集成式电机泵旋转关节的制作方法

1.本实用新型涉及机器人结构的技术领域，具体为集成式电机泵旋转关节。


背景技术：

2.随着各行各业的机械化、自动化、智能化程度越来越高，为了更大程度的拓展机械自动化的应用领域，特别是机器人领域：四足机械人、双足机械人、外骨骼、机械臂等，因此机器人领域对旋转关节提出了更高、更严的性能要求。目前各类机器人的旋转关节主要采用伺服电机加减速机的结构，虽然得到了广泛的运用，但是存在功率密度比相对较低及响应速度不高的缺陷。为解决此类问题，出现了各种由集成式电液作动器(eha)及由液压泵站通过管路驱动的液压作动器组成的旋转关节，但其都存在外形庞大、结构复杂，且不能充分融合机器人的结构特征，故不能充分应用于机器人领域。电液伺服控制系统具有功率密度大、控制精度高、响应速度快等优点，便于小型化、一体化、标准化及模块化设计，因此在机器人应用领域有不可替代的趋势及场合，因此机器人领域急需一批定制化的液压元器件。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本实用新型提供了集成式电机泵旋转关节，其充分结合了液压传动的优势并融合了机器人关节结构特征而成，具有结构原理新颖、空间结构简单，采用一体化、标准化及模块化设计原则，便于集成安装使用。
4.集成式电机泵旋转关节，其特征在于，其包括：
5.外转子力矩电机，其包括外圈转子、内圈定子、定子固定端盖、定子中心通孔；
6.径向柱塞泵，其包括泵体、若干个环布的径向柱塞，所述径向柱塞安装于所述泵体的外圆柱面圆周均匀布置的柱塞孔内；
7.单向阀；
8.增压油箱，其包括有增压油箱活塞、增压油箱密封端盖、弹性元件；
9.第一旋转壳体；
10.第二旋转壳体；
11.第一轴承；
12.以及配流轴，所述配流轴包括前凸配流部分、后端定位部分；
13.所述第一旋转壳体和第二旋转壳体通过第一轴承组合形成相互独立旋转的壳体机构，所述第一旋转壳体对应于第一轴承的内圈组装，所述第二旋转壳体对应于所述第一轴承的外圈组装；所述第一旋转壳体、第二旋转壳体的相背端面分别设置有对应的连接接口；
14.所述第一旋转壳体、第二旋转壳体组合形成有中心空心的中心贯穿腔；
15.所述中心贯穿腔内塞装有外转子力矩电机，所述外转子力矩电机的定子固定端盖朝向中心贯穿腔的外侧布置，所述外圈转子设置于所述中心贯穿腔内，所述外圈转子的内端端面上固接有所述泵体，所述泵体上还布置有若干个径向柱塞，所述泵体的中心孔内插
装有所述配流轴的前凸配流部分，所述后端定位部分后凸于所述泵体的中心孔，所述后端定位部分的固接所述第二旋转壳体；
16.所述配流轴内设置有连通配流槽所对应的油腔的油路，所述油路还包括有连通至外侧间隙通路的调节油路，所述调节油路上设置有所述单向阀，所述单向阀仅能径向自外而内通路；
17.所述定子中心通孔密封连接有增压油箱密封端盖，所述增压油箱活塞贯穿所述增压油箱密封端盖设置、且大径端位于定子中心通孔的轴向内侧，所述增压油箱活塞的大径端和所述定子中心通孔的环周密封接触连接；
18.所述增压油箱活塞的大径端内端面和所述前凸配流部分的前端面之间的腔体为增压油腔，所述增压油腔具体为外转子力矩电机、集成壳体、集成壳体端盖、配流轴及增压油箱活塞之间形成的密闭容腔，增压油腔各部之间通过外侧间隙通路连通；
19.所述增压油箱密封端盖和所述增压油箱活塞的大径端的相向端面的空间内设置有弹性元件，所述弹性元件给所述增压油箱活塞施加弹性压力；
20.所述后端定位部分还开设有两油路口，两油路口分别连通至油路，两油路口包括一进油口、一出油口。
21.其进一步特征在于：
22.所述第一旋转壳体具体为外圈壳体，其包括固定端盖、遮盖环体结构，所述固定端盖位于遮盖环体结构的后端布置，所述固定端盖上环布有第一定位孔；
23.所述第二旋转壳体具体为集成壳体，其包括外环壳体、内环端盖，所述内环端盖径向中心预设有配流轴安装孔，所述内环端盖固接所述外环壳体的内环壁，所述外环壳体包括支承环、径向外端连接法兰；
24.所述泵体的左侧凸台与外圈转子的端面中心内孔间隙配合，用于定位保证两者的同心度；
25.所述弹性元件具体为波形弹簧；
26.所述后端定位部分后凸于所述泵体的中心孔，所述后端定位部分插装于所述内环端盖的配流轴安装孔内，所述外环壳体的后端外环面环布有第二定位孔，所述外环壳体前部设置有支承环，所述支承环的外环壁紧贴第一轴承的内圈设置，所述第一轴承的外圈紧贴外圈壳体的遮盖环体结构的内壁；
27.所述后端定位部分固接所述集成壳体的内环定位孔，所述集成壳体的后端外环面环布有第二定位孔，所述集成壳体前部设置有支承环，所述支承环的外环壁紧贴第一轴承的内圈设置，所述第一轴承的外圈紧贴外圈壳体的遮盖环体结构的内壁；
28.所述外圈壳体和集成壳体均以外转子力矩电机的转轴为中心轴设置，所述外圈壳体和集成壳体在外力作用下独立转动；
29.所述第一定位孔、第二定位孔分别为集成式电机泵旋转关节的对应安装固定连接接口；
30.所述第一轴承具体为一对背靠背角接触球轴承，所述第一轴承的轴向两端位置分别设置有防尘圈，两组防尘圈防止污染物进入第一轴承的工作腔室内；
31.所述外圈转子的外环面和所述支承环的内环壁之间环布有滚针轴承，其确保整个结构的组装对中程度可靠稳定；
32.所述支承环的靠近固定端盖的一端固设有锁紧螺母，所述锁紧螺母用于压紧所述第一轴承，确保第一轴承的安装位置稳定可靠；
33.所述定子固定端盖的外环周螺纹连接所述支承环的对应位置的内螺纹，确保整个结构组装快捷方便；
34.所述支承环的内环壁形成有偏心内孔，第二轴承的外圈与集成壳体的右侧偏心内孔圆柱面过盈配合，第二轴承的内圈于所述径向柱塞的外端接触，所述径向柱塞在外伸状态分别顶装于第二轴承的内圈，且所述径向柱塞的外端为球形结构，确保磨损小，使得使用寿命长。
35.采用本实用新型的结构后，将集成式电机泵设置于机器人旋转关机的由第一旋转壳体、第二旋转壳体组合形成有中心空心的中心贯穿腔内，其使得在进行机器人制造时，无需在额外设置空间进行集成式电机泵的布置，其充分结合了液压传动的优势并融合了机器人关节结构特征而成，具有结构原理新颖、空间结构简单，采用一体化、标准化及模块化设计原则，便于集成安装使用。
附图说明
36.图1为本实用新型的剖视示意简图；
37.图2为本实用新型的径向柱塞泵的工作原理剖视图；
38.图3为本实用新型的左视图；
39.图4为本实用新型的右视图；
40.图5为适用于本实用新型的外转子力矩电机的立体图示意图；
41.图6为图1的a处的局部放大图。
具体实施方式
42.集成式电机泵旋转关节，见图1-图6，其包括：
43.外转子力矩电机10，其包括外圈转子11、内圈定子12、定子固定端盖 13、定子中心通孔14；
44.径向柱塞泵20，其包括泵体21、若干个环布的径向柱塞22；
45.单向阀30；
46.增压油箱40，其包括有增压油箱活塞41、增压油箱密封端盖42；
47.第一旋转壳体50；
48.第二旋转壳体60；
49.第一轴承70；
50.以及配流轴80，配流轴80包括前凸配流部分81、后端定位部分82；
51.第一旋转壳体50和第二旋转壳体60通过第一轴承70组合形成相互独立旋转的壳体机构，第一旋转壳体50对应于第一轴承70的内圈组装，第二旋转壳体60对应于第一轴承70的外圈组装；第一旋转壳体50、第二旋转壳体 60的相背端面分别设置有对应的连接接口；
52.第一旋转壳体50、第二旋转壳体60组合形成有中心空心的中心贯穿腔 100；
53.中心贯穿腔100内设置有外转子力矩电机10，外转子力矩电机10的定子固定端盖
13朝向中心贯穿腔100的外侧布置，外圈转子11设置于中心贯穿腔100内，外圈转子11的内端端面上固接有泵体21，泵体21上还布置有若干个径向柱塞22，泵体21的中心孔内插装有配流轴80的前凸配流部分81，后端定位部分82后凸于泵体21的中心孔，后端定位部分82固接第二旋转壳体60；
54.配流轴80内设置有连通配流槽87所对应的油路83，油路83还包括有连通至外侧间隙通路85的调节油路84，调节油路84上设置有单向阀30，单向阀30仅能径向自外而内通路；
55.定子中心通孔14螺纹连接有增压油箱密封端盖42，增压油箱活塞41贯穿增压油箱密封端盖42设置、且大径端411位于定子中心通孔14的轴向内侧，增压油箱活塞41的大径端411和定子中心通孔14的环周密封连接；
56.增压油箱活塞41的大径端411内端面和前凸配流部分81的前端面之间的腔体为增压油腔86，增压油腔具体为外转子力矩电机、集成壳体、集成壳体端盖、配流轴及增压油箱活塞之间形成的密闭容腔，增压油腔86各部之间通过外侧间隙通路85连通；
57.增压油箱密封端盖42和增压油箱活塞41的大径端411的相向端面的空间内设置有弹性元件110，弹性元件110给增压油箱活塞41施加弹性压力；
58.后端定位部分82还开设有两油路口，两油路口分别连通至油路，两油路口包括一进油口、一出油口。
59.具体实施时：出油口和进油口分别连接有接头体120，两个接头体120分别通过管路连接外部的油缸130。
60.第一旋转壳体50具体为外圈壳体，其包括固定端盖51、遮盖环体结构 52，固定端盖51位于遮盖环体结构52的后端布置，固定端盖51上环布有第一定位孔511；
61.第二旋转壳体60具体为集成壳体，其包括外环壳体61、内环端盖62，内环端盖62径向中心预设有配流轴安装孔，内环端盖62固接外环壳体61的内环壁，外环壳体61包括支承环63、径向外端连接法兰64；具体实施时，内环端盖62的外环螺纹连接外环壳体61的预留中心安装腔；
62.泵体21的左侧凸台与外圈转子11的端面中心内孔间隙配合，用于定位保证两者的同心度；
63.弹性元件110具体为波形弹簧；
64.后端定位部分82后凸于泵体21的中心孔，后端定位部分82插装于内环端盖62的配流轴安装孔内，外环壳体61的后端外环面环布有第二定位孔611，外环壳体61前部设置有支承环63，支承环63的外环壁紧贴第一轴承70的内圈设置，第一轴承70的外圈紧贴外圈壳体的遮盖环体结构52的内壁；
65.外圈壳体和集成壳体均以外转子力矩电机10的转轴为中心轴设置，外圈壳体和集成壳体在外力作用下独立转动；
66.第一定位孔511、第二定位孔611分别为集成式电机泵旋转关节的对应安装固定连接接口；
67.第一轴承70具体为一对背靠背角接触球轴承，第一轴承70的轴向两端位置分别设置有防尘圈170，两组防尘圈170防止污染物进入第一轴承70的工作腔室内；
68.外圈转子11的外环面和支承环63的内环壁之间环布有滚针轴承140，其确保整个结构的组装对中程度可靠稳定；
69.支承环63的靠近固定端盖51的一端固设有锁紧螺母150，锁紧螺母150 用于压紧第一轴承70，确保第一轴承70的安装位置稳定可靠；
70.定子固定端盖13的外环周螺纹连接支承环63的对应位置的内螺纹，确保整个结构组装快捷方便；
71.支承环63的内环壁对应于径向柱塞22的外端所形成的外环周位置固设有第二轴承160，径向柱塞22在外伸状态分别顶装于第二轴承160的内圈，且径向柱塞22的外端为球形结构，确保磨损小，使得使用寿命长。具体实施时，泵体环布设置有若干个径向柱塞，每个径向柱塞油腔所处不同的位置会分别与配流轴80的配流槽87连通，配流槽87通过对应油路83分别连接至接头体120。具体实施时，第二轴承160具体为深沟球轴承，支承环63的内环壁形成有偏心内孔，第二轴承160的外圈与集成壳体的右侧偏心内孔圆柱面过盈配合，第二轴承60的内圈与所述径向柱塞22的外端接触，所述径向柱塞22在外伸状态分别顶装于第二轴承60的内圈，且所述径向柱塞22的外端为球形结构，确保磨损小，使得使用寿命长，偏心结构的设置确保后续的正常工作。
72.具体实施时，定子固定端盖13的端面设置有三个内孔与焊接式密封端子 90中绝缘柱的外圆柱面通过过盈链接，焊接式密封端子90中导电柱外圆柱面分别与绝缘柱中心台阶孔间隙配合，绝缘柱的外圆柱面和导电柱的外圆柱面设置有密封圈槽，用于安装密封圈密封油液；焊接式密封端子的内侧与外转子力矩电机10的电器元件连接，焊接式密封端子90外侧作为集成式电机泵旋转关节的电气接口。
73.具体实施时，固定端盖51通过环布螺栓固接遮盖环体结构52的对应连接端面，配流轴80通过环布螺钉固接内环端盖62，使得整个结构组装后稳定可靠。
74.其工作原理如下：增压油腔86额外设置进油管路进行注油，或者每次增压油腔86油压不足后，打开增压油箱密封端盖42和增压油箱活塞41向增压油腔86内注入压力油，增压油腔86在波形弹簧的作用力下保持稳定状态，直至径向柱塞泵体20内的油路的进油不能满足排油油路需求时，波形弹簧推动增压油腔86内的液压油沿着外侧间隙通路通过单向阀进入配流轴80的油路，从而使得整个液压系统正常稳定工作，直至增压油腔86内的油液耗尽。
75.当外转子力矩电机10带动径向柱塞泵20旋转时，在离心力与偏心距的共同作用下，使径向柱塞22在其对应的径向柱塞泵缸体的圆周孔内做往复运动，当径向柱塞22径向向外伸出时，液压油由回油管路的对应接头体120通过配流轴80内的油路83达到对应的配流槽87(正常工作状态)、或增压油腔86内的液压油通过外侧间隙油路85打开单向阀30通过配流轴80内的油路83补充到对应的配流槽87(进油量低于排油量时、增压油腔86补充液压油进入油路内)，其对应的径向柱塞泵的缸体21的圆周孔与配流槽87连通处于吸油状态；
76.当径向柱塞21向内缩回时，其对应的径向柱塞缸体的圆周孔与配流轴80 中的对应配流槽连通处于排油状态，液压油由配流槽87经配流轴80内的油路达到排油管路的接头体120和单向阀30的反向截止口，且单向阀30阻止液压油进入增压油腔86内；
77.当外转子力矩电机10的旋转方向改变时，设定的对应数量的径向柱塞的吸排油过程互换，以致配流轴80中的配油槽87的吸排油互换、对应的接头体120的吸排油互换，从而泵控液压系统中实现了电机泵换向；当只固定一个安装固定接口时，另一个安装固定接口将在外力的作用下围绕中心轴线旋转，从而达到旋转关节的作用。
78.其将集成式电机泵设置于机器人旋转关机的由第一旋转壳体、第二旋转壳体组合形成有中心空心的中心贯穿腔内，其使得在进行机器人制造时，无需在额外设置空间进行集成式电机泵的布置，其充分结合了液压传动的优势并融合了机器人关节结构特征而成，具有结构原理新颖、空间结构简单，采用一体化、标准化及模块化设计原则，便于集成安装使用。
79.采用外转子力矩电机驱动能获得更大的扭矩，有利于带载启动；采用径向柱塞泵不仅能简化结构便于偏平化、高速化、高压化设计，有利于提高电机泵的功率密度比；径向柱塞泵还便于双向泵设计，在泵控液压系统中可直接采用电机泵换向，有利于简化泵控液压系统；减少了径向柱塞泵滑动摩擦副的设计，有利于提高径向柱塞泵的使用寿命，从而提高电机泵的使用寿命，使液压传动在机器人领域有更广泛的应用，并拓展了液压传动类机器人的应用场景，具有巨大的应用价值。
80.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
81.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。