机器人用球形泵电液作动器的制造方法与工艺

本发明专利涉及一种机器人用球形泵电液作动器。

背景技术：
机器人产业在全球出现了突飞猛进的发展，中国是机器人最大的市场，但中国的机器人产业大而不强。为了促进机器人市场的健康有序发展，工信部制定了《机器人产业“十三五”发展规划》，要大力推进工业机器人、骨骼服及自主行走机器人的应用示范。骨骼服及自主行走机器人在实现单兵及户外作业、助老助残领域、消费服务领域、医疗领域等重点领域有着非常重要的应用前景，将成为继计算机之后的又一个科技和产业发展浪潮。骨骼服及自主行走机器人要求所有的零部件小、结构紧凑、能耗小，目前作为机器人的核心部件的动力系统有液压驱动或者电机直接驱动，其中，液压系统采用的集中式液压分布系统，通过一个大功率的、大流量的液压泵作为中央液压源，再通过配置各种阀门和控制系统把压力分配到各个需要动作的部位，所带来的问题是动力系统结构笨重、功耗大、电池使用时间短，由于阀门所增加的零件数量多导致系统的体积很大、产生的能耗损失很大，从而使骨骼服及自主行走机器人不适合于长时间在室外工作。球形压缩机是本专利发明人发明的一种全新结构的变容式机构，其优点是无进/排气阀、运动件少、振动小、机械效率高、密封可靠等，特别是在微型压缩机领域、微型高压泵类机械方面优势更加明显。经过多年的不断研发，球形压缩机的结构和性能不断改进和优化，目前球形压缩机技术在国内外已经取得了多个专利，如申请人已申请的专利名称为《一种球形压缩机防卡死动力机构》、专利号为201410554836.6的中国专利，就是在前期专利的基础上优化的一种较为完善的新型结构，适合于微型结构、压力较高的压缩机或者泵类机械。球形泵就是在球形压缩机专利的基础上开发出来的一种泵类机械。球形泵用于机器人动力系统有很多优势，可以使机器人动力系统的体积减小、重量减轻、能耗降低；但是由于球形泵用于骨骼服及自主行走机器人时是通过球形泵主轴的正反转来驱动液压活塞伸缩杆的往复运动，从而使骨骼服及自主行走机器人实现往复动作，所以球形泵没有一个固定的高压排油口和固定的低压进油口，而是采用两个进排油口进行交替进排油，这样，在球形泵工作时，由于泄漏的存在，从球形泵缸体、转盘配合部分泄漏的液压油汇集到缸体座、缸体与主轴之间的空间形成溢流油池，溢流油池内的积油若不排出，不可避免的会因继续泄漏导致溢流油池空间产生高压力，从而使主轴的轴向密封必须加强才能阻止溢流从轴向泄漏到电机端，而加强型的轴向密封必然导致主轴旋转阻力增大，旋转时的能耗增加，所以球形泵结构设计时必须满足及时排出泄漏在溢流油池内的积油才不会使溢流油池空间的压力升高；但是，由于球形泵此时没有一个固定的低压吸油腔，不能简单的将溢流油池的积油排出到低压吸油腔；所以要对机器人用球形泵作动器的液压油路进行特殊的结构设计来满足把溢流油池的积油排出的要求。另外，由于机器人用球形泵作动器的液压油路是一个全封闭系统，没有一个固定的低压油腔，当温度变化时，液压油路系统的液压油体积发生变化，所以要对机器人用球形泵作动器进行特殊的结构设计来满足由于温度变化导致液压油体积膨胀的要求。

技术实现要素：
本发明的目的就是设计一种机器人用球形泵电液作动器，把电机、球形泵和双活塞杆缸集成，设计出一种新型的电液作动器即EHA，用于骨骼服及自主行走机器人动力系统以提高电液作动器的效率、降低能耗、减小重量和体积。本发明的技术方案是，机器人用球形泵电液作动器，包括电机、球形泵以及双活塞杆缸组件，其特征是：电机与球形泵连接输入动力，球形泵的两个进排油口和溢流通道的出口设置在球形泵缸盖的端面上，溢流通道与球形泵的溢流油池接通；双活塞杆缸组件的作动筒上部设置有与缸盖连接的连接块，连接块上设置有油道、溢流孔及螺钉孔，连接块上的油道口及溢流孔设置在连接块与缸盖贴合的面上，连接块上相对应的油道口及溢流孔分别与缸盖上的进排油口及溢流通道的出口相接通，连接块通过螺钉固定密封压紧在缸盖上；在连接块的油道内设置有两个单向阀，在溢流孔上连接一个弹性储油器；其中：球形泵正向旋转，高压油从缸盖上的一个进排油口排出，经作动筒连接块内部的油道进入双活塞杆缸的工作缸，双活塞杆缸的非工作缸中的油被压出后通过设置在连接块上的油道回流到缸盖上的另一个进排油口，并被吸入到球形泵中，双活塞杆伸出；球形泵反向旋转，油路反向，双活塞杆缩回；球形泵正向和反向旋转形成两个油流向相反的主油路循环；从球形泵溢流通道流出的油连通到弹性储油器上，并经两个单向阀分别连通在主油路的排油和回油通道上，当溢流压力大于主油路的回油压力时，与此时的回油通道连通的单向阀打开，溢流进入回油通道并随回油进入主油路循环；所述在作动筒的连接块上设置的油道和溢流孔的结构为：在连接块上设置有两个轴向导流螺栓孔和一个轴向的溢流孔，两个导流螺栓孔及溢流孔分别与缸盖上的两个进排油口及溢流通道的出口位置相对应，缸盖上的进排油通道出口设置有与导流螺栓相配的内螺纹，缸盖的端面与作动筒的连接块端面贴合并通过两个导流螺栓把作动筒固定在缸盖上；在作动筒的连接块上还设置有两个纵向进排油孔和两个轴向进排油孔；两个纵向进排油孔的一端分别与两个导流螺栓孔接通，另一端分别与两个轴向进排油孔接通；两个轴向进排油孔分别与作动筒两端的工作缸和非工作缸接通；通过两个导流螺栓把球形泵的两个进排油口分别与作动筒两端的工作缸和非工作缸连通；通过缸盖端面与作动筒的连接块贴合，溢流孔的一端与球形泵的溢流通道出口接通，溢流孔的另一端连接一弹性储油器；在作动筒的连接块上轴向设置有两个单向阀孔，单向阀通过螺纹固定安装在单向阀孔的中部，单向阀孔为盲孔，其开口端通过A堵头密封；在作动筒上部的连接块上设置有横向导流孔和纵向导流孔，纵向导流孔的上端与溢流孔接通，另一端与横向导流孔接通，横向导流孔的两端分别与两个单向阀的进油侧接通；两个单向阀的出油侧分别与两个纵向进排油孔接通；所述弹性储油器是一段具有弹性的乳胶管，乳胶管的一端通过螺纹管接头连接在连接块的溢流孔上，另一端封闭；在乳胶管外部设置一保护罩壳，罩壳通过螺钉固定在连接块及作动筒的右端盖上；所述双活塞杆缸组件包括作动筒、双活塞杆、左端盖、右端盖、鱼眼接头及保护筒等，作动筒具有左右贯通的活塞孔，左端盖和右端盖分别通过螺纹连接在活塞孔的两端，双活塞杆与作动筒的活塞孔相配并在作动筒的两端分别形成工作缸和非工作缸，双活塞杆的两端从活塞孔的两端伸出并可左右伸缩；双活塞杆的右端为工作端，双活塞杆的右端连接有鱼眼接头，用于连接机器人动作部件；双活塞杆的左端为非工作端，保护筒对双活塞杆的右端起保护作用，保护筒固定连接在左端盖上；保护筒的左端连接有鱼眼接头，作为受力元件用于安装作动器；在双活塞杆活塞体的外圆与作动缸的活塞孔配合部分设置有密封结构，在双活塞杆与左端盖、右端盖配合部分设置有密封结构，在左端盖、右端盖与活塞孔配合的部分设置有密封结构。本发明的优点是：1、由于球形泵独特的原理优势，具有体积小、振动小的特点，由于球形泵具有可正向和反向旋转的特点，从而驱动双活塞杆伸出或者收回，设计的电液作动器(EHA)可以将电机、球形泵、双活塞杆缸集成在一起，机器人的液压系统采用分布式液压源方案，省掉了繁杂的高压油管和电磁液压换向阀，可大幅减小系统的重量、体积和功耗，大幅简化了控制系统。2、采用两个单向阀与球形泵溢流孔连接，通过弹性储油器与整个液压系统形成液压回路，保证了球形泵溢流油池始终为低压，降低了主轴轴封的密封要求，减小了轴向密封对主轴旋转的阻力，同时也使处于溢流油池中的转盘背面和主轴始终处于低压油中，减少了主轴旋转时高压液压油的阻力，从而降低了主轴旋转的功耗，提高了球形泵的效率；同时弹性储油器保证了封闭的油循环系统的液压油的体积调节。附图说明图1：本发明所述机器人用电液作动器结构图；图2：图1中A-A剖面图；图3：图1中B-B剖面图；图4：图1中E-E剖面图；图5：图1中C-C剖面图；图6：图1中D-D剖面图；图7：球形泵及电机组合体主视图；图8：图7中F—F剖面图；图9：球形泵及电机组合体左视图；图10：作动筒主视图；图11：图10中G-G剖视图；图12：作动筒左视图；图13：作动筒右视图；图14：图10中J-J剖视图；图15：图10中H-H剖视图；图16：图10中I-I剖视图；图17：图12中N-N剖视图；图18：图12中L-L剖视图；图19：图11中K-K剖视图；图20：图11中M-M剖视图；图21：图13中P-P剖视图；图22：本发明球形泵电液作动器液压原理图；图23：导流螺栓结构示意图。图中：1-球形...