一种静液驱动六轴机器人

1.本发明涉及机器人，具体涉及一种静液驱动六轴机器人。


背景技术：

2.机器人广泛应用于工业制造、医疗、娱乐服务、军事、半导体制造和太空探索等各个领域。六轴机器人可以模仿人体手臂，除了腰部、肩膀、肘部、手腕四个关节外，还有腕部俯仰和腕部横摆两个关节，共由六个关节。六个关节的驱动全部靠油液提供动力，因此需要很多的油管连接各个关节；现有的全液压机器人用于供油的油管全部裸露在外，当各个关节进行活动时，油管很容易被缠绕或者夹断，影响机器人的驱动以及运动的灵活性。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种静液驱动六轴机器人，以解决现有全液压机器人用于供油的油管全部裸露在外，导致各个关节在运动的时候，油管很容易被缠绕或者夹断，且影响机器人的驱动以及运动灵活性的技术问题。
4.为了达到上述目的，本发明提供了一种静液驱动六轴机器人，包括底座单元、后臂单元、前臂单元、腕部单元、夹持器；所述底座单元包括底部法兰、腰部摆动缸和肩板；腰部摆动缸用于实现肩板相对于底部法兰的摆动；其特殊之处在于：
5.所述后臂单元包括后臂、后臂控制阀箱、后臂第一伺服油缸、后臂第二伺服油缸；所述后臂第一伺服油缸的驱动杆与肩板的下端铰接；肩板的上端与后臂的下端铰接；所述后臂第一伺服油缸的缸筒与后臂的中部铰接；
6.所述前臂单元包括前臂、前臂控制阀箱；所述前臂的后端与后臂上端铰接；所述前臂的中部与后臂第二伺服油缸的驱动杆铰接；所述后臂第二伺服油缸的缸筒与后臂的中部铰接；
7.所述后臂控制阀箱包括设置在后臂上的后臂控制阀箱体、设置在后臂控制阀箱体一侧的后臂阀块以及设置在后臂控制阀箱体内的后臂伺服阀组；所述后臂阀块上设置有多个第一油孔，所述第一油孔与外部供油系统连通；所述后臂伺服阀组包括三个伺服阀；所述三个伺服阀通过后臂阀块上的相应第一油孔分别对腰部摆动缸、后臂第一伺服油缸、后臂第二伺服油缸供油；所述后臂阀块通过相应的油管向前臂控制阀箱直接供油；
8.所述前臂控制阀箱包括设置前臂上的前臂控制阀箱体、设置在前臂控制阀箱体一侧的前臂阀块以及设置在前臂控制阀箱体内的前臂伺服阀组；所述前臂阀块上设置有多个第二油孔；所述前臂伺服阀组包括四个伺服阀；所述四个伺服阀通过所述前臂阀块上的相应第二油孔向腕部单元供油；所述前臂阀块通过油管与相应的第二油孔连通。
9.进一步地，所述腕部单元包括腕部俯仰缸、腕部摆动缸和腕部旋转组件；
10.所述前臂的前端设置有右侧腕部支撑板和左侧腕部支撑板，所述右侧腕部支撑板和左侧腕部支撑板内分别设置有液压油通路，用于前臂控制阀箱分别向腕部俯仰缸、腕部摆动缸以及腕部旋转组件供油。
11.进一步地，所述腰部摆动缸的驱动轴与底部法兰花键连接；所述底部法兰与腰部摆动缸的外壳之间设置有轴承；所述腰部摆动缸的外壳与肩板固连。
12.进一步地，所述腕部旋转组件包括腕部旋转箱体；
13.所述腕部俯仰缸的驱动轴两端分别与右侧腕部支撑板和左侧腕部支撑板固连；所述腕部俯仰缸缸筒内设置有第一油环；
14.所述腕部摆动缸的缸筒与所述腕部俯仰缸的缸筒固连；所述腕部摆动缸的驱动轴与腕部俯仰缸驱动轴相互垂直；所述腕部摆动缸驱动轴两端分别与腕部旋转箱体固连；
15.所述腕部摆动缸的缸筒内设置有第二油环；所述右侧腕部支撑板和左侧腕部支撑板上的液压油通路通过第一油环向所述腕部俯仰缸供油，并通过第一油环和第二油环向所述腕部摆动缸供油。
16.进一步地，所述腕部旋转组件还包括设置在腕部旋转箱体内的第三油环、液压马达以及夹持器直线油缸；
17.所述夹持器直线油缸设置在液压马达的转子部件内；所述夹持器直线油缸的缸筒与所述转子部件固连；所述夹持器直线油缸的驱动杆与夹持器的伸缩杆固连；夹持器的壳体与夹持器直线油缸的缸筒固连；
18.所述右侧腕部支撑板和左侧腕部支撑板内的液压油通路依次通过第一油环、第二油环、腕部旋转箱体的壳壁向液压马达的定子部件供油；
19.所述右侧腕部支撑板和左侧腕部支撑板内的液压油通路依次通过第一油环、第二油环、腕部旋转箱体、第三油环向夹持器直线油缸供油。
20.进一步地，所述夹持器直线油缸的缸筒与转子部件为一体化结构。
21.本发明的有益效果：
22.本发明的静液压驱动六轴机器人，只保留了主干路油管及底座供油油管，且可保证关节回转时不被缠绕，这使得机器人有更大的回转空间，提高了机器人运动的灵活性。
附图说明
23.图1是本发明一种静液驱动六轴机器人实施例的结构示意图；
24.图2是本发明实施例中的底座爆炸图之一；
25.图3是本发明实施例中的底座爆炸图之二；
26.图4是本发明实施例中的后臂单元爆炸图；
27.图5是本发明实施例中的前臂单元爆炸图；
28.图6是本发明实施例中腕部俯仰缸爆炸图；
29.图7是本发明实施例中腕部俯仰缸结构示意图；
30.图8是本发明实施例中的腕部摆动缸爆炸图；
31.图9是本发明实施例中的腕部摆动缸结构示意图；
32.图10是本发明实施例中的腕部旋转箱结构示意图；
33.图11是本发明实施例中的腕部旋转箱爆炸图；
34.图12是本发明实施例中的夹持器爆炸图；
35.图13是本发明实施例中的后臂第一伺服缸爆炸图；
36.图14是本发明实施例中的后臂第二伺服缸爆炸图；
37.图15是本发明实施例中的后臂控制阀箱爆炸图；
38.图16是本发明实施例中的前臂控制阀箱爆炸图；
39.图17是本发明实施例中的后臂第一伺服缸局部剖视图；
40.图18是本发明实施例中的后臂第二伺服缸局部剖视图；
41.图19是本发明实施例中的后臂单元局部剖视图；
42.图20是本发明实施例中的静液驱动六轴机器人局部剖视图；
43.图21是本发明实施例中的主干油路线路示意图；
44.图22是本发明实施例中的负载敏感液压控制系统原理图。
45.附图标号：
46.1-底座，11-腰部摆动缸，111-腰部旋转关节编码器，112-第一外花键，113-编码器出线口，114-液压油回路接头，12-底部法兰，121-轴承，122-第一内花键，13-肩板，14-肩部关节轴；
47.2-后臂，21-后臂第一伺服油缸，211-第一直线位移编码器，212-第一耳轴，2121-第一进出油口，213-第一杆端，22-后臂第二伺服油缸，221-第二直线位移编码器，222-第二耳轴，2221-第二进出油口，223-第二杆端，23-后臂控制阀箱，231-后臂伺服阀组，2321-第二主干路阀块，23211-第一液压接头，23212-第二液压接头，23213-第三液压接头，2322-第一负载比较阀块，2323-平衡阀块，233-后臂控制阀箱体，2332-第二数据接口，2333-第三数据接口，2334-第四数据接口，234-后臂控制阀箱盖，24-第一托架，25-第二托架，26-肩部抱轴，27-肘部关节轴，28-后臂侧板，29-后臂盖板，2x1-下端帽，2x2-上端帽，2x3-液压油通路；
48.3-前臂，31-前臂控制阀箱，311-前臂伺服阀组，3121-第二主干路阀块，3122-第二负载比较阀块，3131-液压油回路接头，3132-第六数据接口，313-前臂控制阀箱体，314-前臂控制阀箱盖，32-第二销轴，33-腕部支撑板，334-轴套，335-第二内花键，34-肘部抱轴，35-前臂支撑板；
49.4-腕部，41-腕部俯仰缸，411-腕部俯仰编码器，414-第二外花键，415-第一缸口，416-第一缸盖，417-第一油环，42-腕部摆动缸，421-腕部横摆编码器，424-第三外花键，425-第二缸口，426-第二缸盖，427-第二油环，43-腕部旋转箱，431-液压马达，4311-第三油环，432-腕部旋转编码器，437-夹持器直线油缸，439-腕部旋转箱体，44-端板，444-轴套，445-第三内花键；
50.5-夹持器，51-伸缩杆，52-夹具组件；
51.7-线路。
具体实施方式
52.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
53.一种静液压驱动六轴机器人，如图1所示，机器人设计有：机械结构系统，包括底座1、后臂2、前臂3、腕部4、夹持器5；液压动作系统包括腰部摆动缸11、后臂第一伺服油缸21、
后臂第二伺服油缸22、腕部俯仰缸41、腕部摆动缸42、腕部旋转马达431、夹持器直线油缸437、后臂控制阀箱23、前臂控制阀箱31、管路；位移反馈系统包括腰部旋转关节编码器111，第一直线位移编码器211、第二直线位移编码器221、腕部俯仰编码器411、腕部横摆编码器421、腕部旋转编码器432以及线路7。
54.底座1包含腰部摆动缸11、底部法兰12和肩板13，腰部摆动缸11与底部法兰12组成腰部旋转关节，腰部摆动缸11与肩板13连接，肩板13的上方通过肩部关节轴14与后臂2的下端连接，肩板13的下端设有第一销轴与后臂第一伺服油缸21的驱动杆连接，作为后臂2在后臂第一伺服油缸21的驱动下抬升的支撑点，后臂2的内部固设有后臂控制阀箱23、第一托架24、第二托架25、肩部抱轴26和肘部关节轴27，后臂2的上端通过肘部关节轴27与前臂3的上端连接，前臂3在后臂第二伺服油缸22的驱动下做上下俯仰运动，前臂3的另一端上固设有腕部支撑板33，腕部支撑板33与腕部俯仰缸41的转轴412固连，腕部俯仰缸41和腕部摆动缸42法兰连接，腕部俯仰缸41的旋转轴线与后臂抬升、前臂俯仰的轴线相互平行，腕部俯仰缸41和腕部摆动缸42的旋转轴线相互垂直，腕部摆动缸42通过端板44与腕部旋转关节43连接，腕部旋转箱43的末端与夹持器5法兰连接。
55.如图2和图3所示，底座1主要包括底部法兰12、腰部摆动缸11和肩板13，其中：底部法兰12的上部设置有轴承121和第一内花键122，腰部摆动缸11的旋转轴设置有第一外花键112，侧面安装有液压油回路接头114，上部固设有编码器出线口113；腰部摆动缸11的旋转轴与法兰盘13通过第一内花键122与第一外花键112的啮合来固定，如此当腰部摆动缸11旋转时，缸体带动肩板13旋转，从而带动整个机器人水平旋转；腰部摆动缸11的上端安装有用于检测缸体旋转角度的腰部旋转关节编码器111，其数据线从腰部摆动缸11的出线口接出。
56.如图4所示，后臂2包括一对后臂侧板28、后臂盖板29和端帽，后臂侧板28之间设置有后臂控制阀箱23、第一托架24和第二托架25，第一托架24的下端和第二托架25的上端分别设置有肩部抱轴26和肘部关节轴27，其中：肩部抱轴26套在肩部关节轴14上，与肩板13通过肩部抱轴26内部和两侧的轴套和推力垫圈铰接；肩部抱轴26通过法兰固定在后臂侧板28。
57.后臂侧板28中部开设有一个两圆相交孔，孔周围与两个端帽法兰连接；后臂侧板28中部开设有两个通油孔，与两圆相交孔281的两圆相对应。
58.如图15所示，后臂控制阀箱23包括后臂伺服阀组231、后臂阀块、后臂控制阀箱体233和后臂控制阀箱盖234。
59.如图5所示，前臂3包括前臂支撑板35、肘部抱轴34、前臂控制阀箱和腕部支撑板33，肘部抱轴34设置于前臂支撑板35之间，其中：肘部抱轴34套在肘部关节轴27上，通过肘部抱轴34的内部和两侧的轴套和推力垫圈与后臂侧板28铰接，肘部抱轴34通过法兰固定在前臂支撑板35上；
60.前臂支撑板35的中部还设置有第二销轴32与后臂第二伺服油缸22的缸头连接作为前臂3在后臂第二伺服油缸22的驱动下抬升的支撑点；
61.前臂控制阀箱包括前臂伺服阀组311、前臂阀块、前臂控制阀箱体313和前臂控制阀箱盖314。腕部支撑板33的右侧腕部支撑板331设有轴套334；腕部支撑板33的左侧腕部支撑板固设有第二内花键335。
62.腕部4包括腕部俯仰缸41、腕部摆动缸42、腕部旋转箱43。腕部俯仰缸41缸体与腕
部摆动缸42缸体法兰连接；腕部摆动缸42轴端与腕部旋转箱43靠端板44连接。端板44的上端板441设有轴套444；端板44的下端板442固设有第三内花键445。
63.如图6至图9所示，腕部俯仰缸41的左侧轴端413设有第二外花键414，与第二内花键335啮合。腕部俯仰缸41的缸体右侧设有第一缸口415和第一缸盖416，第一缸口415内部安装有腕部俯仰编码器411。
64.腕部摆动缸42的下侧轴端设有第三外花键424，与第三内花键445啮合。腕部摆动缸42的缸体上侧设有第二缸口425和第二缸盖426，第二缸口425内部安装有腕部横摆编码器421。
65.如图10和图11所示，腕部旋转箱43包括腕部旋转箱体439、液压马达431、夹持器直线油缸437、腕部旋转编码器432。其中：夹持器直线油缸437的缸筒与液压马达431一体化设计。
66.如图12所示，夹持器5包括伸缩杆51和夹具组件52。夹持器伸缩杆与夹持器直线油缸437连接；夹具组件52与夹持器直线油缸437的缸筒连接。
67.如图13和图14所示，后臂第一伺服缸21缸尾设有第一耳轴212，缸头设有第一杆端213。后臂第一伺服缸21内部设有第一直线位移编码器211。后臂第一伺服缸21的第一耳轴212与下端帽2x1通过轴套铰接，第一杆端213与第一销轴通过轴套铰接。
68.后臂第二伺服缸22缸尾设有第二耳轴222，缸头设有第二杆端223。后臂第二伺服缸22内部设有第二直线位移编码器221。后臂第二伺服缸22的第二耳轴222与上端帽2x2通过轴套铰接，第二杆端223与第二销轴32通过轴套铰接。
69.后臂阀块包含第一主干路阀块2321、第一负载比较阀块2322、平衡阀块2323。
70.如图16所示，前臂阀块包含第二主干路阀块3121、第二负载比较阀块3122。其控制原理对应如图22所示。
71.如图17、18和19所示，后臂第一伺服缸21的第一耳轴212设有第一进出油口2121，后臂第二伺服缸22的第二耳轴222设有第二进出油口2221；端帽设有液压油通路2x3。
72.如图20所示，腕部支撑板33的右侧腕部支撑板331设有液压油通路和电线通路3312，左侧腕部支撑板设有液压油通路；腕部俯仰缸41内部设有第一油环417，腕部摆动缸42内部设有第二油环427；腕端板44的上端板441设有液压油通路和电线通路，下端板442设有液压油通路；腕部旋转箱体439设有液压油通路，液压马达431设有第三油环4311。
73.如图21所示，腰部摆动缸的液压油回路接头与第一主干路阀块的第一液压接头通过管路连接；前臂控制阀箱体的液压油回路接头与第一主干路阀块的第二液压接头通过管路连接；第一主干路阀块的第三液压接头通过管路连接外部负载敏感泵。
74.腕部俯仰缸41与第一油环417，一体化设计，腕部摆动缸42与第二油环427一体化设计，液压马达431与第三油环4311一体化设计。
75.腰部旋转关节编码器通过线路连接至后臂控制阀箱体的第一数据接口；第一直线位移编码器和第二直线位移编码器通过线路连接至后臂控制阀箱体的第二数据接口、第三数据接口；腕部俯仰编码器、腕部横摆编码器、腕部旋转编码器的数据线经由上端板的电线通路和右侧腕部支撑板的电线通路连接至前臂控制阀箱体。后臂控制阀组包含三个比例阀，分别控制腰部摆动缸、后臂第一伺服油缸、后臂第二伺服油缸，前臂控制阀组包含四个比例阀，分别控制腕部俯仰缸、腕部摆动缸、腕部旋转马达、夹持器直线油缸；前臂控制阀组
通信线路与所述数据线集成于前臂控制阀箱体的第六数据接口连接至后臂控制阀箱体的第四数据接口；后臂控制阀箱体的第五数据接口通过线路连接外部控制系统。
76.底座绕中心做正负135度旋转，后臂绕肩部关节轴做水平面以下30度至水平面以上90度俯仰，前臂绕肘部关节轴做水平面以下90度至水平面以上38度俯仰，腕部俯仰缸绕中心做正负100度旋转，腕部摆动缸绕中心做正负100度旋转，夹持器绕中心360度旋转。
77.本发明的机器人的各个关节结构设置和液压负载敏感控制系统使得在运作过程中具有较高的精度和负载能力，本发明的六自由度机器人还具有开放式控制接口和标准化机械接口，易于与其他设备集成。
78.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明披露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种静液驱动六轴机器人，包括底座单元、后臂单元、前臂单元、腕部单元、夹持器(5)；所述底座单元包括底部法兰(12)、腰部摆动缸(11)和肩板(13)；腰部摆动缸(11)用于实现肩板(13)相对于底部法兰(12)的摆动；其特征在于：所述后臂单元包括后臂(2)、后臂控制阀箱(23)、后臂第一伺服油缸(21)、后臂第二伺服油缸(22)；所述后臂第一伺服油缸(21)的驱动杆与肩板(13)的下端铰接；肩板(13)的上端与后臂的下端铰接；所述后臂第一伺服油缸(21)的缸筒与后臂(2)的中部铰接；所述前臂单元包括前臂(3)、前臂控制阀箱(31)；所述前臂(3)的后端与后臂(2)上端铰接；所述前臂(3)的中部与后臂第二伺服油缸(22)的驱动杆铰接；所述后臂第二伺服油缸(22)的缸筒与后臂(2)的中部铰接；所述后臂控制阀箱(23)包括设置在后臂(2)上的后臂控制阀箱体(233)、设置在后臂控制阀箱体(233)一侧的后臂阀块以及设置在后臂控制阀箱体(233)内的后臂伺服阀组(231)；所述后臂阀块上设置有多个第一油孔，所述第一油孔与外部供油系统连通；所述后臂伺服阀组(231)包括三个伺服阀；所述三个伺服阀通过后臂阀块上的相应第一油孔分别对腰部摆动缸(11)、后臂第一伺服油缸(21)、后臂第二伺服油缸(22)供油；所述后臂阀块通过相应的油管向前臂控制阀箱(31)直接供油；所述前臂控制阀箱(31)包括设置前臂(3)上的前臂控制阀箱体(313)、设置在前臂控制阀箱体(313)一侧的前臂阀块以及设置在前臂控制阀箱体(313)内的前臂伺服阀组；所述前臂阀块上设置有多个第二油孔；所述前臂伺服阀组包括四个伺服阀；所述四个伺服阀通过所述前臂阀块上的相应第二油孔向腕部单元供油；所述前臂阀块通过所述油管与相应的第二油孔连通。2.根据权利要求1所述的静液驱动六轴机器人，其特征在于：所述腕部单元包括腕部俯仰缸(41)、腕部摆动缸(42)和腕部旋转组件；所述前臂(3)的前端设置有右侧腕部支撑板和左侧腕部支撑板，所述右侧腕部支撑板和左侧腕部支撑板内分别设置有液压油通路，用于前臂控制阀箱(31)分别向腕部俯仰缸(41)、腕部摆动缸(42)以及腕部旋转组件供油。3.根据权利要求2所述的静液驱动六轴机器人，其特征在于：所述腰部摆动缸(11)的驱动轴与底部法兰(12)花键连接；所述底部法兰(12)与腰部摆动缸(11)的外壳之间设置有轴承(121)；所述腰部摆动缸(11)的外壳与肩板(13)固连。4.根据权利要求3所述的静液驱动六轴机器人，其特征在于：所述腕部旋转组件包括腕部旋转箱体(439)；所述腕部俯仰缸(41)的驱动轴两端分别与右侧腕部支撑板和左侧腕部支撑板固连；所述腕部俯仰缸(41)缸筒内设置有第一油环(417)；所述腕部摆动缸(42)的缸筒与所述腕部俯仰缸(41)的缸筒固连；所述腕部摆动缸(42)的驱动轴与腕部俯仰缸(41)驱动轴相互垂直；所述腕部摆动缸(42)驱动轴两端分别与腕部旋转箱体(439)固连；所述腕部摆动缸(42)的缸筒内设置有第二油环(427)；所述右侧腕部支撑板和左侧腕部支撑板上的液压油通路通过第一油环(417)向所述腕部俯仰缸(41)供油，并通过第一油环(417)和第二油环(427)向所述腕部摆动缸(42)供油。5.根据权利要求4所述的静液驱动六轴机器人，其特征在于：
所述腕部旋转组件还包括设置在腕部旋转箱体(439)内的第三油环(4311)、液压马达(431)以及夹持器直线油缸(437)；所述夹持器直线油缸(437)设置在液压马达(431)的转子部件内；所述夹持器直线油缸(437)的缸筒与所述转子部件固连；所述夹持器直线油缸(437)的驱动杆与夹持器(5)的伸缩杆(51)固连；夹持器(5)的壳体与夹持器直线油缸(437)的缸筒固连；所述右侧腕部支撑板和左侧腕部支撑板内的液压油通路依次通过第一油环(417)、第二油环(427)、腕部旋转箱体(439)的壳壁向液压马达(431)的定子部件供油；所述右侧腕部支撑板和左侧腕部支撑板内的液压油通路依次通过第一油环(417)、第二油环(427)、腕部旋转箱体(439)、第三油环(4311)向夹持器直线油缸(437)供油。6.根据权利要求5所述的静液驱动六轴机器人，其特征在于：所述夹持器直线油缸(437)的缸筒与所述转子部件为一体化结构。

技术总结
本发明公开了一种静液驱动六轴机器人，以解决现有全液压机器人用于供油的油管全部裸露在外，导致各个关节在运动的时候，油管很容易被缠绕或者夹断，且影响机器人的驱动以及运动灵活性的技术问题。具体包括底座单元、后臂单元、前臂单元、腕部单元、夹持器；底座单元包括底部法兰、腰部摆动缸和肩板；后臂单元包括后臂、后臂控制阀箱、后臂第一伺服油缸、后臂第二伺服油缸；后臂第一伺服油缸的驱动杆与肩板的下端铰接；肩板的上端与后臂的下端铰接；后臂第一伺服油缸的缸筒与后臂的中部铰接；前臂单元包括前臂、前臂控制阀箱；前臂的后端与后臂上端铰接；前臂的中部与后臂第二伺服油缸的驱动杆铰接；后臂第二伺服油缸的缸筒与后臂的中部铰接。中部铰接。中部铰接。


技术研发人员：赵鹏兵 曾炎斌 刘翔 高正 牛鹏 贾严明
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/4