专利名称：机器人数控运动肢体关节的制作方法
技术领域：
机器人数控运动肢体关节属非工业专用机器人的运动肢体结构。
背景技术：
对精度要求不高的非工业用机器人运动结构均以控制电动机及齿轮传动结构或气缸等作为动力源，完成运动，该型式不适合如日常工作机器人，娱乐机器人、仿生机器人、玩具机器人及特殊用途机器人对速度、弹性力量、机械结构简单耐用的要求，以及不适应模胡罗辑控制。
发明内容
针对非工业机器人对速度、弹性力量、减少传动器件、寿命长的要求，本实用新型的目的是提供一种机器人数控运动肢体关节，该结构是兼具运动导向和承载动力两种功能，该结构是直接液体动力无传动结构，运动部件是液体润滑、寿命长，使用一个动力源，速度和力量控制简单、效率高、成本低，且具有外力缓冲、自身惯性缓冲、吸收振动的弹性动力，具有仿生动力特征，更适合模胡罗辑控制。本实用新型的技术方案是以运动肢体关节作为机器人运动动力输出及运动控制部位；以供给运动肢体关节连续的压力液体作为动能输送方式；以控制盘、传导盘等的相对角度变化控制运动肢体的运动速度、方向等变量；以检测运动肢体关节的角度、速度等信息(电信号)作为反馈电信号向系统反馈；通过以上技术方案实现机器人的运动肢体的运动及控制。为方便具体阐述技术方案，从以下六个方面阐述技术特征。(一)球体双力矩结构；(二)球体单力矩结构；(三)柱体双力矩结构；(四)柱体单力矩结构；(五)单关节组合成复合关节型式；(六)运动肢体关节的控制运动结构，动力输送结构，反馈运动状态结构。
(一)球体双力矩结构运动肢体关节，中心转子(1)、转子轴承(2)、内运动肢体(9)、转子(6)、压力腔(16)、内支持体(5)、外支持体(3)、隔绝体(7)、分隔体(63)、环形导通管(11)、导通口(64)、运动体(8)、变容腔(18、19)、导向腔(D1)、输送腔(17)、辅助功能体(53)、内传导盘(28)等结构构成关节主体结构；外支持体后部(25)构成关节内腔(26)。内支持体、外支持体、运动体、导向腔、输送腔、转子、辅助功能体具有球体结构；内支持体、运动体、辅助能体相互接触密封、交叉吻合，并且能够相对运动、旋转，形成输送腔、导向腔。中心转子、转子轴承具有柱体结构。内支持体后部(27)的柱体结构与外支持体后部(25)柱体结构相互吻合，内支持体可作旋转运动，内支持体后部与内传导盘通过连接结构(29)相互紧密接触，连接结构与内传导盘、外支持体后部相固定成一体结构，内支持体与外支持体之间形成的输送腔通过内支持体上若干导通口(64)与变容腔(18)相通，与导通管(23)相通，分隔体(63)与内支持体固定，分隔输送腔与运动体为两个相互隔绝的输送腔，分隔体与运动体接触，具有密封功能。压力腔与输液腔(20)相通，转子及转子的环形导通管槽(65)与内支持体内壁及环形导通管紧密接触吻合、密封。隔绝体、转子轴承、中心转子，内运动肢体(运动体与内支持体之间的运动肢体)、运动体构成密封容积“变容腔(19)”，变容腔通过环形导形导通管与导通管(22)相联通；内支持体、转子、隔绝体、中心转子、转子轴承、内运动肢体构成密封容积“变容腔(18)”，变容腔通过导通管(23)与控制盘(32)导通管相通。内支持体后部设置若干感应元件，位置与外支持体内面传感器(49)位置相对应。转子轴承对中心转子起导向、轴承作用，使中心转子、转子及运动肢体以横轴向(中心转子轴向)为中心运动，中心转子及轴子轴承具有柱体结构。运动体、内支持体、内运动肢体、中心转子、转子、转子轴承可以作纵轴向(内运动肢体的输液腔中心线)旋转运动。设置与辅助功能体(53)紧密接触、吻合，与外支持体后部(25)相固定的球体结构辅助功能体，该结构上设置感应元件槽结构(69)，在辅助功能体(53)上设置感应立柱结构(68)，设置按装结构(84)，辅助功能体(53)与外运动肢体(10)形成轴承关系，以外运动肢体为轴进行旋转运动。环形导通管中部设置密封材料使两部分环形导通管相互隔绝，并使输液腔通过中部密封材料。运动肢体中间、中心转子、内支持体后部传导盘(28、30)设置输液腔(20)结构，输液腔与压力腔(16)相通。内支持体后部与内传导盘、环形密合结构(K)相互吻合，密封，并能相对旋转运动，内传导盘的导通槽(71)与导通管(22)在相对旋转时保护联通。
(二)球体单力矩结构运动肢体关节，中心转子(1)、转子轴承(2)、内运动体(4)、外运动体(8)、支持体(3)、基座(12)、辅助功能体(52、53)、变容腔(19)、压力腔(16)、导向腔(D1、D2、D3)、输液腔(20)、内运动肢体(9)构成运动肢体关节的主体结构；支持体后部(25)构成关节内腔(26)。中心转子、转子轴承、内运动体、外运动体、支持体、辅助功能体、变容腔、导向腔具有球体结构；运动体(4、8)与支持体、辅助功能体(52)相互紧密接触、交叉吻合、密封，并能相对运动，形成导向腔；中心转子、内运动体、外运动体、内运动肢体(中心转子与外运动体之间部分)相固定，以中心转子为轴心(横轴向)运动；内运动体、外运动体、中心转子、转子轴承、内运动肢体以纵轴向(运动肢体的输液腔中心线)旋转运动。转子轴承后部柱体结构(56)与基座柱体结构(57)紧密接触吻合，转子轴承可作纵轴向旋转运动，其上设置若干感应元件(50)与基座上的传感器(45)位置的旋转角度相对应，转子轴承为球体结构，也可以由具有部分球体结构构成(图9a、b)，内运动体与转子轴承的轴承结构(h3)接触处的内运动体作轴结构与轴承结构(h3)对应、吻合，轴结构与内运动体成一体，具有部分球体结构的转子轴承侧壁(h5)的中心(中心转子横轴向旋转中心)作轴结构(62)与轴承结构(h3)吻合、对应；轴承结构和轴结构(62)具有内运动体横轴向运动的轴承作用和密封两个变容腔的作用；转子轴承斜面结构(h2)满足内运动肢体和内运动体运动范围的要求；具有部分球体结构的转子轴承增加衬垫结构(24)衬垫结构与转子轴承侧壁固定成一体，随之一同作旋转运动，衬垫结构紧密接触、密封基座球体结构(58)并为内运动体位于衬垫结构处的柱体结构(59)提供接触、密封平面(或凹面)。内运动体中部结构与内运动肢体固定，分隔两变容腔为密封的两个容积，内运动体后球体结构(61)与支持体紧密接触、密封；内运动体柱体结构(60)在内运动体轴向运动时与基座平面结构紧密接触、密封，柱体结构(59)与衬垫结构(24)平面(或凹面)紧密接触、密封。中心转子、运动肢体中间、转子轴承、基座设置输液腔(20)结构，输液腔与压力腔相通，中心转子球体结构(及侧面)与转子轴承球体内表面紧密接触吻合、密封，形成密闭容积“压力腔”，中心转子及转子轴承可以是柱体结构，转子轴承对中心转子起导向、轴承作用。基座设置凸肩结构(13)用于固定控制电动机轴，设置导通管(21)与变容腔相能，球体结构(58)与转子轴承球体结构相吻合。辅助功能体(52)与支持体相固定，其上设置感应立柱结构(68)，辅助功能体(53)设置感应元件槽结构(69)、设置安装结构(84)。辅助功能体(53)与运动肢体构成轴承关系，以外运动肢体为轴进行旋转运动。
(三)柱体双力矩结构运动肢体关节，其特征是中心转子(1)、转子轴承(2)、内支持体(5)、内运肢体(9)、环形导通管(11)、转子(6)、隔绝体(7)、侧体结构(51)、导通口、运动体(8)、外支持体(3)、输液腔(20)、变容腔(18、19)、压力腔(16)、输送腔(17)、导向腔(D1)、内传导盘(28)、辅助功能体(53)等构成关节主体结构；外支持体后部结构(25)构成关节内腔(26)。中心转子、转子、转子轴承、内支持体、运动体、外支持体、辅助功能体具有柱体结构；内运动体、内支持体、外支持体相互紧密接触、密封、交叉吻合；转子与内支持体内壁、环形导通管紧密接触、密封。内支持体后部(27)与内传导盘(28)成一体结构，并与外支持体后部结构(25)相固定、密封成一体。内支持体上设置若干导通口，使输送腔与变容腔(18)相通；内支持体、外支持体与侧体结构相固定成一体结构。运动肢体、中心转子、转子、内支持体后部设置输液腔(20)结构，输液腔与压力腔相能，运动体、内运动肢体、辅助功能体与侧体结构紧密接触、密封。环形导通管中部设置密封材料，并使输液腔通过中部密封材料，环形导通管与内支持体相固定。
(四)柱体单力矩结构运动肢体关节，其特征是中心转子(1)、转子轴承(2)、支持体(3)、运动体(8)、内运动肢体(9)、基座(12)、变容腔(19)、压力腔(16)、导向腔(D1、D2)、输液腔(20)、侧体结构(51)、辅助功能体(52、53)等构成关节主体结构；支持体后部结构(25、27)构成关节内腔。中心转子、转子轴承、支持体、运动体、辅助功能体、导向腔具有柱体结构；支持体、运动体、辅助功能体相互紧密接触、密封、义叉吻合，侧体结构与支持体、转子轴承固定成一体，与内运动肢体、运动体、辅助功能体紧密接触、密封，并能相对运动。转子轴承对中心转子具有导向、轴承作用。基座与转子轴承后部固定，转子轴承、基座、支持体可制成一体结构(图21)。基座设置凸肩结构(13)，导通管结构(21)。运动肢体、中心转子、基座设置输液腔结构(20)，中心转子与转子轴承紧密接触、密封、吻合形成密闭容积“压力腔(16)”。单关节的外支持体、支持体、侧体结构与运动肢体(10)是关节相对发生运动的两部分，可以以不同形式与其它结构连接固定。
(五)单关节组合成复合关节的形式，其特征是球体单力矩结构、球体双力矩结构、柱体单力矩结构、柱体双力矩结构的关节可以相互合成一个复合关节型式；两个单关节的关节内腔对接共用一个关节内腔构成一个关节内腔结构，共用一个控制电动机。球体结构的关节运动方向、范围是三维空间，柱体结构的关节运动方向、范围是二维平面。两控制盘的一对联接动力管路的导通管相对应、联通；一对联接回路的导通管相对应、联通；与输液腔联接的导通管相对应、联通；联通管路使用固定联接方式。两控制盘通过连接结构(L2、41)与控制电动机(m1)连接固定。
(六)运动肢体关节的控制结构、动力输送结构、运动状态反馈结构。球体双力矩结构、柱体双力矩结构的控制结构，其特征是内传导盘的输液腔(20)、导通管(22)与传导盘的输液腔、导通管(22)相对应吻合、密封，并相互固定，其间使用密封材料(31)密封；输液腔、导通管(22)在传导盘内通过垂直转向管道(81)，转换输出位置，同时使导通管合并，使传导盘端面(与控制盘接触面)具有一对对应导通槽(71)结构和变位输液腔(80)结构，同时设置环形密合结构(k)，控制盘导通槽(46、47)与导通管(23、86)联通，平衡线(83)位于导通槽之间，控制盘、传导盘环形密合结构相互吻合、密封；传导盘导通槽位于平衡线处，则不与控制盘导通槽相通，控制盘以平衡线为基准顺时针或逆时针旋转，使控制盘导通槽(46或47)与传导盘导通槽相互接通，相互接通的通过口径与旋转角度成正比(即使液体的通过量、速度与角度成正比)；控制盘的输液腔(80)相联通的导通槽(71)与传导盘输液腔(80)保持相互联通关系。控制盘的两对导通管(46、47)、一对接动力管路、一对接回路、接输液腔(80)、控制盘导通槽(71)的导通管接动力管路，该输液腔的压力液体是动力输送管路。
球体单力矩结构、柱体单力矩结构的控制结构，其特征是传导盘(30)导通管与基座导通管相接，传导盘输液腔(44)与基座输液腔相对应，联通；传导盘与支持体(25)相固定，其间设置密封材料(31)，传导盘环形密合结构与控制盘密合结构(k)相吻合、密封。传导盘端面(与控制盘接触面)具有一对对应导通槽结构(45)，并与导通管(34)联通。控制盘导通槽(46、47)与导通管联通，平衡线(83)位于导通槽(46、47)之间，传导盘导通槽位于平衡线处，则传导盘导通槽不与控制盘导通槽相联通，控制盘以平衡线为基准顺时针或逆时针旋转，使控制盘导通槽与传导盘导通槽相联通，相互接通的通过口径与旋转转角度或正比，控制盘输液腔与导通槽(48)联通，并保持与控制盘输液腔(44)的联通关系。复合关节中两控制盘(与控制电机固定)旋转的角度值相同，两控制盘的导通槽与各自的传导盘的导通槽相联通的口径(通过液体的量、速度)相同、一致。控制电动机(m1、m2)旋转角度、角速度与运动肢体运动空间状态(位置、速度等)具有对应关系，并由反馈结构产生运动状态反馈电信号给系统。
复合关节的动力输送结构，其特征是压力液体由动力管路进入运动肢体的输液腔(66)通过传导盘、控制盘进入关节内腔的管路(66)，动力管路分为两路，一路进入另一控制盘、传导盘的输液腔以及运动肢体输液腔，输送压力液体致另一个关节，通过运动肢体的输液腔(66)，输液腔的功能是向关节及下一个关节输送压力液体(动力液体)。另一路(42)与两个控制盘的导通管联接(接通与动力管路相联接的导通管)为控制盘(及变容腔)提供压力液体。两控制盘的一对联接回路的导通管回路(67)联通。双力矩结构的控制盘结构与单力矩结构的控制盘结构相同。
单关节的动力输送结构，其特征是压力液体由动力管路(或上一关节运动肢体的输液腔)进入关节内腔(66)后分为两路，一路进入控制盘(与输液腔联通)的导通管，进入运动肢体的输液腔(66)向下一个关节输送压力液体(动力液体)，另一路向控制盘(与动力管路联通)的一对导通管提供压力液体，控制盘的另一对导通管路与回路(54)联通。
动力液体(压力液体)由控制盘控制进入变容腔，对内运动肢体作功，改变变容腔的容积，容积减小的变容腔的液体由传导盘、控制盘进入回路，完成运动肢体的动力输出。
运动肢体关节动力输送循环机构(图40)，运动肢体关节的压力液体由液压机(m)提供，经过动力管路上的平衡罐(86)、过滤器(95)、单向阀(91)、压力传感器(89)向关节[或复合关节或连续两个以上关节(90)]输动能(压力)，关节变容腔出来的压力液体经过回路的恒压罐(87)、压力传感器、蓄液罐。压力平衡罐保持回路中的液体有一较恒定的低压。动力液体由动力管路经输液腔、关节变容腔至回路完成循环流动。内运动肢体受到压力液体作用力大小及运动速度与压力液体压力大小、控制盘与传导盘导通槽联通口径大小，口径大小变化速度成比例关系，系统可依据该比例预先设定控制运动肢体运动状态参数。
运动状态的反馈结构，关节内检测结构，其特征是球体结构关节在转子轴承后部(56)和内支持体后部(27)的感应元件与传感器位置相对应，当转子轴承和内支持体旋转时，其上的感应元件顺序感应传感器，传感器产生反馈电信号，传感器位置与旋转角度对应，辅助功能体感应立柱内的感应元件顺序感应传感元件，传感器产生反馈电信号，传感器的位置与辅助功能体(运动肢体)运动角度对应；依据对应位置系统可得到运动角度值。控制电动机(m2)内有旋转角度测量器(如编码器等)产生反馈电信号，控制电动机(m1)内有旋转角度测量器，反馈控制盘旋转角度值，控制电动机(m1、m2)均是轴固定形式。关节外检测结构，其特征是运动肢体及辅助功能(53)与辅助功能体(52)或支持结构后部(25)产生相对运动。相对运动的两部分结构分别安装测量器或检测元件的检测信号输出部分(部件、元件)和信号接受，检测反馈部分(部件、元件)。
该发明的有益效果运动肢体关节即具有导向作用又具有动力输出功能，传动为液体传动、无齿轮等传动结构，具有液体传动的优点；动力由中央一处(液压泵)集中供给，动力源稳定团结；如此使动力传动及输出达到最简捷、最有效，控制电动机是控制功能，不参与动力输出，使对运动肢体的控制转变成对控制电动机旋转角度、角速度的控制。并与该运动肢体的窨运动状态一一对应。该型式控制方式有利于数控。关节的动力液体为高压液体，均由运动肢体内部的输液腔输送，安全无危险，回路即使被破坏也不会立刻影响动力传输。循环液体流动量较小，使液压泵具有小功率的特点。该运动关节符合以直角坐标系计算空位置的程序，也符合以角度为主要计算方式的极坐标系空间位置计算程序(软件)。
图1是柱体单力矩结构关节的纵轴向(沿运动肢体输液腔中心)剖视图，是两个柱体单力矩结构组合成复合关节型式。控制电动机(m1)轴与基座(12)的凸角(13)固定，关节内腔(26)设置开口(k2)用于进入动力管路、回路、电动机线等，中心转子(1)与内运动肢体(9)是一体结构，与转子轴承(2)吻合构成压力腔(16)；支持体(3)、运动体(8)、辅助功能体(53、52)、转子轴承等具有柱体结构，运动肢体可做固定结构(98)。该图不包括控制结构。导向腔(D1)的孔道(k1)与回路(54)联通，使D1腔内的液体进入回路。
图2是柱体单力矩结构关节的纵轴向剖视图，剖视角度与图1成垂直角度，侧体结构(51)与支柱体、转子轴承固定、密封。
图3是关节内腔的一种结构形式、结构(27)可分为两部分，有利于安装控制结构，L1是关节腔外膜套具有防尘、保护作用。
图4是球体单力矩结构关节的纵轴向(沿运动肢体输液腔中心线)剖视图，是两个球体单力矩结构关节组合成复合关节，内运动体(4)、支持体(3)、外运动体(8)、转子轴承(2)、中心转子(1)、辅助功能体(52、53)具有球体结构，相互交叉吻合，位于中心转子与外运动体之间的运动肢体(9)是内运动肢体，以外部分是外运动肢体(10)。在支持体与外运动体接触面(在支持体或外运动体上)作凹槽结构，使渗入导向腔(D1)的液体在容积变小时由凹槽向导向腔(D2)流动，经孔道(K1)入回路。
图5是球体单力矩结构关节的纵轴向部视图，部视角度与图4垂直角度。内运动体(4)与内运动肢体(9)、中心转子固定成一体，分变容腔为两个相互隔绝的容积。中心转子是具有部分球体结构型式。
图6是球体双力矩结构和柱体双力矩结构关节的纵轴向剖视图，柱体结构关节的内支持体后部(27)与内传导盘(28)是一体结构。传导盘(30)、控制盘(32)是控制结构。环形导通管(11)与内支持体(5)内壁固定成一体结构。高弹性材料(96)具有使控制盘压紧传导盘，使之紧密接触的功能，滚珠体(97)使控制盘与压紧结构保持滚动磨擦关系。连接固定结构(L2)连接固定控制电动机及被控制部件。内支持体、外支持体(3)、运动体(8)、辅助功能体(53)交叉吻合、密封，变容腔(18、19)分别与导通管(22、23)联通，辅助功能体(53)上设置感应立柱和安装结构。图D-D是球体双力矩结构关节的剖视图。
图7是球体双力矩结构关节的内传导盘结构图，f-f部视部位与图6剖视图一致，“k”是环形密合结构，使相对运动的两部分保持接触、吻合、密封，导通槽(71)保持相对运动时导通管(22)处于联通状态。
图8是球体单力矩结构的转子轴承结构视图，“a”具有球体结构；“b”具有部分球体结构的转子轴承。h4是与中心转子吻合、封密形成压力腔的容积，转子轴承后部柱体结构(56)设置感应元件(50)，在与基座接触处(输液腔20周围)及基座设置相互吻合的环形密合结构。
图9是球体单力矩结构关节内运动体(4)与具有部分球体结构的转子轴承的结构关系图。内运动体后球体结构(61)与支持体(3)吻合、密封，柱体结构(60)与基座(12)接触、密封，柱体结构符合内运动体在以横轴向(中心转子轴向)运动时柱体柱面与基座保持接触密封；衬垫结构(24)与转子轴承侧壁(h5)固定，为柱体结构(59)提供密封平面(或凹柱面)，柱体结构(59、60)相互衔接，为一体结构。
图10是单力矩结构关节的控制盘(与传导盘接触面)结构图。电动机(m1)固定结构(41)，导通槽46(或47)的导通管接动力管路(或接输液腔联通的动力管路)，导通槽47(或46)的导通管(38)接回路，导通槽(48)的导通管接动力管路(或接输液腔联通的动力管路)，平衡线(83)是控制盘顺时针旋转或逆时针旋转使动力管路联通的导通槽(46或47)与导通槽(45)联通，或使回路联通的导通槽(47或46)与导通槽(45)联通的中间位置，导通槽(45)位于该位置是控制盘导通槽不与导通槽(45)联通。
图11“a”是单力短结构关节的传导盘与控制盘接触面结构图，剖视附号标明相互剖视部位及视图方向。“b”是传导盘输液腔(44)与基座输液腔(20)相对应结构图，虚线表示两输液腔对应及联接管路位置。传导盘与支持体(25)相固定与基座之间以密封材料(31)密封。导通管(34、21)相联通、导通槽(45)与导通管(21)联通，传感器(49)与感应元件相对应。
图12是控制盘反面结构图，剖视图M-M是控制盘与传导盘(30)对接吻合、结构图。导通管(38)与导通槽联通，连接结构(40)压紧控制盘，与支持体(25)、基座固定。(36)是传导盘导通管结构。
图13是球体结构关节辅助功能体的感应立柱结构(68)、传感元件槽(69)结构、安装结构(84)，感应立柱内设置感应元件(如光电二极管、对应光电池等传感器)。
图14是图13的剖视图N-N，是感应立柱结构、传感元件槽结构、安装结构说明图。L3是防尘弹性体与辅助功能体(53)固定，68是感应元件，70是传感器，55是中心转子球体结构的球面结构。
图15是安装结构部位的一种制动结构，与图16互为剖视图。齿条(73)与辅助功能向(53)相固定，齿轮(74)上的齿牙与齿条齿牙相齿啮合，线圈76可产生方向相反的电磁场推动齿轮(74)与齿条啮合或分离，齿轮(74)与齿轮(75)啮合，齿轮(75)与运动肢体(10)固定齿轮(74)与齿条啮合，辅助功能体不能进行轴向旋转，齿轮与齿条分离，辅助功能体可以由控制电动机(m2)驱动旋转。档片(77)限定齿轮(74)的行程，档片与齿轮(75)固定，档片上可设置咸应元件(78)或行程开关等。齿档片随齿轮(75)旋转至一定角度后与传感器(与电机固定)或限行程结构的位置相对应。使其旋转不能够超越该角度值。
图16是图15上的f-f剖视图图17是档片(77)的感应元件(78)，是有校对电动机位置的功能。感应元件与电动机放置某一角度上的传感器位置对应，感应元件与传感器对应时是电动机的零位置。
图18是球体单力矩结构关节的基座内表面(与转子轴承接触面)结构图。12是平面结构，58是球面(球体)结构，57是基座柱体结构与转子轴承柱体结构(56)相对应吻合。
图19是柱体单力矩结构关节的基座内表面结构图。剖视位置f-f与图1视图角度一致。
图20是柱体单力矩结构关节的转子轴承结构图。
图21是柱体单力矩结构关节转子轴承与支柱体为一体的结构，是纵轴向剖视图。
图22是柱体单力矩结构关节辅助功能体正视图。L3是防尘弹性结构，68是感应立柱，69是传感器元件槽，51是侧体结构，视图位置是图1的B-B。
图23是图1的A-A剖视图。支柱体(3)辅助功能体(52)，转子轴承与侧体结构(51)的固定可以是嵌合固定。
图24是球体矩结构关节的内支持体结构顶视图。f-f视图位置与图1-致，导通口(64)与变容腔(18)相通，分隔体前端(L)与运动体接触，密封，分隔体是球体结构与外支柱体(3)紧密接触、吻合、密封，感应元件(50)嵌入柱体内。
图25是球体双力矩结构关节的内支持体结构后视图。剖视部位f-f的组图与图6一致，g1是外支柱体与内支持体接触部分，该部分是球体(球面结构)。
图26是球体双力矩结构关节的转子、中心转子(1)运动肢体后视图。中心转子、转子(6)、运动肢体为一体结构，环形导通管槽(65)与环形导通管(11)相吻合、密封；内运动肢体(9)与内支持体内壁紧密接触吻合、密封(g3所示为内支持体内壁)；中心转子与内支持体前部与运动体(8)内壁紧密接触吻合、密封(g2所示为运动体内壁)。
图27是球体双力矩结构关节的转子、中心转子、运动肢体的顶视图。
图28是连接结构(29)的视图，剖视符号的视图与图6视图一致。
图29是球体双力矩结构关节内支持的视图，视图位置是图6的E-E。环形导通管(11)在隔绝体(7)上开口。
图30是球体双力矩结构关节内支持体的前视图，f-f视图位置与图6视图一致。
图31是双力矩结构关节传导盘的正面(与控制盘接触面)结构图。孔道(72)是螺钉固定内传导盘的位置，螺孔(85)是传导盘与外支柱体(25)固定部位。“K”是环形密合结构，71是导通槽，输液腔(80)周边还可设置一道环形密合结构。
图32是双力矩结构关节传导盘的反面结构图。f-f视图位置与图6视图一致。图F-F、图G-G是双力矩结构关节传导盘剖视图。部视位置是图6的F-F、G-G，F-F是输液腔(20)通过垂直转向管道(81)转位置致80。G-G是导通管(22)通过垂直转向管道(81)与导通管(23)合并、联通的结构图。封口材料(79)密封管口。
图33是双力矩结构关节的控制盘正面(与传导盘接触面)结构图。该控制盘的结构与单力矩结构关节的控制盘结构相同。控制盘以平衡线(83)为基准顺时针施转，和动力管路联通的导通槽(46或47)与传导盘导通槽(71)联通；以平衡线为基准逆时针旋转，和回路联通的导通槽(47或46)与传导盘导通槽(71)联通；以平衡线为基准旋转角度大，导通槽(46或47)与传导盘导通槽(71)接通的口径大；传导盘导通槽(71)位于平衡线位置时，控制盘导通槽不与传导盘导通槽(71)联通。导通管(23或82)接动力管路，导通管(82或23)接回路，控制盘导通槽(71)与输液腔(80)联通，并保持与传导盘输液腔(80)联通。
图34是柱体双力矩结构关节的内支持体视图，视图位置是图6的E-E。
图35是柱体双力矩结构关节的内支柱体的三视图，该结构与侧体结构(51)紧密接触、密封。
图36是柱体双力矩结构关节的剖视图，剖视位置是图6的D-D。
图37是单关节动力输送结构示意图，动力管路(或上一关节的输液腔)进入关节内腔分为两路(66)，虚线所示是关节部分。43代表控制盘传导盘、变容腔等。35是单向阀，使由K1(导向腔)孔道出来的液体单向流动，回路(67、54)与控制盘的一对导通管联通。
图38是球体单力矩结构关节的内运动体的一种结构。该结构内运动体(4)与转子轴承盘球体结构及支柱体(3)的球面紧密接触、密封、吻合，内运动体在与转子轴承球面接触一面作凹槽结构(33)，通过凹槽结构使变容腔(19)与导通管(21)联通。
图39是恒压罐的一种结构图。活塞(88)由弹簧、保持一定的压力，液体按箭头所示方向流动，当流动液体小于恒定压力时活塞切断缸体(87)的输出管路，保持恒定的压力不变。
图40是运动肢体关节动力输送循环机构示意图。液压泵(m)产生压力液体(动力液体)通过经过动力管路上的平衡罐(86)，过液器(95)单向阀(91)，压力传感器(89)，过压卸压阀(92)，到达关节内腔，压力液体对内运动肢体作功，使运动肢体运动。90代表运动肢体关节(可以是单关节、复合关节、两个或两个以上的关节)。对关节运动肢体作功，由关节导通管输出的液体经回路(93)，通过恒压罐(87)压力传感器(89)，进入蓄液箱，蓄液箱向液压泵提供液压，如此构成循环输送动力液体机构。卸压阀是防止运动肢体受到反作用力(或阻力)过大，使作功液体压力达到一定值时，排除过压部分的液体入蓄液箱(94)。平衡罐是一个小容量的蓄能罐，吸收液压泵的脉动，同时向动力管路提供恒定的高压液体。动力管路、回路、恒压罐的压力传感器(89)产生的压力电信号是反馈电信号，向系统反馈压力值。液压泵的压力控制是通过驱动电动机控制。
图41是复合关节动力输送结构示意图。压力液体由动力管路(或运动肢体输液腔)向关节输送，箭头表示传输方向，压力液体由运动肢体输液腔经过传导盘，控制盘进入关节内腔，分为两路，一路进入另一个控制盘、传导盘、运动肢体输液控向下一个关节传道压力液体(66)；另一路与控制盘导通管(与动力管路相联通的导通管)联接(42)向控制盘提供压力液体。由变容腔输出的液体通过传导盘、控制盘进入回路(54)，单向阀(35)使由孔道(K1)出来的液体单方向流动。
图42是球体单力矩结构关节的内运动体主视图和后视图。后球体结构(61)与前部半径相同，柱体结构(60)的柱面半径上以中心转子旋转运动的中心线的中心(横轴向轴心)为半径中心。F-f视图方向与图4视图一致。
图43是球体双力矩结构关节的环形导通管截面结构。环形导通管与内支柱体内表面固定。
图44是球体双力矩结构关节的分隔体的一种“工”字形截面结构。
图45“a、b”是是球体双力矩结构关节的分隔体前端(L)与运动体接触两种形式说明图。分隔体前端相对运动体是旋转运动形式，前端柱体结构的半径以中心转子旋转运动的中心线为半径中心。
具体实施方式
单关节向控制盘输送压力液体的动力管路，使用一个控制盘和传导盘结构或软管形式输送压力液体以适应控制盘的旋转运动。使用控制盘和传导盘结构形式，动力管路及回路结构形式，动力管路及回路与传导盘的两个导通管相联通固定，传导盘的输液腔与动力管路相联通。
传导盘与关节内腔相固定，控制盘与传导盘吻合，联接固定，联接固定方式与变容腔联通的传导盘和控制盘联接固定方式一样，一对控制盘上的对应管路相互联通；该结构形式与复合关节类同。环形密合结构的功能是保证相对旋转运动时的密封、吻合，该结构可依据导通槽、导通管的位置设计。导通槽的深度以控制盘、传导盘吻合对应后，液体能顺利流动。关节的制作材料，基座、内支柱体、转子轴承等可使用陶瓷材料及新型复合材料。球体结构关节的球体结构可采用两部分半球体相合，使用现代焊按工艺焊接，打磨等表面工艺，由里向外渐层测试组装。
关节内检测结构，位于转子轴承的感应元件的排列、组合，位于基座、外支柱体的传感器元件的排列、组合，依据一定规律、顺序排列、组合，使感应元件相对于传感器旋转运动角度时，不同的运动角度，感应元件与传感器有不同的对应位置、数量，不同位置、数量的传感器产生反馈电信号，该反馈电信号是相对旋转运动角度数值。感应元件可以是发磁体、或具有较大(或较小)电阻值的导体等。传感器可以是对应的磁敏传感器或电极(与感应元件电阻接触时电极导通，由于感应元件电阻的变化影响了电流的变化，通过测定电流的变化系统可得到感应元件与电极相互处于对应、接触的位置)对电阻敏感的传感器等。传感器的位置固定，感应元件(旋转)与传感器构成一系列不同的排列组合，形成不同序列的传感信号构成一系列的编码，其排列组合原理与编码器的一对码盘在光源照射下由码盘的旋转产生不同光线序列信号的原理相同。系统依据被感应的传感器的电信号可计算出转子轴承(运动肢体)或内支持体(运动肢体)的旋转角度。控制盘通过导通槽接通传导盘后压力液体通过导通管进入变容腔，单力矩结构关节，一个变容腔进入压力液体后，在压力液体体的作用下体积变大，并使另一个变容腔容积变小，形成以中心、转子为轴心的力矩，推动内运动肢体(内运动体)运动；双力矩结构关节、两个变容腔进入压力液体后在压力液体的作用下体积变大，并使另两个变容腔容积变小，形成以中心转子为轴心的两个力矩，推动内运动肢体(及运动体)运动；容积变小的变容腔通过传导盘、控制盘的导通管向外输出。球体双力矩结构关节的辅助功能体应再增加一个球体结构的辅助功能体(图6中未表示)。
权利要求1.一种机器人数控运动肢体关节，由具有导向结构和液压动力结构构成，其特征是由中心转子、转子、转子轴承、内运动体、外运动体、内支持体、外支持体、内运动肢体、运动体、支持体、基座、环形导通管、侧体结构、辅助功能体、传导盘、内传导盘、内传导盘、控制盘、分隔体、隔绝体、压力腔、变容腔、导向腔、导通管、导通槽、导通口、输送腔、输液腔、关节内腔结构构成运动肢体关节，包括球体双力矩结构、球体单力矩结构、柱体双力矩结构、柱体单力矩结构；球体双力矩结构的内支持体、内支持体、外支持体、运动体、导向腔、输送腔、转子、辅助功能体具有球体结构，内支持体、运动体、辅助能体相互接触密封、交叉吻合，中心转子、转子轴承具有柱体结构，内支持体后部(27)的柱体结构与外支持体后部(25)柱体结构相互吻合，内支持体后部与内传导盘通过连接结构(29)相互紧密接触，连接结构与内传导盘、外支持体后部相固定成一体结构，内支持体与外支持体之间形成的输送腔通过内支持体上若干导通口(64)与变容腔(18)相通，与导通管(23)相通，分隔体(63)与内支持体固定，分隔输送腔与运动体为两个相互隔绝的输送腔，分隔体与运动体接触，具有密封结构，压力腔与输液腔(20)相通，转子及转子的环形导通管槽(65)与内支持体内壁及环形导通管紧密接触吻合、密封，隔绝体、转子轴承、中心转子，内运动肢体、运动体构成密封容积“变容腔(19)”，变容腔通过环形导形导通管与导通管(22)相联通；内支持体、转子、隔绝体、中心转子、转子轴承、内运动肢体构成密封容积“变容腔(18)”，变容腔通过导通管(23)与控制盘(32)导通管相通，内支持体后部设置若干感应元件，位置与外支持体内面传感器(49)位置相对应，转子轴承对中心转子起导向、轴承作用，中心转子及轴子轴承具有柱体结构，设置与辅助功能体(53)紧密接触、吻合，与外支持体后部(25)相固定的球体结构辅助功能体，该结构上设置感应元件槽结构(69)，在辅助功能体(53)上设置感应立柱结构(68)，设置按装结构(84)，辅助功能体(53)与外运动肢体(10)形成轴承关系，以外运动肢体为轴构成旋转运动结构，环形导通管中部设置密封材料使两部分环形导通管相互隔绝，并使输液腔通过中部密封材料，运动肢体中间、中心转子、内支持体后部传导盘设置输液腔(20)结构，输液腔与压力腔(16)相通，内支持体后部与内传导盘、环形密合结构(K)相互吻合，密封，球体单力矩结构的中心转子、转子轴承、中心转子、转子轴承、内运动体、外运动体、支持体、辅助功能体、变容腔、导向腔具有球体结构；运动体与支持体、辅助功能体(52)相互紧密接触、交叉吻合、密封，并能相对运动，形成导向腔；中心转子、内运动体、外运动体、内运动肢体相固定，以中心转子为轴心(横轴向)运动；内运动体、外运动体、中心转子、转子轴承、内运动肢体以纵轴向旋转运动，转子轴承后部柱体结构(56)与基座柱体结构(57)紧密接触吻合，转子轴承可作纵轴向旋转运动，其上设置若干感应元件(50)与基座上的传感器(45)位置的旋转角度相对应，转子轴承为球体结构，也可以由具有部分球体结构构成，内运动体与转子轴承的轴承结构(h3)接触处的内运动体作轴结构与轴承结构对应、吻合，轴结构与内运动体成一体，具有部分球体结构的转子轴承侧壁(h5)的中心作轴结构(62)与轴承结构吻合、对应；轴承结构和轴结构(62)构成内运动体横轴向运动的轴承结构和密封两个变容腔的结构；转子轴承斜面结构(h2)满足内运动肢体和内运动体运动范围；具有部分球体结构的转子轴承增加衬垫结构(24)衬垫结构与转子轴承侧壁固定成一体，随之一同作旋转运动，衬垫结构紧密接触、密封基座球体结构(58)并为内运动体位于衬垫结构处的柱体结构(59)提供接触、密封平面，内运动体中部结构与内运动肢体固定，分隔两变容腔为密封的两个容积，内运动体后球体结构(61)与支持体紧密接触、密封；内运动体柱体结构在内运动体轴向运动时与基座平面结构紧密接触、密封，柱体结构(59)与衬垫结构(24)平面紧密接触、密封。中心转子、运动肢体中间、转子轴承、基座设置输液腔(20)结构，输液腔与压力腔相通，中心转子球体结构与转子轴承球体内表面紧密接触吻合、密封，形成密闭容积“压力腔”；柱体双力矩结构的中心转子、转子、中心转子、转子、转子轴承、内支持体、运动体、外支持体、辅助功能体具有柱体结构；内运动体、内支持体、外支持体相互紧密接触、密封、交叉吻合；转子与内支持体内壁、环形导通管紧密接触、密封。内支持体后部(27)与内传导盘(28)成一体结构，并与外支持体后部结构(25)相固定、密封成一体，内支持体上设置若干导通口，使输送腔与变容腔(18)相通；内支持体、外支持体与侧体结构相固定成一体结构；运动肢体、中心转子、转子、内支持体后部设置输液腔(20)结构，输液腔与压力腔相通，运动体、内运动肢体、辅助功能体与侧体结构紧密接触、密封。环形导通管中部设置密封材料，并使输液腔通过中部密封材料，环形导通管与内支持体相固定，柱体单力矩结构的中心转子、转子轴承中心转子、转子轴承、支持体、运动体、辅助功能体、导向腔具有柱体结构；支持体、运动体、辅助功能体相互紧密接触、密封、义叉吻合，侧体结构与支持体、转子轴承固定成一体，与内运动肢体、运动体、辅助功能体紧密接触、密封，转子轴承与中心转子具有导向、轴承结构。基座与转子轴承后部固定，转子轴承、基座、支持体可制成一体结构，基座设置凸肩结构(13)，导通管结构(21)，运动肢体、中心转子、基座设置输液腔结构(20)，中心转子与转子轴承紧密接触、密封、吻合构成密闭容积“压力腔”。
2.如权利要求1所述的机器人数控运动肢体关节，其特征是球体双力矩结构、球体单力矩结构、柱体双力矩结构、柱体单力矩结构的运动肢体关节相互组合构成复合关节结构。
3.如权利要求1所述的机器人数控运动肢体关节，其特征是球体双力矩结构和柱体双力矩结构的内传导盘的输液腔、导通管(22)相对应吻合、密封，并相互固定，其间使用密封材料(31)密封；输液腔、导通管在传导盘内通过垂直转向管道(81)，转换输出位置，同时使导通管合并，使传导盘端面具有一对对应导通槽(71)结构和变位输液腔(80)结构，同时设置环形密合结构(k)，控制盘导通槽与导通管联通，平衡线(83)位于导通槽之间，控制盘、传导盘环形密合结构相互吻合、密封结构；传导盘导通槽位于平衡线处，则不与控制盘导通槽相通，控制盘以平衡线为基准顺时针或逆时针旋转，使控制盘导通槽与传导盘导通槽相互联通，相互联通的通过口径与旋转角度成正比，控制盘的输液腔(80)相联通的导通槽(71)与传导盘输液腔(80)保持相互联通关系，控制盘的两对导通管、一对接动力管路、一对接回路、接输液腔(80)、控制盘导通槽(71)的导通管接动力管路，该输液腔的压力液体是动力输送管路，球体单力矩结构和柱体单力矩结构的传导盘(30)导通管与基座导通管相接，传导盘输液腔(44)与基座输液腔相对应，联通；传导盘与支持体(25)相固定，其间设置密封材料(31)，传导盘环形密合结构与控制盘密合结构(k)相吻合、密封，传导盘端面具有一对对应导通槽结构(45)，并与导通管(34)联通，控制盘导通槽与导通管联通，平衡线(83)位于导通槽之间，传导盘导通槽位于平衡线处，传导盘导通槽不与控制盘导通槽相联通，控制盘以平衡线为基准顺时针或逆时针旋转，控制盘导通槽与传导盘导通槽相联通，控制盘输液腔与导通槽(48)联通，并保持与控制盘输液腔的联通，球体关节在转子转子轴承后部(56)和内支持体后部(27)的感应元件与传感器位置相对应，传感器产生反馈电信号，辅助功能体感应立柱内的感应元件顺序感应传感元件，传感器产生反馈电信号，控制电动机(m2)内有旋转角度测量器产生反馈电信号，控制电动机(m1)内有旋转角度测量器，反馈控制盘旋转角度值，控制电动机均是轴固定形式，运动肢体及辅助功能(53)与辅助功能体(52)或支持结构后部(25)产生相对运动，相对运动的两部分结构分别安装测量器或检测元件的。
专利摘要机器人数控运动肢体关节属机器人自动化范畴，用于非“工业机器人”，本技术是针对精度要求不高的日常工作机器人、娱乐机器人、仿生机器人、玩具机器人，该类机器人的电动机及传动齿轮结构不适应机器人对速度、弹性力量的要求。本结构即具有运动导向功能，又是动力输出(产生)结构，以机械结构承载压力液体的作功，结构简单，其中电动机只具有控制液体动力及方向的功能，不参与力量的输出，使运动结构控制简单方便。本技术是直接液体动力无传动结构，运动部位是液体润滑，寿命长，一个动源即可，速度和力量控制简单、效率高、成本低，且具有外力缓冲、肢体惯性缓冲、吸收振动的弹性动力，具有仿生动力特征，更适合模糊逻辑控制，本技术是一种合理的运动结构。本技术市场前景看好。
文档编号B25J9/06GK2677102SQ03261338
公开日2005年2月9日 申请日期2003年5月18日 优先权日2003年5月18日
发明者李晓晨 申请人:李晓晨