专利名称：关节定角往复回转驱动环形气缸的制作方法
技术领域：
一种关节定角往复回转驱动气缸，属于机械制造及自动化领域，主要应用于关节机器人、电子芯片定位机构、以及自动装配生产线等机械系统中。
背景技术：
目前机械制造工业各类机器人、包装机、自动上下料以及自动装配机构等复杂多转动轴运动机械已经广泛应用于自动生产线的各个部分，成为实现机械自动化的关键环节，在这些复杂的多关节机械机构的关节部位设计上，主要采用直线往复式气缸带动偏心轮实现关节回转运动。直线往复回转气缸如图3所示，图中8为进出气孔，19为前端盖，20为气缸体，21为活塞环，22为后端盖，23为活塞杆，其工作原理为通过进出气孔8之间的压力差驱动活塞杆23沿着气缸体20的轴线方向直线往复移动；这种驱动方式具有结构简单，造价相对低廉等特点，但在驱动回转关节时，还需要采用偏心原理，将直线运动转换为回转运动。这种关节驱动方式存在几个问题其一是结构难于实现精巧化，直线气缸要有支点和偏心推动点，且推动关节回转还需要保持一定的切入角度，导致结构庞大；其二是这类驱动结构回转角度有限，而且容易产生关节死点的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提出了一种可直接输出回转力矩，驱动部件定角往复旋转的关节定角往复回转驱动环形气缸。
本发明提出的关节定角往复回转驱动环形气缸的结构和运行原理可参见附图1、图2和图3，本发明的关节定角往复回转驱动气缸是由以给定点为圆心的圆弧形式的弧型主缸体4，与弧型主缸体4滑道17相配合的同心的弧型活塞2、和环型活塞连杆7构成。具体结构为将缸体以通过滑道并与转轴方向垂直的平面刨为上下两个部分，分别为弧型主缸体4和弧型前缸盖10，两者按图2所示通过缸体紧固螺栓9连接在一起，形成以中心输出轴13轴线为圆心的弧状气缸体滑道17；在弧型主缸体4和弧型前缸盖10之间的结合面上设有缸体密封垫11，并采用了折叠结构保持缸体的气密性，见附图3。弧型活塞2可在气缸体方型滑道17内滑动，环型活塞连杆7与弧型活塞2通过活塞联接螺栓16联接构成与气缸体滑道17同心的圆型活塞连杆，环型活塞连杆7的中心处设有一个带键槽的轴15，通过连接键14与外部输出轴13连接，从而直接输出转矩；在弧型主缸体4的两端还设有左侧缸盖5和右侧缸盖18，通过侧缸盖紧固螺栓12与主缸体4连接在一起，在联接结合面处设有侧缸盖密封垫6，以保持缸体和侧缸盖联接的气密性；每个侧缸盖中心处均开设有一个中心孔，使得环型活塞连杆7可以穿过侧缸盖的中心孔将缸体内活塞产生的动力向外传送。在弧型主缸体4的两端各设一个进出气孔8，用于输入和输出高压气体，在两个进出气孔气体压力差的作用下，可使弧型活塞2在弧型主缸体4内沿着气缸体滑道17往复运动。在弧型气缸体4的侧面沿圆弧方向均匀布有两个联接片1，用来安装固定气缸体4。
本发明上述提出的关节定角往复回转驱动环形气缸可装配在机器人、自动装配生产线等需要往复转动的关节部位，直接输出回转力矩，驱动部件定角往复旋转，具有体积小，造价低、连接简单的特点，大大降低自动机械的结构复杂性，降低自动装配机械的整体设计和研制周期，提高整体产品的可靠性。
图1本发明提出的关节定角往复回转环形气缸正视中1、联接片 2、弧型活塞 3、侧缸盖密封圈 4、弧型主缸体 5、左侧缸盖 6、侧缸盖密封垫 7、环型活塞连杆 8、进出气孔侧 12、缸盖紧固螺栓 13、外部输出轴 15、带键槽的轴 16、活塞联接螺栓 17、气缸体方型滑道 18、右侧缸盖；图2本发明的关节定角往复回转环形气缸侧视中10、弧型前缸盖 11、缸体密封垫 14、连接键；图3本发明的关节定角往复回转环形气缸的弧型主缸体4与弧型前缸盖10的折叠联接结构放大图；图4传统的往复直线式驱动气缸示意中8、进出气孔 19、前端盖 20、气缸体 21、活塞环 22、后端盖23活塞杆；图5实施例说明例图即奥运拳击运动员综合模拟训练拳击机器人手臂动作控制原理图。
具体实施例方式
根据图1-图3所述结构，采用常规机械连接件和密封件，按公知技术手段设计构成。
本发明提出的关节定角往复回转驱动气缸，已经应用于为国家体育总局研制的“奥运拳击运动员综合模拟训练拳击机器人”的手臂之上，其总体功能原理见附图5。该拳击机器人左、右手臂共有六个关节，分别为左大臂摆动，左大臂上下、左小臂上下关节和右大臂摆动，右大臂上下、右小臂上下转动关节，均采用了本发明提出的关节定角往复回转驱动气缸实现，使得机器人手臂结构小巧、造价低廉，并完美实现了机器人拳击动作，达到了非常理想的效果。在实用中采用的气泵压力为8mp，通过单路多通阀向各个气缸输送气体动力，并通过电磁换向阀决定每个回转气缸的往复回转动作，系统中采用了220V到24V的变压器，向气泵和可编程序控制器提供电力，并通过可编程序控制器的运行程序控制每个关节的电磁换向阀的通短，从而控制机器人左右手臂的各个气缸的工作状况，实现机器人手臂的要求动作。系统中所使用的气缸体方型滑道17的中心弧线半径为为55.5mm，其横截面矩形截面尺寸为21×14mm；本发明提出的关节定角往复回转驱动环形气缸，还可按比例放大缩小，形成系列化的产品，应用于不同大小，不同功率要求的各种定角往复回转驱动机械的关节环节，具有广阔的应用范围。如果在设计中若采用传统的伺服系统驱动关节往复回转运动，每个回转轴需要的造价约平均在2万元左右，而采用本发明提出的定角回转气缸驱动，造价仅需要1千元左右，大大缩小产品成本。
使用本发明提出的关节定角往复回转驱动气缸，使得机器人造价低廉，结构和传动精巧，并且便于各类数据采集传感器的安装，达到了非常理想的效果。
权利要求
1.关节定角往复回转驱动环形气缸，包括有气缸体，将缸体内活塞产生的动力向外传送的活塞杆，在缸体的两端设置的缸盖，在缸体上设置的用于输入和输出高压气体的进出气孔，本发明的特征在于，是由以给定点为圆心的圆弧形式的弧型主缸体(4)，与弧型主缸体(4)滑道(17)相配合的同心的弧型活塞(2)、和环型活塞连杆(7)构成；具体结构为将汽缸体以通过滑道并与转轴方向垂直的平面刨为上下两个部分，分别为弧型主缸体(4)和弧型前缸盖(10)，两者通过公知连接件连接在一起，形成以中心输出轴(13)的轴线为圆心的弧型气缸体滑道；弧型活塞(2)可在气缸体滑道内滑动，环型活塞连杆(7)与弧型活塞(2)通过公知连接件联接构成与气缸体滑道同心的环型活塞连杆，环型活塞连杆(7)的中心处设有一个带键槽的轴(15)，通过公知连接键(14)与外部输出轴(13)连接，从而直接输出转矩；并采用公知紧固件将弧型主缸体(4)与在其两端设置的、用于解决输出连杆处刚体密封问题的左侧缸盖(5)和右侧缸盖(18)连接在一起。
2.根据权利要求1所述的关节定角往复回转驱动环形气缸，其特征在于，在弧型主缸体(4)和弧型前缸盖(10)之间的结合面上采用了公知的折叠结构并设有橡胶夹层式的缸体密封垫(11)，通过缸体紧固螺栓(9)连接在一起。
3.根据权利要求1或2所述的关节定角往复回转驱动环形气缸，其特征在于，左侧缸盖(5)和右侧缸盖(18)与主缸体(4)的联接结合面处设有侧缸盖密封垫(6)，并通过紧固螺栓(12)将侧缸盖(18)与主缸体(4)连接在一起；每个侧缸盖中心处均开设有一个中心孔，使得环型活塞连杆(7)可以穿过侧缸盖的中心孔将缸体内活塞产生的动力向外传送。
4.根据权利要求3所述的关节定角往复回转驱动环形气缸，其特征在于在弧型主缸体(4)的两端各设有一个用于输入和输出高压气体的进出气孔(8)，在两个进出气孔气体压力差的作用下，可使弧型活塞(2)在弧型主缸体(4)内沿着气缸体滑道(17)往复运动。
5.根据权利要求1所述的关节定角往复回转驱动环形气缸，其特征在于，弧型主缸体(4)和弧型前缸盖(10)连接在一起，形成了以中心输出轴(13)的轴线为圆心的弧型气缸体方型滑道(17)。
6.根据权利要求1所述的关节定角往复回转驱动环形气缸，其特征在于，在弧型气缸体(4)的侧面沿圆弧方向均匀布有两个用来安装固定气缸体的联接片(1)。
全文摘要
关节定角往复回转驱动气缸属机械制造及自动化领域。本发明的驱动气缸是由以给定点为圆心的圆弧形式的弧型主缸体，与弧型主缸体滑道相配合的同心的弧型活塞、和环型活塞连杆构成。具体结构为弧型主缸体和弧型前缸盖连接在一起，形成以中心输出轴轴线为圆心的弧状气缸体滑道；弧型活塞可在气缸体方型滑道内滑动，环型活塞连杆与弧型活塞联接构成与气缸体滑道同心的圆型活塞连杆，环型活塞连杆的中心处设有一个带键槽的轴，通过连接键与外部输出轴连接，从而直接输出转矩。本发明可装配在需要往复转动的关节部位，直接输出回转力矩，驱动部件定角往复旋转；具有体积小，造价低、连接简单等特点，可解决自动机械的结构复杂性等问题，提高产品的可靠性。
文档编号F16J10/02GK1563728SQ20041000625
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月19日 优先权日2004年3月19日
发明者范晋伟, 关佳亮, 王文超, 骆琪, 阮忠燕 申请人:北京工业大学