第二護(hù)板501之間設(shè)置有第二上固定板502和支撐軸503，其中：

第二護(hù)板501的一端設(shè)置有第五支撐座106，第五支撐座106通過(guò)第二固定軸13與第二支撐座405鉸接，第五支撐座106的內(nèi)側(cè)固設(shè)有第二軸承法蘭505，第二軸承法蘭505通過(guò)第二固定螺栓105固定在第二護(hù)板501上；

第一護(hù)板401的中部還設(shè)置有第四支撐座408，第二護(hù)板501上靠近第五支撐座106的下端設(shè)置有第六支撐座107，第二伺服油缸23的一端通過(guò)第六固定軸25固定在第四支撐座408上，第二伺服油缸23的另一端通過(guò)第五固定軸24固定在第六支撐座107上；

第二護(hù)板501的另一端固設(shè)有u形的連接塊504，連接塊504通過(guò)法蘭與腕部俯仰關(guān)節(jié)6連接。

本發(fā)明中，第二伺服油缸23采用此位置安裝，在滿(mǎn)足使用功能的前提下，使大臂和小臂之間有更大的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，增加了小臂俯仰關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍，另外，用軸承法蘭代替簡(jiǎn)單的連接軸，使各部件固定更加穩(wěn)定，防止安裝后晃動(dòng)，增加了關(guān)節(jié)連接處的精度和互換性。

本發(fā)明中，如圖7所示，腕部俯仰關(guān)節(jié)6可以包括固設(shè)在連接塊504上的第三定子601、位于第三定子601內(nèi)部的第三轉(zhuǎn)子602和位于第三定子601上的第三固定連接件603，第三定子601和第三轉(zhuǎn)子602可做相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第三轉(zhuǎn)子602的中部連接有用于檢測(cè)第三轉(zhuǎn)子602旋轉(zhuǎn)角度的第二角位移傳感器604，第三固定連接件603與第三定子601連接，腕部俯仰關(guān)節(jié)6通過(guò)第三定子601與腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)7連接。

進(jìn)一步的，如圖7所示，腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)7可以包括固設(shè)在第三定子601上的第四定子701、位于第四定子701內(nèi)部的第四轉(zhuǎn)子702和位于第四定子701上的第四固定連接件703，第四定子701與第四轉(zhuǎn)子702可做相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第四轉(zhuǎn)子702的中部連接有用于檢測(cè)第四轉(zhuǎn)子702旋轉(zhuǎn)角度的第三角位移傳感器704，第四固定連接件703與第四定子701連接，第四轉(zhuǎn)子702的上下兩端通過(guò)翼板15與腕部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8連接。

本發(fā)明中，腕部俯仰關(guān)節(jié)和腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)采用本體直接連接的方式，在保證整個(gè)機(jī)械臂剛性的情況下，可以有更大的活動(dòng)空間，提高了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的靈活性。

優(yōu)選的，如圖8所示，腕部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8可以包括液壓馬達(dá)801和液壓馬達(dá)固定件802，其中：

液壓馬達(dá)固定件802的一端與腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)7的第四轉(zhuǎn)子702固定連接，另一端設(shè)置有rv減速器803；

液壓馬達(dá)801位于液壓馬達(dá)固定件802內(nèi)部，液壓馬達(dá)801的末端經(jīng)rv減速器803連接有快速更換法蘭804。能夠保證法蘭磨損后可以快速更換。

進(jìn)一步的，如圖2所示，伺服閥組件9可以包括閥體27和伺服閥26，閥體27與閥體固定板403連接。

本發(fā)明中，腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2繞中心做正負(fù)120度旋轉(zhuǎn)，肩部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3繞中心做正負(fù)90度旋轉(zhuǎn)，腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)7繞中心做正負(fù)110度旋轉(zhuǎn)。這樣不但保證了機(jī)械臂有足夠大的工作空間，也能避免油管旋轉(zhuǎn)時(shí)的纏繞問(wèn)題。

本發(fā)明是針對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂活動(dòng)范圍小、功率密度低、難以滿(mǎn)足室外移動(dòng)作業(yè)、野外ip防護(hù)安全性難以保證等方面的缺點(diǎn)，提供的一種不但可用于車(chē)間作業(yè)也可滿(mǎn)足野外移動(dòng)作業(yè)的高功率密度、高靈活性、ip防護(hù)等級(jí)高的多自由度液壓機(jī)械臂，本發(fā)明的多自由度液壓機(jī)械臂能實(shí)現(xiàn)七個(gè)自由度姿態(tài)調(diào)整，定位準(zhǔn)確，抓取靈活；關(guān)節(jié)連接處采用軸承法蘭代替連接軸，保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)與精度；整體結(jié)構(gòu)采用關(guān)節(jié)式設(shè)計(jì)，整個(gè)機(jī)械臂小巧靈活，系統(tǒng)整體性能好；采用液壓驅(qū)動(dòng)和伺服閥控制，保證抓取準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)車(chē)間的重載裝配。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。