一种内置液压流道的双自由度关节的制作方法

本发明涉及液压传动领域，特别涉及一种内置液压流道的双自由度关节。

背景技术：

机器人关节运动灵活，自由度较多。为了将油液输送到分布于各关节的液压执行器，目前常用的方式是采用液压软管作为主要液压管路。但液压软管的弹性会降低液压系统的等效刚度，导致系统频响降低；液压软管弯曲后具有一定的回弹力，对关节动力学特性产生影响；同时，液压软管转弯半径较大，为了保护软管不与其他结构干涉而产生磨损和撕裂，在设计中通常会设计较长的余量，增加了管路长度、系统复杂性和总质量。因此，开发一种内置流道的关节可以有效提高机器人性能。

对于多自由度关节，若采用多个单自由度关节串联的连接形式，会增大关节体积和质量，影响系统可靠性，同时为执行器安装带来困难。而双自由度关节可大幅减小关节体积和质量，确保关节灵活转动。

技术实现要素：

针对现有液压软管跨关节输送油液带来的弊端，以及单自由度关节串联存在的问题，本发明提出一种内置液压流道的双自由度关节。

本发明通过如下技术方案来实现：

一种内置液压流道的双自由度关节，其特征在于，其包括转轴、第一转子和第二转子；

所述转轴可转动地嵌套在所述第一转子的通孔中，嵌套所述转轴的第一转子可转动地嵌套在所述第二转子的内部；

所述转轴内部开设有不连通的流道一和流道二，所述第一转子内部开设有不连通的流道三和流道四，所述第二转子内部开设有不连通的流道五和流道六；所述转轴的流道一、所述第一转子的流道三、所述第二转子的流道五连通，组成第一液压流路；所述转轴的流道二、所述第一转子的流道四、所述第二转子的流道六连通，组成第二液压流路，实现所述第一转子绕所述转轴的轴线转动，所述第二转子绕垂直于所述转轴轴线的方向转动的双自由度的同时关节内部流路畅通。

进一步地，所述转轴内设有位于转轴中部的第五周向凹槽、位于转轴两侧的第一轴向流道和第二轴向流道，所述第一轴向流道和第二轴向流道不连通；所述第五周向凹槽两侧还分别开设有第一周向凹槽和第二周向凹槽；所述第一轴向流道内部还开设有与其自身连通的第一径向通孔，第一径向通孔还与第一周向凹槽连通；第二轴向流道内部开设有其自身连通的第二径向通孔，第二径向通孔还与第二周向凹槽连通。

进一步地，所述第一转子内设有位于中部的第一阶梯通孔、分别位于两侧的第三周向凹槽和第四周向凹槽、位于所述第一阶梯通孔一侧壁的且相连通的第四流道和第三流道，以及位于所述所述第一阶梯通孔另一侧壁的相连通的第六流道和第五流道；第三流道还与第三周向凹槽连通，第五流道还与第四周向凹槽连通。

进一步地，所述第二转子内设有阶梯沉孔、位于所述阶梯沉孔两侧的第二阶梯通孔、第三阶梯通孔，以及与所述第二阶梯通孔连通的第七流道、与所述第三阶梯通孔连通的第八流道。

进一步地，所述转轴嵌套在所述第一转子的第一阶梯通孔中，且所述第二径向通孔与第四流道连通，第一径向通孔与第六流道连通；

所述第一转子嵌套在所述第二转子的阶梯沉孔中，且其两端分别位于所述第二阶梯通孔、第三阶梯通孔中，且第一转子的第三流道与第二转子的第七流道连通，第一转子的第五流道与第二转子的第八流道连通，从而使得所述第二转子的第一油口通过第七流道、第三周向凹槽、第三流道、第四流道、第二周向凹槽、第二径向通孔和第二轴向流道与转轴的第三油口连通；所述第二转子的第二油口通过第八流道、第四周向凹槽、第五流道、第六流道、第一周向凹槽、第一径向通孔和第一轴向流道与第四油口连通。

进一步地，所述第五周向凹槽中安装第一密封件，用于分隔转轴的第一周向凹槽和第二周向凹槽；第一转子的第一阶梯通孔左、右两侧对称安装第二密封件用于与第一密封件共同密封第三径向通孔和第四径向通孔内的油液；第二转子的第二阶梯通孔和第三阶梯通孔内均安装第三密封件和第四密封件，用于密封第三周向凹槽和第四周向凹槽中的油液。

进一步地，所述第一阶梯通孔内左、右两侧还对称安装第一挡圈、第一支承件和第一压盖，第一挡圈压紧并固定第二密封件，第一支承件用于支承转轴和第一转子，并提供转动自由度，第一压盖用于压紧并固定第一支承件；

第二阶梯孔中，第三密封件上方还依次安装第二挡圈、第二支承件和第二压盖，第二挡圈压紧并固定第三密封件，第二支承件用于支承第一转子和第二转子并提供转动自由度，第二压盖用于压紧并固定第二支承件；第四密封件下方安装第三挡圈，用于压紧并固定第四密封件；第三阶梯孔中所有元件与第二阶梯孔对称安装，作用相同。

进一步地，转轴固连于第一肢体部件上，第二转子固连于第二肢体部件上；第一执行器一端铰接于第一肢体部件上，另一端铰接于所述第一转子上；第二执行器一端铰接于第一肢体部件上，另一端铰接于所述第二转子上；第一执行器驱动第二肢体部件相对于第一肢体部件绕转轴旋转，第二执行器驱动第二肢体部件相对于第一肢体部件绕第二阶梯通孔所在轴线旋转。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的内置液压流道的双自由度关节可以在液压驱动机器人中避免使用液压软管连接关节两端的液压管路，避免液压软管对机器人性能带来的不利影响。双自由度关节增加了机器人运动的灵活性，减小了关节的尺寸和重量。

附图说明

图1是本发明的剖视结构示意图。

图2是转轴的结构示意图，其中，图2(a)为剖视图，(b)为立体图。

图3是第一转子的结构示意图；其中，图3(a)为剖视图，(b)为立体图。

图4是第二转子的结构示意图。

图5是本发明的外观结构示意图，其中第二转子在图1位置基础上转动90°。

图6是本发明的内置液压流道的双自由度关节应用的示意图。

图中：1.第二压盖，2.第二支承件，3.第二挡圈，4.第三密封件，5.第二转子，6.第一转子，7.第四密封件，8.第三挡圈，9.转轴，10.第一密封件，11.第一压盖，12.第一支承件，13.第一挡圈，14.第二密封件，21.第一肢体部件，22.第一执行器，23.第二肢体部件，24.第二执行器，501.第一油口，502.第七流道，503.第三孔口，504第二阶梯通孔，505.第二油口，506.第八流道，507.第四孔口，508.第三阶梯通孔，509.阶梯沉孔，601.第三周向凹槽，602.第三流道，603.第四流道，604.第二孔口，605.第一阶梯通孔，606.第一孔口，607.第六流道，608.第五流道，609.第四周向凹槽，901.第四油口，902.第一周向凹槽，903.第五周向凹槽，904.第二周向凹槽，905.第三油口，906.第一轴向流道，907.第一径向通孔，908.第二径向通孔，909.第二轴向流道。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，使得本发明的目的和效果变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的内置液压流道的双自由度关节，包括转轴9、第一转子6和第二转子5。

如图2所示，转轴9内设有位于转轴9中部的第五周向凹槽903、位于转轴9两侧的第一轴向流道906和第二轴向流道909，第一轴向流道906和第二轴向流道909不连通；第五周向凹槽903两侧还分别开设有第一周向凹槽902和第二周向凹槽904；第一轴向流道906内部还开设有与其自身连通的第一径向通孔907，第一径向通孔907还与第一周向凹槽902连通，第一径向通孔907至少为1个，在转轴9强度允许情况下也可设置多个通孔，以减小节流作用；第一径向通孔907的直径不大于第一周向凹槽902的宽度，以保证第一周向凹槽902周向宽度相等；第二轴向流道909内部开设有其自身连通的第二径向通孔908，第二径向通孔908还与第二周向凹槽904连通，第二径向通孔908至少为1个，在转轴9强度允许情况下也可设置多个通孔，以减小节流作用；第二径向通孔908的直径不大于第二周向凹槽904的宽度，以保证第二周向凹槽904周向宽度相等；第一周向凹槽902与第二周向凹槽904可以保证无论转轴9转到哪个角度都能实现油路连通。

如图3所示，第一转子6内设有位于中部的第一阶梯通孔605、分别位于两侧的第三周向凹槽601和第四周向凹槽609、位于第一阶梯通孔605一侧壁的且相连通的第四流道603和第三流道602，以及位于第一阶梯通孔605另一侧壁的相连通的第六流道607和第五流道608；第三流道602还与第三周向凹槽601连通，第五流道608还与第四周向凹槽609连通；第三流道602直径不大于第三周向凹槽601宽度，第五流道608直径不大于第四周向凹槽609宽度，以保证第三周向凹槽601和第四周向凹槽609周向宽度相等；第四流道603和第六流道607的直径分别不大于第二周向凹槽904和第一周向凹槽902的宽度，使得第二孔口604和第一孔口606不被轴9遮盖；第四流道603和第三流道602也可通过增材制造等加工方法加工为1个弯孔，孔两端分别连通第一阶梯通孔605和第三周向凹槽601；第六流道607和第五流道608也可通过增材制造等加工方法加工为1个弯孔，孔两端分别连通第一阶梯通孔605和第四周向凹槽609；第三周向凹槽601和第四周向凹槽609保证无论第二转子5转到哪个角度都能实现油路连通。

如图4所示，第二转子5内设有阶梯沉孔509、位于阶梯沉孔509两侧的第二阶梯通孔504、第三阶梯通孔508，以及与第二阶梯通孔504连通的第七流道502、与第三阶梯通孔508连通的第八流道506；第七流道502和第八流道506也可通过增材制造等加工方法加工为任意形状的孔，以便于关节的安装以及减小液阻；第七流道502连通第一油口501和第二阶梯通孔504，第八流道506连通第二油口505和第三阶梯通孔508。

如图1和5所示，转轴9嵌套在第一转子6的第一阶梯通孔605中，且第二径向通孔908与第四流道603连通，第一径向通孔907与第六流道607连通；第一转子6嵌套在第二转子5的阶梯沉孔509中，且其两端分别位于第二阶梯通孔504、第三阶梯通孔508中，且第一转子6的第三流道602与第二转子5的第七流道502连通，第一转子6的第五流道608与第二转子5的第八流道506连通，从而使得第二转子5的第一油口501通过第七流道502、第三周向凹槽601、第三流道602、第四流道603、第二周向凹槽904、第二径向通孔908和第二轴向流道909与转轴9的第三油口905连通；第二转子5的第二油口505通过第八流道506、第四周向凹槽609、第五流道608、第六流道607、第一周向凹槽902、第一径向通孔907和第一轴向流道906与第四油口901连通。

如图5所示，本发明的内置液压流道的双自由度关节具备两个自由度，其中，第一转子6可绕转轴9转动，第二转子5可绕第二阶梯通孔504的轴线转动。

下面给出本发明的内置液压流道的双自由度关节的一个具体应用场景。

具体的，如图6所示，以机器人髋关节为例，使用本发明时，将转轴9固定于机器人躯干上，并将液压动力源的高压供油管和低压回油管分别连接到转轴9的第四油口901和第三油口905。第一执行器22一端铰接于机器人躯干上，另一端铰接于第一转子6上；第二执行器24一端铰接于躯干上，另一端铰接于第二转子5上。第二转子5末端与大腿固连，第二转子5的第一油口501和第二油口505与大腿液压管路连通，为大腿及其下方的液压执行器供油。

当大腿内、外翻转时，第一执行器22活塞杆伸出或收回，第二执行器24动作跟随第二转子5与第二执行器24铰接点的位置变化，使大腿完成翻转动作。当大腿左、右偏航时，第二执行器24活塞杆伸出或收回，第一执行器22动作跟随第一转子5与第一执行器22铰接点的位置变化，使大腿完成偏航动作。