专利名称：电液伺服遥操纵三自由度并联机械手的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机电领域，特别涉及一种电液伺服遥操纵三自由度并联机械手，广泛应用于远程医疗、空间探索、海洋开发、原子能应用、军事战场、抢险救助等领域。
背景技术：
在遥操纵系统中，机械手的结构和驱动方式对实现临场感和远程精确控制有重大意义。在机构结构上，串联式机械手动力传递路线较长，容易影响力控制的速度和反馈精度，特别是维数多时，影响更加明显。在驱动方式上，电动驱动承载能力小，大负载情况下力反馈信息不充分；气动式机械手气体压缩性大，位置控制准确性差，低速运动情况下响应速度慢，动态性能差。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种电液伺服遥操纵三自由度并联机械手，采用液压驱动的并联机构，克服上述电动串联和气动串联机械手的缺点，使操纵者能够充分准确地感知远端工作环境阻力和位置信息，具有俯仰、翻滚和上下平移3个自由度。本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现电液伺服遥操纵三自由度并联机械手，力传感器1、II JII 3、14、16分别安装在液压缸1、IIJII 5、13、18的出杆端部，检测操作者对手柄的输入力；位移传感器1、IIJII 4、12、17分别安装在液压缸1、I1、111 5、13、18缸筒上，测量液压缸的伸缩量；液压缸1、I1、III 5、13、18的缸筒分别固定在液压缸底座1、I1、111 6、11、19上，分别与力传感器1、I1、III 3、14、16和位移传感器1、I1、III4、12、17构成作动器总成；三个作动器总成互成120°角，分别通过上万向节15和下万向节1、I1、111 8、9、10与运动平台2和固定平台7连接；电液伺服阀1、II >111 20,21,22安装在伺服阀集成块23上，伺服阀集成块23的进油口和泄油口通过液压油管与液压缸1、IIJII 5、13、18的进油口和出油口相连。所述的运动平台2上设置操纵手柄1，对运动平台2的位置和姿态进行操作，并通过液压缸1、II >111 5、13、18的伸缩变化来感知反馈力和位置空间信息。所述的电液伺服遥操纵三自由度并联机械手具有三个自由度，在工作前机械手能够自动回复到初始位置，即Z向运动平台2和固定平台7距离75mm ;液压缸1、I1、111 5、13、18同时伸长或缩短相同长度时，运动平台2在Z向做升降运动；液压缸1、11 5、13同时伸长或缩短相同长度，且与液压缸III18运动距离不同时，运动平台2绕Y向做俯仰运动；液压缸I 5的伸长量和液压缸III 18的缩短量相等，或者液压缸I 5的缩短量和液压缸III 18的伸长量相等，且液压缸II 13不运动时，运动平台2绕X向做翻滚运动。所述的运动平台2的受力信息通过力传感器1、I1、111 3、14、16转换成信号来控制远端装置工作，运动平台2的位置和姿态信息通过位移传感器1、I1、III4、12、17转换成信号来控制远端装置工作；远端装置的工作环境和受力空间通过计算机控制系统35计算后控制电液伺服阀1、I1、III 20,21,22工作，将信息反馈到机械手，实现遥操纵控制。[0009]本实用新型的有益效果在于结构紧凑、刚度大，液压驱动、承载能力强、反馈信息充分、控制灵活精确、运行稳定、自重负荷小、动力性能好，更好地满足远距离操纵任务的需要。可以广泛应用于远程医疗、空间探索、海洋开发、原子能应用、军事战场、抢险救助等危险或有害的作业领域。并联机构动力传递路线短，自重负荷小、反馈信息充分、准确。能够解决机械手反馈力和位置信息耦合的缺点，使操作者更好的感知远端工作情况。具有三个自由度，可以满足飞行器、船舶、车辆等具有三自由度系统的控制要求。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。图1为本实用新型的立体结构示意图；图2为图1的Z向结构示意图；图3为本实用新型的电液伺服集成块本体结构示意图；图4为本实用新型的主视结构示意图；图5为本实用新型的电液伺服集成块结构示意图；图6为本实用新型的控制系统原理图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式
。
参见图1至图5所示，本实用新型的电液伺服遥操纵三自由度并联机械手包括操纵手柄1、运动平台2、力传感器1、11、1113、14、16、位移传感器1、II JII 4、12、17、液压缸1、Π、ΙΙΙ 5、13、18、液压缸底座1、Π、ΙΙΙ6、11、19、下万向节1、I1、111 8、9、10、固定平台 7、上万向节15、电液伺服阀I , II JII 20、21、22、伺服阀集成块23、液压泵24、油箱25、由手柄上的力传感器测出的操纵力信号KIKIII 26、27、28、伺服放大器1、ΙΙ、ΠΙ 29、30、31、由手柄上的位移传感器测出的操纵手柄位置信号1、ΙΙ、ΠΙ 32、33、34、计算机控制系统35、从端工作阻力信号36、从端驱动信号37、从端工作装置关节角度信号38、从端工作装置39及反馈信号40，其中，液压缸1、ΙΙ、ΠΙ 5、13、18的出杆端部通过螺纹与力传感器1、11、1113、14、16连接，用螺母紧固。位移传感器1、II >111 4、12、17的拉杆通过螺纹螺母与液压缸1、I1、III 5、13、18的出杆端连接，其固定部位固定在液压缸1、I1、111 5、13、18缸体上。运动平台2和固定平台7同心布置。三个作动器(液压缸1、11、1115、13、18、力传感器1、11、1113、14、16、位移传感器1、I1、111 4、12、17和液压缸底座6、11、19的总成)通过螺纹与上万向节15和下万向节1、ΙΙ、ΠΙ8、9、10连接，且通过螺纹互成120°角地安装在运动平台2和固定平台7之间。液压缸1、ΙΙ、ΠΙ5、13、18同时伸长或缩短相同长度时，运动平台2在Z向做升降运动；液压缸1、II 5、13同时伸长或缩短相同长度，且与液压缸III18运动距离不同时，运动平台2绕Y向做俯仰运动；液压缸I 5的伸长量和液压缸III 18的缩短量相等，或者液压缸I 5的缩短量和液压缸III18的伸长量相等，且液压缸II 13不运动时，运动平台2绕X向做翻滚运动。[0020]参见图1、图2及图4所示，操纵手柄I通过螺纹螺母固定在运动平台2的中心，液压缸1、II JII 5、13、18的出杆端部通过螺纹与力传感器1、II JII 3、14、16连接，用螺母紧固。位移传感器1、I1、III4、12、17的拉杆通过连接件与液压缸1、I1、III5、13、18的出杆连接，保证拉杆与液压缸1、II >111 5、13、18出杆位移变化一致，位移传感器1、II >111 4、12、17固定部位固定在液压缸1、IIJII 5、13、18缸体上。液压缸1、IIJII 5、13、18缸体焊接在液压缸底座1、I1、III6、11、19上。三个作动器通过螺纹与上万向节15和下万向节1、11、III 8、9、10连接，实现三自由度灵活运动。上万向节15和下万向节1、I1、III 8、9、10通过螺纹互成120°角地分别安装在运动平台2和固定平台7上。参见图3、图5及图6所示，电液伺服阀1、I1、III20、21、22通过螺栓固定在伺服阀集成块23上，伺服阀集成块23中开有液压油双向油路，与电液伺服阀1、I1、III 20,21,22油口密封连接。电液伺服阀1、I1、III20、21、22的a3、b3及c3为控制线路接口，与计算机控制系统35连接，控制电液伺服阀1、II JII 20,21,22工作。伺服阀集成块23的供油油路与液压泵24连接，回油油路与油箱25连接。参见图4及图5所示，液压缸1、IIJII 5、13、18的油口 al和a2、bl和b2、cl和c2分别通过液压油管与伺服阀集成块23上对应的油口 al和a2、bl和b2、cl和c2密封连接。参见图1至图6所示，本实用新型的工作原理是操作者对操纵手柄I施加操纵力，操纵手柄I带动运动平台2运动，力传感器1、I1、III 3、14、16检测到操纵力产生力信号，位移传感器1、II >111 4、12、17检测到运动平台2的位置变化产生位移信号。由手柄上的力传感器测出的操纵力信号1、I1、III26、27、28经伺服放大器1、I1、III29、30、31放大后与由手柄上的位移传感器测出的操纵手柄位置信号1、I1、III32、33、34—同输入计算机控制系统35。从端工作装置39产生的从端工作阻力信号36和各运动关节产生的从端工作装置关节角度信号38同样输入到计算机控制系统35。操纵力信号1、II JII 26、27、28和操纵手柄位置信号1、I1、III32、33、34与从端工作阻力信号36和从端工作装置关节角度信号38经过计算机控制系统35运算后，产生从端驱动信号37来驱动从端工作装置39 ;产生的反馈力信号40驱动并联机械手电液伺服阀1、I1、III 20、21、22动作，进而改变三个液压缸1、I1、III5、13、18的伸缩量。操纵手具有的三自由度位置和姿态运动能力，使操纵手能够充分再现远端的约束空间情况，使操作者更好地感受到远端工作环境，便于操作者完成工作任务。以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种电液伺服遥操纵三自由度并联机械手，其特征在于力传感器1、11、111(3、14、16)分别安装在液压缸1、I1、III(5、13、18)的出杆端部，检测操作者对手柄的输入力；位移传感器1、ΙΙ、ΠΙ(4、12、17)分别安装在液压缸1、I1、111(5、13、18)缸筒上，测量液压缸的伸缩量；液压缸1、II JII (5、13、18)的缸筒分别固定在液压缸底座1、IIJII (6、11、19)上，分别与力传感器1、ΙΙ、ΠΙ(3、14、16)和位移传感器1、I1、111(4、12、17)构成作动器总成；三个作动器总成互成120°角，分别通过上万向节(15)和下万向节1、ΙΙ、ΠΙ(8、9、10)与运动平台(2)和固定平台(7)连接；电液伺服阀1、I1、111 (20、21、22)安装在伺服阀集成块(23)上，伺服阀集成块(23)的进油口和泄油口通过液压油管分别与液压缸1、11、111(5、13,18)的进油口和出油口相连。
2.根据权利要求1所述的电液伺服遥操纵三自由度并联机械手，其特征在于所述的运动平台(2)上设置操纵手柄(1)，对运动平台(2)的位置和姿态进行操作，并通过液压缸1、ΙΙ、ΠΙ(5、13、18)的伸缩变化来感知反馈力和位置空间信息。
3.根据权利要求1或2所述的电液伺服遥操纵三自由度并联机械手，其特征在于所述的电液伺服遥操纵三自由度并联机械手具有三个自由度，在工作前机械手能够自动回复到初始位置，即Z向运动平台(2)和固定平台(7)距离75mm;液压缸1、I1、111(5、13、18)同时伸长或缩短相同长度时，运动平台(2)在Z向做升降运动；液压缸1、11 (5、13)同时伸长或缩短相同长度，且与液压缸111(18)运动距离不同时，运动平台(2)绕Y向做俯仰运动；液压缸I (5)的伸长量和液压缸III(18)的缩短量相等，或者液压缸I (5)的缩短量和液压缸111(18)的伸长量相等，且液压缸II (13)不运动时，运动平台(2)绕X向做翻滚运动。
4.根据权利要求1或2所述的电液伺服遥操纵三自由度并联机械手，其特征在于所述的运动平台(2)的受力信息通过力传感器1、I1、III(3、14、16)转换成信号来控制远端装置工作，运动平台(2)的位置和姿态信息通过位移传感器1、ΙΙ、ΠΙ(4、12、17)转换成信号来控制远端装置工作；远端装置的工作环境和受力空间通过计算机控制系统(35)计算后控制电液伺服阀1、ΙΙ、ΠΙ(20、21、22)工作，将信息反馈到机械手，实现遥操纵控制。
专利摘要本实用新型涉及一种电液伺服遥操纵三自由度并联机械手，属于机电领域。其结构是力传感器安装在液压缸的出杆端部，检测操作者对手柄的输入力；位移传感器安装在液压缸缸筒上，测量液压缸的伸缩量；液压缸的缸筒分别固定在液压缸底座上，分别与力传感器和位移传感器构成作动器总成；三个作动器总成互成120°角，分别通过上万向节和下万向节与运动平台和固定平台连接；电液伺服阀安装在伺服阀集成块上，伺服阀集成块的进油口和泄油口通过液压油管与液压缸的进油口和出油口相连。优点在于结构紧凑、刚度大，液压驱动、承载能力强、反馈信息充分、控制灵活精确、运行稳定、自重负荷小、动力性能好，更好地满足远距离操纵任务的需要。
文档编号B25J9/16GK202862219SQ20122057452
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者巩明德, 田博, 黄勇, 丛建华 申请人:吉林大学