一种液压关节及由其构成的机器人的制作方法

本实用新型涉及工业机器人技术领域，涉及一种工业机器人液压关节及由其构成的机器人，尤其是指一种工业机器人液压转动关节或摆动关节及由其构成的机器人。

背景技术：

随着机器人技术的不断发展，机器人在机械装备、汽车制造、等行业领域被广泛应用。目前，工业机器人的各个运动关节，普遍采用控制精度高的伺服电机带动RV减速机或谐波减速机，对机器臂实施驱动的结构，这种结构形式占据工业机器人将近的四分之一以上的成本，硬件投入资金高，技术难度大，对于控制精度要求不高且动作简单的自动化装置，这种结构形式的机器人投入成本过于昂贵，显得大材小用，造成不必要的浪费。

针对这个问题，有采用直线液压缸驱动曲柄滑块摆动机构，以驱动机械臂动作的结构被设计出来，由于结构采用液压伺服驱动，同样能制造实现性能良好的工业机器人，而且对比伺服电机带动RV减速机或谐波减速机驱动机器臂动作的结构，具有结构更加简单、输出负载能力强和功率比大的优点。但是目前液压驱动机器人是采用摆动液压缸作为其关节提供旋转运动，结构复杂，精度较低，制造成本高，关节部件的整体性不好。并且由于采用独立一端输出动力，使得液压缸的直线运动转化为旋转运动的过程存在传动效率低和传动力输出小而导致输出的旋转运动的加速度小的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一在于解决现有液压驱动机器人是采用独立一端输出动力，使得液压缸的直线运动转化为旋转运动的过程存在传动效率低和传动力输出小而导致输出的旋转运动的加速度小的问题，提供一种两端运动输出、输出力矩大和传动效率高，同时关节中的滚动轴承即支承旋转轴又支承机械臂的液压关节。

本实用新型的目的之二在于提供一种液压关节构成的机器人，采用该液压关节的机器人传动效率和控制精度高，消除了机器人液压关节结构复杂，精度较低，制造成本高的缺陷。

本实用新型的目的之一可采用以下技术方案来达到：

一种液压关节，包括油缸，可滑动套设于所述油缸内的第一中空活塞和第二中空活塞，用于限制第一中空活塞和第二中空活塞转动的限位机构，以及与所述第一中空活塞和第二中空活塞连接且安装于所述油缸内的转动机构；所述转动机构包括固定套设于所述第一中空活塞的第一螺母套和第二螺母套，与所述第一螺母套和第二螺母套螺纹传动连接的螺杆，套设于油缸两端内的轴承，以及套设于轴承上且固定安装于所述螺杆两端的旋转座；所述第一螺母套和第二螺母套的螺纹旋向相反，形成双活塞驱动结构；

进一步地，所述第一中空活塞和第二中空活塞沿油缸的中心轴线的方向将油缸内部分隔为第一油腔、第二油腔和第三油腔，所述第一油腔、第二油腔和第三油腔的壁上开有第一油孔、第二油孔和第三油孔；当第一油腔和第三油腔进油时，所述第二油腔出油，且所述第一中空活塞和第二中空活塞相向滑动而同时通过第一螺母套和第二螺母套驱动螺杆正向转动；当第二油腔进油时，所述第一油腔和第三油腔进油，且所述第一中空活塞和第二中空活塞背向滑动而同时通过第一螺母套和第二螺母套驱动螺杆反向转动。

进一步地，所述第一中空活塞和第二中空活塞的两侧设有第二轴肩和第三轴肩，所述第一中空活塞和第二中空活塞的第二轴肩与油缸的内壁分别形成第一油腔和第三油腔，所述第一中空活塞和第二中空活塞的第三轴肩与油缸的内壁形成第二油腔；所述第一中空活塞和第二中空活塞通过密封件与所述油缸密封连接。

过一步地，所述限位机构包括销轴、弹性件和带有外螺纹的盖体，所述第一中空活塞和第二中空活塞上开有凹槽，所述油缸上开有与所述凹槽位置相对应的螺纹孔；所述盖体中心开有槽孔，所述销轴的一端可滑动套设于所述槽孔内，另一端伸入所述凹槽内；所述盖体螺纹安装于所述螺纹孔内，且所述弹性件安装于所述销轴和盖体之间。

作为一种优选的方案，所述旋转座的内侧面上套设有锁紧套，所述锁紧套设有第一轴肩，所述第一轴肩顶压轴承的内圈，所述锁紧套通过连接件与所述旋转座固定连接，且所述锁紧套与旋转座之间具有间隙。

作为一种优选的方案，所述螺杆的端面开有螺纹孔，且通过连接键与所述锁紧套连接；所述旋转座的中心开有通孔，所述螺杆伸入所述通孔内，且通过连接件与所述旋转座连接，所述螺杆的端面与旋转座内端面之间具有间隙。

作为一种优选的方案，所述第二中空活塞的一端可滑动套设于所述第一中空活塞内，且通过密封件与所述第一中空活塞密封连接。

进一步地，所述油缸的两端面上可拆卸安装有挡盖，所述油缸的两端设有第四轴肩，所述轴承的外圈一侧面顶压所述第四轴肩，另一侧面顶压挡盖。

作为一种优选的方案，所述螺杆通过滚珠与所述第一螺母套和第二螺母套螺纹传动连接。

进一步地，所述第一油孔、第二油孔和第三油孔上设有用于外接油管的接头。

本实用新型的目的之二可采用以下技术方案来达到：

一种机器人，所述的液压关节，以及底座和机械臂，所述底座与所述油缸固定连接，所述机械臂固定连接于所述旋转座形成简支梁承载结构，所述机械臂相对于底座摆动。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

1、本实用新型通过第一中空活塞和第二中空活塞，以及对第一中空活塞和第二中空活塞上的第二轴肩和第三轴肩的设计，使得油缸内部被分隔为第一油腔、第二油腔和第三油腔，巧妙地通过控制三个油腔之间的液压油流动方向，对螺杆进行双重驱动，使螺杆同时受到两扭力的作用而使得旋转的反应更加快速，提高了转动输出的传动力和传动效率，保持工作的稳定可靠性。

2、本实用新型在工作时，由于第一螺母套和第二螺母套的螺纹旋向相反，第一中空活塞和第二中空活塞在油缸内相向或背向滑动并分别带动第一螺母套和第二螺母套做相向或背向的直线运动，实现同时驱动与第一螺母套和第二螺母套螺纹传动连接的螺杆进行旋转，从而带动与螺杆固定连接的旋转座进行转动。在第一中空活塞和第二中空活塞的双重驱动下，压液力转化为扭力转动输出的传动力和传动效率得到大大的提高，使得旋转运动的加速度增大，防止出现旋转座转动延时的情况，从而提高了旋转运动控制的精度和工作稳定性。

3、在工作时，销轴在弹性件的弹力作用下伸入凹槽内，防止第一中空活塞和第二中空活塞转动而导致出现螺杆转动角度不准确的情况。由于弹性件的可变形量大的特性，在第一中空活塞和第二中空活塞滑动的过程中，第一中空活塞和第二中空活塞可通过销轴压缩弹性件，使销轴向上滑动，从而减小销轴与第一中空活塞和第二中空活塞的摩擦力，从而保证工作的流畅和稳定进行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型液压关节的第一结构示意图；

图2是本实用新型液压关节的第二结构示意图；

图3是沿图1的A-A方向的剖视图；

图4是本实用新型液压关节的装配图；

图5是本实用新型机器人的底座和机械臂结构示意图；

图6是本实用新型机器人沿液压关节的中心轴线的剖视图；

图7是本实用新型机器人的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

参照图1和图2，本实施例涉及液压关节，包括油缸1，可滑动套设于所述油缸1内的第一中空活塞2和第二中空活塞3，与所述第一中空活塞2和第二中空活塞3连接且安装于所述油缸1内的转动机构，以及用于限制第一中空活塞和第二中空活塞转动的限位机构；所述转动机构包括固定套设于所述第一中空活塞2的第一螺母套41和第二螺母套42，与所述第一螺母套41和第二螺母套42螺纹传动连接的螺杆43，套设于油缸1两端内的轴承44，以及套设于轴承44上且固定安装于所述螺杆43两端的旋转座45；所述第一螺母套41和第二螺母套42的螺纹旋向相反，形成双活塞驱动结构。

在工作时，由于第一螺母套41和第二螺母套42的螺纹旋向相反，第一中空活塞2和第二中空活塞3在油缸1内相向或背向滑动并分别带动第一螺母套41和第二螺母套42做相向或背向的直线运动，实现同时驱动与第一螺母套41和第二螺母套42螺纹传动连接的螺杆43进行旋转，从而带动与螺杆43固定连接的旋转座45进行转动。在第一中空活塞2和第二中空活塞3的双重驱动下，压液力转化为扭力转动输出的传动力和传动效率得到大大的提高，使得旋转运动的加速度增大，防止出现旋转座45转动延时的情况，从而提高了旋转运动控制的精度和工作稳定性。

由于第一中空活塞2和第二中空活塞3的运动距离与所述旋转座45的旋转角度成正比线性关系，因此，随着第一中空活塞2和第二中空活塞3的直线运动距离的增大，旋转座45的转运角度随着增大，在本实施例中，旋转座45的旋转角度为0～540度，在该范围内的液压关节具有工作精度高和工作稳定性好的优点。

在该结构中，第一螺母套41和第二螺母套42对螺杆43的轴向作用力相反，使得螺杆43两端的轴承44受到的轴向力小，因此，轴承44可采用深沟球轴承即可满足使用要求，无需采用结构复杂且昂贵的推力轴承，既实现了两端动力输出，提高了传动的效率，又降低了生产成本。

所述第一中空活塞2和第二中空活塞3沿油缸1的中心轴线的方向将油缸1内部分隔为第一油腔11、第二油腔12和第三油腔13，所述第一中空活塞2和第二中空活塞3的两侧设有第二轴肩23和第三轴肩24，所述第一中空活塞2和第二中空活塞3的第二轴肩23与油缸1的内壁分别形成所述的第一油腔11和第三油腔13，所述第一中空活塞2和第二中空活塞3的第三轴肩24与油缸1的内壁形成第二油腔12；所述第一中空活塞2和第二中空活塞3通过密封件8与所述油缸1密封连接。该油缸1在第二轴肩23和第三轴肩24的分隔下形成三油腔的结构，实现了对第一中空活塞2和第二中空活塞3进行相向或背向驱动的目的，从而形成双活塞驱动结构。

如图1至图4所示，所述第一油腔11、第二油腔12和第三油腔13的壁上开有第一油孔111、第二油孔112和第三油孔113；当第一油腔11和第三油腔13进油时，所述第二油腔12出油，此时，液压油作用于第二轴肩23上，从而推动所述第一中空活塞2和第二中空活塞3相向滑动而同时通过第一螺母套41和第二螺母套42驱动螺杆43正向转动；当第二油腔12进油时，所述第一油腔11和第三油腔13进油，此时，液压油作用于第三轴肩24上，从而推动所述第一中空活塞2和第二中空活塞3背向滑动而同时通过第一螺母套41和第二螺母套42驱动螺杆43反向转动。

本实用新型通过第一中空活塞2和第二中空活塞3，以及对第一中空活塞2和第二中空活塞3上的第二轴肩23和第三轴肩24的设计，使得油缸1内部被分隔为第一油腔11、第二油腔12和第三油腔13，巧妙地通过控制三个油腔之间的液压油流动方向，对螺杆43进行双重驱动，使螺杆43同时受到两扭力的作用而使得旋转的反应更加快速，提高了转动输出的传动力和传动效率，保持工作的稳定可靠性。

所述旋转座45的内侧面上套设有锁紧套5，所述锁紧套5设有第一轴肩51，所述第一轴肩51顶压轴承44的内圈，所述锁紧套5通过连接件与所述旋转座45固定连接，且所述锁紧套5与旋转座45之间具有间隙。该锁紧套5将旋转座45固定安装于轴承44的内圈上，对旋转座45的中心轴线方向进行约束，保证旋转座45的工作稳定性。

所述螺杆43的端面开有螺纹孔，且通过连接键6与所述锁紧套5连接；所述旋转座45的中心开有通孔，所述螺杆43伸入所述通孔内，且通过连接件7与所述旋转座45连接，所述螺杆43的端面与旋转座45内端面之间具有间隙431。在螺杆43旋转时，螺杆43通过连接键6将扭力传递到锁紧套5上，并驱动与锁紧套5固定连接的旋转座45进行旋转。在该连接键6的作用下，防止旋转座45转运时产生的打滑的情况，保持旋转座45转动的精确度，使旋转座45在圆周方向上与螺杆43保持同步转动状态，保证了动力输出的控制精度。

所述第二中空活塞3的一端可滑动套设于所述第一中空活塞2内，且通过密封件8与所述第一中空活塞2密封连接。该结构使第二油腔12内的液压油无法与第一螺母套41、第二螺母套42和螺杆43相连接，可防止螺杆43由于旋转摩擦产生的铁屑污染到液压油，可保证液压油的清洁度，提高液压油的使用寿命。

所述油缸1的两端面上可拆卸安装有挡盖9，所述油缸1的两端设有第四轴肩14，所述轴承44的外圈一侧面顶压所述第四轴肩14，另一侧面顶压挡盖9。轴承44的外圈两侧面在第四轴肩14和挡盖9的顶压下被固定安装于油缸1的两端上，使轴承44起到支撑旋转座45转动的作用。

所述螺杆43通过滚珠与所述第一螺母套41和第二螺母套42螺纹传动连接。减小了螺杆43与第一螺母套41和第二螺母套42之间的摩擦阻力，提高了螺杆43运动的精度和传动效率高的特点。

所述第一油孔111、第二油孔112和第三油孔113上设有用于外接油管的接头。通过接头使液压油进入或流出油腔可以对第一中空活塞2和第二中空活塞3的运动方向进行控制。

如图1和图3所示，所述限位机构包括销轴91、弹性件92和带有外螺纹的盖体93，所述第一中空活塞2和第二中空活塞3上开有凹槽25，所述油缸1上开有与所述凹槽25位置相对应的螺纹孔14；所述盖体93中心开有槽孔931，所述销轴91的一端可滑动套设于所述槽孔931内，另一端伸入所述凹槽25内；所述盖体93螺纹安装于所述螺纹孔14内，且所述弹性件92安装于所述销轴91和盖体93之间。在工作时，销轴91在弹性件92的弹力作用下伸入凹槽25内，防止第一中空活塞2和第二中空活塞3转动而导致出现螺杆43转动角度不准确的情况。由于弹性件92的可变形量大的特性，在第一中空活塞2和第二中空活塞3滑动的过程中，第一中空活塞2和第二中空活塞3可通过销轴91压缩弹性件92，使销轴91向上滑动，从而减小销轴91与第一中空活塞2和第二中空活塞3的摩擦力，从而保证工作的流畅和稳定进行。

对于该液压关节的动力传动介质来说，除了使用液压油作为介质外，还可以使用水或气体作为介质作为动力的传动介质。

另外，本实施例还提供一种机器人，如图5至图7所示，所述机器人包括所述的液压关节，以及底座100和机械臂101，所述底座100与所述油缸1固定连接，所述机械臂101固定连接于所述旋转座45形成简支梁承载结构，所述机械臂101相对于底座100摆动。使用时，底座100的下端被安装于基座上而被完全约束固定，然后通过往油孔中输入或输出液压油形成液压驱动回路，以驱动螺杆43进行转动，进而带动与旋转座45固定连接的机械臂101摆动，从而实现机械臂101的摆动运动的准确和稳定运行。采用该液压关节的机器人具有传动效率和控制精度高的优点，消除了机器人液压关节结构复杂，精度较低和制造成本高的问题。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。