一种单叶片液压摆动油缸驱动的多关节重载机械臂的制作方法

本发明属于液压机器人技术领域，具体涉及一种单叶片液压摆动油缸驱动的多关节重载机械臂。

背景技术：

机械臂是目前机器人领域中得到最广泛应用的自动化机械装置，机械臂在工业生产过程中的广泛使用，不仅大大降低了劳动力成本，而且极大地提高了生产效率，推动了工业化生产进程。但传统的工业机器人研制周期较长且都是依据特有的任务而设计的，结构尺寸设计好后不能再进行改变和调整，其根据需求变化的能力非常弱。机器人的设计通常根据实际工作情况及环境状况来具体设计各段机械臂的本体结构，这不仅使得机器人工作的形式单一，而且设计完成的机器人组件很难和其他的机器人通用，若出现某部件的损坏，机械臂将不可在段时间内修复好而延误其工作进程；即现有机械臂大多为非模块化设计，部件的通用性非常差；因此机器人驱动关节的模块化设计也是发展的必然趋势。现有的工业机器人的驱动关节主要采用的是伺服电机加谐波减速器的形式，体积庞大且伺服电机产生的驱动力矩非常小，即以电机为驱动关节的机械臂载荷-自重比、功率密度极小，不适用于大物料的搬运工作。因此，发明一种可以承受大载荷和输出大力矩的多关节重载机械臂显得尤为重要。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种单叶片液压摆动油缸驱动的多关节重载机械臂，包括基座模块、腰关节模块、肩关节模块、腕关节模块和设置于模块之间的大臂、小臂，其特征在于：所述腰关节模块、肩关节模块、腕关节模块均由两个垂直设置的单叶片液压摆动油缸组成，各模块之间通过法兰盘和螺栓串联固定，通过液压驱动的形式传递大力矩；

所述腰关节模块与基座模块配合连接，其中基座模块包括基座外壳和将基座固定在工作台面上的基座定位螺栓，基座外壳上设有基座盖板，基座外壳与基座盖板之间通过基座盖板螺钉连接固定，腰关节模块包括垂直设置的J1油缸和J2油缸，腰关节设置于J1油缸、J2油缸之间，所述J1油缸安装于基座内通过J1轴与腰关节连接，驱动腰关节旋转，J2油缸端部盖板与腰关节连接板通过螺栓连接，J2油缸力臂与大臂通过大臂连接板过渡连接，驱动大臂作摆动运动；

所述肩关节模块包括垂直设置的J3油缸与J4油缸，所述腕关节模块包括垂直设置的J5油缸与J6油缸，所述J3油缸与J4油缸通过J3油缸力臂连接板连接在一起，其中J3油缸力臂连接板直接作为J4油缸的盖板与J4油缸通过螺栓连接在一起，所述J5油缸与J6油缸通过J5油缸力臂连接板连接在一起，其中J5油缸力臂连接板直接作为J6油缸的盖板与J6油缸通过螺栓连接在一起，所述J6油缸端部法兰前端用于连接机械臂前端执行器。

所述J1油缸通过J1盖板螺钉和J1油缸盖板对J1油缸进行端面密封，所述J1油缸盖板上设置有内外两圈的螺纹孔，内圈螺纹孔与J1油缸端面的螺纹孔相对应，外圈螺纹孔与基座底部的螺纹孔相对应，通过J1盖板定位螺钉将进J1油缸盖板与基座底部连接，所述腰关节为圆盘状板体，腰关节底部与J1油缸轴通过键连接，腰关节上部设置腰关节连接板，用于与J2油缸的端部盖板连接。

所述J3油缸两端部设有J3油缸盖板，两盖板底部与大臂连接板连接固定，J3油缸盖板外侧设有J3油缸力臂，J3油缸力臂与J3轴之间通过键连接，两块J3油缸力臂之间通过J3油缸力臂连接板连接固定，J3油缸力臂连接板作为J4油缸一侧端盖板，对J4油缸进行密封，J4油缸另一侧设有J4油缸盖板，J4油缸盖板外侧通过螺钉连接J4轴和法兰盘，法兰盘与小臂连接固定，所述腕关节的J5油缸和J6油缸与肩关节的J3油缸和J4油缸结构形式相同。

所述J1油缸与J2油缸、J3油缸与J4油缸、J5油缸与J6油缸分别为3种型号的单叶片液压摆动油缸，其中J1油缸与J2油缸尺寸最大，输出转矩最大，J3油缸与J4油缸尺寸相对小些，可输出较大的转矩，J5油缸与J6油缸尺寸相对最小，所输出转矩相对小些，但仍比相同尺寸的电机输出的转矩更大，即转矩-体积比较大。

所述J1油缸与J2油缸的轴线垂直设置，J1油缸提供转动力矩，J2油缸提供摆动力矩，使得大臂可做转动与摆动运动；J3油缸与J4油缸的轴线垂直设置，J3油缸提供摆动力矩，J4油缸提供转动力矩，使得小臂可做摆动与转动运动；J5油缸与J6油缸的轴线垂直设置，J5油缸提供摆动力矩，J6油缸提供转动力矩，使得J6轴法兰可做摆动与转动运动。

所述J4与J6油缸的盖板一方面作为盖板具有端面密封作用，另一方面作为肩关节模块与腕关节模块的一部分，分别与J3油缸力臂、J5油缸力臂通过螺栓连接在一起，使得结构简单紧凑，体积-载荷比较大。

所述大臂和小臂为管状钢材，其长度根据用户的工作范围需求进行选取；其中大臂两端以法兰连接的方式通过螺栓与大臂连接板连接在一起，小臂两端以法兰连接的方式通过螺栓分别与J4轴法兰、腕关节连接板连接在一起，所述各个油缸输出轴与其对应的油缸力臂通过键连接在一起。

本发明具有如下优点：

本发明提供了一种单叶片液压摆动油缸驱动的多关节重载机械臂，基座模块、腰关节模块、肩关节模块、腕关节模块均可批量化生产，且均具有模块化的特点，减小生产成本并提高生产效率；大臂与小臂的臂长可以根据用户需求选取，并能与各个模块快速的连接而组装成多关节重载机械臂；

本发明机械臂中的六个油缸：J1油缸、J2油缸、J3油缸、J4油缸、J5油缸、J6油缸均为单叶片液压摆动油缸，各个输出轴的转角范围较大，其中，J6轴法兰前端可以连接机械爪，拖板等前端执行器，整体结构简单紧凑，方便拆装、检修与维护，并可实现模块化生产。

附图说明

图1为本发明机械臂整体结构示意图；

图2为本发明机械臂的基座模块结构示意图；

图3为本发明机械臂的基座模块剖视图；

图4为本发明机械臂的腰关节模块结构示意图；

图5为本发明机械臂的肩关节模块结构示意图；

图6为本发明机械臂的连接结构示意图；

图7为本发明机械臂的腕关节模块结构示意图；

图中：1-机座外壳、2-基座定位螺栓、3-基座盖板、4-基座盖板螺钉、5-腰关节、6-腰关节连接板、7-腰关节连接板螺钉、8-J2油缸盖板、9-J2油缸力臂、10-J2轴、11-J2轴键槽、12-J2油缸、13-大臂连接板、14-大臂连接板螺钉、15-大臂连接螺钉、16-大臂、17-J3油缸盖板、18-J3油缸力臂、19-J3轴键槽、20-J3轴、21-J3油缸、22-J3油缸力臂连接板、23-J3油缸力臂连接板螺钉、24-J4油缸、25-J4油缸盖板、26-J4油缸盖板螺钉、27-法兰盘连接螺钉、28-法兰盘、29-小臂连接螺钉、30-小臂、31-腕关节连接板、32-J5油缸、33-J5油缸盖板、34-J5轴、35-J5轴键槽、36-J5油缸力臂、37-J5油缸力臂连接板、38-J5油缸力臂连接板螺钉、39-J6油缸、40-J6油缸盖板、41-J6轴法兰、42-J6轴、43-J1轴、44-J1轴承、45-J1油缸盖板、46-J1油缸、47-J1盖板螺钉、48-J1盖板定位螺钉、49-J4轴、50-小臂连接孔。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1所示，本发明多关节重载机械臂主要由6个单叶片液压摆动油缸所构成的基座模块、腰关节模块、肩关节模块、腕关节模块与大臂、小臂以及法兰盘、螺栓等零部件串联而成，其中J1油缸与J2油缸、J3油缸与J4油缸，J5油缸与J6油缸均垂直设置并分别构成腰关节模块、肩关节模块与腕关节模块，J1油缸及相关零部件安装于基座内，其中基座定位螺栓可根据工作需求与地面或工作台连接。

图2与图3所示分别为基座模块和基座模块剖视图，J1油缸盖板45主要对J1油缸46进行端面密封，其连接件为J1盖板螺钉47，J1油缸盖板45上设置有内外两圈的螺纹孔，内圈螺纹孔与J1油缸端面的螺纹孔相对应，外圈螺纹孔与基座底部的螺纹孔相对应，并通过J1盖板定位螺钉进行连接；J1轴43与腰关节5通过键连接，J1轴承44内外圆分别与腰关节5和基座盖板3配合，其作用为增强腰关节的稳定性；

如图1与图4所示，其中图4为腰关节模块，腰关节连接板螺钉7将腰关节连接板6与腰关节5连接在一起，由此，腰关节模块与基座模块配合在一起；J2油缸盖板8与腰关节连接板6通过螺栓连接在一起，J2油缸力臂9与J2轴10通过键连接在一起，其中J2油缸12与J1油缸46为同一型号的液压油缸，可输出相同大小的力矩，大臂连接板13与J2油缸力臂9通过螺栓连接；大臂连接螺钉14将大臂16的一端（下端）与大臂连接板13连接在一起，将大臂的另一端（上端）与肩关节模块连接在一起。

如图1与图5所示，其中图5为肩关节模块，J3油缸盖板17通过螺钉安装于J3油缸21两端，J3油缸力臂18与J3轴20通过键连接在一起；J4油缸盖板25具有双重作用:一方面作为J4油缸的盖板具有端面密封作用，另一方面作为肩关节模块的一部分，与J3油缸力臂通过螺栓连接在一起共同构成肩关节模块；如图1与图6所示，其中图6为连接结构，法兰盘28径向与J4轴通过法兰盘连接螺钉27连接在一起，小臂连接螺钉29将小臂的一端（下端）与法兰盘轴向连接在一起。

如图7所示为腕关节模块，其结构形式与肩关节模块相同，只是其尺寸比肩关节模块稍小一些，根据使用需求，J6轴法兰41前端可以连接机械爪，拖板等前端执行器。

J1油缸与J2油缸、J3油缸与J4油缸、J5油缸与J6油缸分别为3种型号的单叶片液压摆动油缸，液压油缸的结构形式均相同，只是尺寸不同，其中J1油缸与J2油缸尺寸最大，输出转矩最大，J3油缸与J4油缸尺寸相对小些，可输出较大的转矩，J5油缸与J6油缸尺寸相对最小，所输出转矩相对小些，但仍比相同尺寸的电机输出的转矩更大。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。