用于机械臂轴关节的液压式轴承及机械臂的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种用于机械臂轴关节的液压式轴承及机械臂。

背景技术：

自七十年代全电控制机械臂出现以来，机械臂的轴关节基本上都是谐波减速器或RV减速器构成，此类减速器的特点是减速比大和低回转背隙，运动精度高。对于多轴关节的机械臂，每个关节对应一台伺服马达和减速器，其中马达提供动力，经减速器变比后提供合适的力矩输出用于手臂做功。减速器的最终输出端一般是具有法兰盘安装面的十字交叉轴承。这种轴关节具有闭环控制的精度，但是存在体积大，重量大，负载能力不高的问题，谐波减速器和RV减速器在国内是工业弱项，导致机器人手臂轴关节造价高昂，国内和国外使用此类减速器技术的机械手臂，关节臃肿，轻量型的机械手臂负载能力差。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于机械臂轴关节的液压式轴承，以解决现有技术中机械臂的轴关节体积大、重量大、关节臃肿以及负载能力差的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

本实用新型的一种用于机械臂轴关节的液压式轴承，包括轴承外圈、轴承内圈；其中，

所述轴承外圈第一端的端面包括具有环形的第一凹槽；

所述轴承内圈第一端嵌入于所述第一凹槽内，且与所述第一凹槽气密性转动连接；

所述轴承内圈第一端的端面设有圆弧形分布的第二凹槽，所述第一凹槽底部设有与所述第二凹槽气密性相滑动配合的凸筋，所述凸筋两端成型有用于连通液压油路的通孔；

所述轴承内圈第一端外壁卡合于所述第一凹槽内，所述轴承内圈第一端外壁与所述第一凹槽之间设有一圈滚珠或滚柱。

进一步改进在于，所述第一凹槽的外圈内壁向外圈方向凹陷形成卡合槽；所述轴承内圈第一端外壁成型有与所述卡合槽相配合的环形凸台，所述圈滚珠或滚柱设置于所述环形凸台与所述卡合槽之间。

进一步改进在于，所述第二凹槽的圆心角接近360度。

进一步改进在于，所述轴承内圈与所述轴承外圈之间设有磁阻位移传感器，所述磁阻位移传感器用于监测所述轴承内圈相对于所述轴承外圈旋转的位移量。

进一步改进在于，所述轴承内圈第一端内壁与所述第一凹槽的内圈内壁之间设有密封环，所述轴承内圈第一端外壁与所述第一凹槽的外圈内壁之间设有密封环。

本实用新型还提供了一种机械臂，包括至少一个臂轴、液压动力单元、液压换向阀，所述臂轴包括至少一个轴关节，所述轴关节包括上述所述的任一种液压式轴承，所述轴承外圈固定安装于所述臂轴上，所述液压动力单元通过所述液压换向阀与所述通孔连接，所述液压动力单元为所述液压式轴承提供液压力，当两个所述通孔中的其中一个通孔为进油口时，另一个通孔为回油口。

进一步改进在于，所述液压换向阀为具有O型中位或者M中位的三位四通阀，其中所述液压换向阀的A油口、B油口分别与所述通孔连通，当所述液压换向阀的P油口与所述A油口连通时，所述液压换向阀的B油口与所述T油口连通，当所述液压换向阀的P油口与所述B油口连通时，所述液压换向阀的A油口与所述T油口连通。

进一步改进在于，所述液压换向阀包括阀体、阀芯，所述阀体两端对称设置有马达，所述阀芯在所述马达的旋转轴的作用下左右移动，从而切换所述A油口、B油口与所述P油口的连通或断开。

进一步改进在于，所述马达的旋转轴为丝杆，所述阀芯两端设有内螺纹孔，所述内螺纹孔与所述丝杆啮合连接，当所述丝杆旋向相同时，所述马达同向运转，所述马达的转速相同或存在转速差，带动所述阀芯左右移动。

进一步改进在于，所述液压换向阀为两位两通阀，两个所述通孔分别通过所述液压换向阀与所述液压动力单元连接，所述液压换向阀包括阀体、叠片式阀芯，所述阀体一端设有马达，所述马达的推杆抵住于所述叠片式阀芯的一端，所述液压换向阀的P油口垂直于所述叠片式端面，所述液压换向阀的A油口与所述液压换向阀的P油口相垂直。

进一步改进在于，所述马达为具有数字量输入的步进马达或伺服马达。

本实用新型由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果是：

与现有技术相比，本实用新型的机械臂由于采用了液压式轴承的轴关节，使其在同等外观尺寸的状况下，机械臂的负载能力显著提高，可轻易的达到吨级的负载能力；液压式轴承的轴关节，体积小，使其在等同于人类手臂尺寸的范围内，机械臂的关节设计能做到平顺自然，不突兀臃肿，比采用谐波减速器以及人工气体肌腱的动力方式的负载能力更强，体积更小；通过马达驱动的液压换向阀控制机械臂的轴关节的转动，能保证轴关节的精度达到谐波减速器或RV减速器的全电机械臂的精度；一体式结构的轴关节，隐藏式的液压管路，降低了抗外力冲击损伤而发生泄漏的概率，提高了安全可靠性；液压动力单元的容积量只需满足需要，即便发生泄漏，能保证因泄漏导致污染程度最低化；轴关节的集成度高，内部部件无需维修，发生损坏时，只需整体更换即可，检修方便，提高了维护效率。

附图说明

图1为本实用新型一种用于机械臂轴关节的液压式轴承的结构示意图；

图2为本实用新型中轴承外圈的结构示意图；

图3为本实用新型中轴承内圈的结构示意图；

图4为轴承内圈与轴承外圈装配后的剖面结构示意图；

图5为X字形结构的十字交叉液压式轴承的剖面结构示意图；

图6为八字形结构的十字交叉液压式轴承的剖面结构示意图；

图7为本实用新型的液压换向阀的结构示意图；

图8为本实用新型的液压换向阀的剖面结构示意图；

图9为本实用新型中阀体的剖面结构示意图。

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。

如图1至图6所示，本实用新型提供了一种用于机械臂轴关节的液压式轴承，包括轴承外圈1、轴承内圈2；其中，参照图2、图3所示，所述轴承外圈1第一端的端面包括具有环形的第一凹槽10；所述轴承内圈2第一端嵌入于所述第一凹槽10内，且与所述第一凹槽10气密性转动连接；所述轴承内圈2第一端的端面设有圆弧形分布的第二凹槽21，所述第一凹槽10底部设有与所述第二凹槽21气密性相滑动配合的凸筋12，所述凸筋12两端成型有用于连通液压油路的通孔11；所述轴承内圈2第一端外壁卡合于所述第一凹槽10内，所述轴承内圈2第一端外壁与所述第一凹槽10之间设有一圈滚珠3或滚柱3。

具体地，参照图2、图5、图6所示，所述第一凹槽10的外圈内壁向外圈方向凹陷形成卡合槽101；所述轴承内圈2第一端外壁成型有与所述卡合槽101相配合的环形凸台，所述滚珠3或滚柱3设置于所述环形凸台与所述卡合槽101之间。

参照图3所示，优选地，所述第二凹槽21的圆心角接近360度。

作为本实用新型的一优选方案，所述轴承内圈2与所述轴承外圈1之间设有磁阻位移传感器5，所述磁阻位移传感器5主要用于监测所述轴承内圈2相对于所述轴承外圈1旋转的位移量；

为了保证轴承外圈1与轴承内圈2之间的密封性，参照图5、图6所示，所述轴承内圈2第一端内壁与所述第一凹槽10的内圈内壁之间设有密封环4，以及所述轴承内圈2第一端外壁与所述第一凹槽10的外圈内壁之间设有密封环。

本实用新型还提供了一种机械臂(图中未示出)，包括至少一个臂轴、液压动力单元、液压换向阀6，所述臂轴包括至少一个轴关节，所述轴关节包括上述任一项所述的液压式轴承，其中，所述轴承外圈1固定安装于所述臂轴上，所述液压动力单元通过所述液压换向阀6与所述通孔11连接，所述液压动力单元为所述液压式轴承提供液压力，当两个所述通孔11中的其中一个通孔为进油口时，另一个通孔为回油口。

参照图7、图8所示，所述液压换向阀6为具有O型中位或者M中位的三位四通阀，液压换向阀6包括阀体61、阀芯62，所述阀体61两端对称设置有马达7，所述阀芯62在所述马达7的旋转轴的作用下左右移动，从而切换所述A油口、B油口与所述P油口的连通或断开；具体地，液压换向阀6的A油口、B油口与轴承外圈1上的两个通孔11分别连通，当所述液压换向阀6的P油口与所述A油口连通时，所述液压换向阀6的B油口与所述T油口连通，当所述液压换向阀6的P油口与所述B油口连通时，所述液压换向阀6的A油口与所述T油口连通。

其中，马达7为具有数字量输入的步进马达或伺服马达，马达7的旋转轴为丝杆71，所述阀芯两端设有内螺纹孔，所述内螺纹孔与所述丝杆71啮合连接，当所述丝杆71旋向相同时，所述马达7同向运转，所述马达7的转速相同或存在转速差，带动所述阀芯62左右移动。例如，当丝杆71是右螺纹结构时，左、右马达7同向同速运转，推动阀芯62位移的螺距行程被相互抵消，阀芯62在丝杆71的转动下旋转，但不会左右移动，当左、右马达7存在转速差时，阀芯62会向速度较低的马达一次侧移动，从而实现P油口与A油口、B油口之间连通或断开的切换。

通过控制两个马达之间的转速差，可以实现P油口到A、B油口动作的梯形曲线启闭，也能细微调整并消除阀芯62中位到A、B油口时的死区时间；马达7可通过PLC控制控制，采用程序控制转速差，可以实现任意流量的调整。

两个以上的轴关节在同轴向的组合下，可实现旋转角度超过360°；可以轴向和径向互为垂直的组合中，可以同时满足机械臂两个轴向的控制要求。

为了适用更精细的控制，可将液压换向阀6用微量泵或者微量阀代替，微量泵或者微量阀构成的液体膨胀管式人工肌肉和关节，能更好的适应仿生活动关节的设计优化。

与现有技术相比，本实用新型的机械臂由于采用了液压式轴承的轴关节，使其在同等外观尺寸的状况下，机械臂的负载能力显著提高，可轻易的达到吨级的负载能力；液压式轴承的轴关节，体积小，使其在等同于人类手臂尺寸的范围内，机械臂的关节设计能做到平顺自然，不突兀臃肿，比采用谐波减速器以及人工气体肌腱的动力方式的负载能力更强，体积更小；通过马达驱动的液压换向阀控制机械臂的轴关节的转动，能保证轴关节的精度达到谐波减速器或RV减速器的全电机械臂的精度；一体式结构的轴关节，隐藏式的液压管路，降低了抗外力冲击损伤而发生泄漏的概率，提高了安全可靠性；液压动力单元的容积量只需满足需要，即便发生泄漏，能保证因泄漏导致污染程度最低化；轴关节的集成度高，内部部件无需维修，发生损坏时，只需整体更换即可，检修方便，提高了维护效率。

应当理解，方位词均是结合操作者和使用者的日常操作习惯以及说明书附图而设立的，它们的出现不应当影响本实用新型的保护范围。

以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。