[发明专利]一种低速大扭矩步进式执行系统

说明书

本发明公开了一种低速大扭矩的步进式执行系统。步进式执行机构在柱塞缸的作用下驱动带蜗杆传动轴做步进式运动，蜗轮蜗杆减速机构将步进式运动平稳平滑输出。多个柱塞缸沿偏心轮周向间隔均布安装，偏心轮套装在带蜗杆传动轴光轴部分上，偏心轮绕带蜗杆传动轴偏心旋转，带蜗杆传动轴的蜗杆部分和蜗轮啮合形成蜗轮蜗杆传动副，蜗轮的中心套装输出轴。每个柱塞缸均经两位三通电磁阀分别和油泵、油箱连接，多组柱塞缸的两位三通电磁阀连接到功率放大器、控制器，控制器通过切换两位三通电磁阀的端口实现对每组柱塞缸的控制。本发明相对于电机输出，其扭矩明显增大，结构紧凑，相对于普通液压输出，其可以实现准确的步进输出。

技术领域

本发明属于液压和机械复合步进式传动领域，具体涉及了一种由蜗轮蜗杆减速机构、偏心轮、柱塞缸、电磁阀等组成的大扭矩的步进式执行系统。

背景技术

步进式执行机构一般是指能通过某些特定机械传动结构将现有的机械能、电能、或其他能量形式转化为目标运动形式的输出装置。目前，传统的、技术较为成熟的使用步进电机驱动的执行机构，可以方便地通过电机组合相应的减速器，方便地实现伺服控制。但是电机功率密度低，要想实现真正的大功率输出，微小型电机显然无法满足条件。相比电机驱动，液压驱动易于获得较大力或力矩，易于实现往复运动，传递运动平稳，可实现快速而且无冲击的变速和换向，因此在机器人驱动方面应用广泛。现有的液压执行机构由于最终的运动输出装置均是基于液压缸(或液压马达)，对运动的伺服控制只能通过精确地控制进入液压缸的液压油流量来实现，因此还需要比例阀(伺服阀)，实现伺服控制的难度较大，价格也较为昂贵。并且液压马达是通过连续旋转运动并输出扭矩，将液压能转换成转动形式的机械能输出，不能实现精确的输出位置控制。

随着工业技术的不断进步，对工业生产过程的自动化和智能化程度的要求也在不断提高。复杂生产线上各种动作的控制要求，对执行机构的精度、可控性、数字化、智能化也提出了更高的要求。目前，用于步进式控制的执行机构的发展趋势是，功率密度高，具有大扭矩输出、高可靠性、高防护性、便于安装维护等特点，而传统的基于电机的执行机构和基于液压的执行执行机构都难以同时满足上述需求。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种液压和机械传动复合的步进式执行系统，本发明通过控制电磁阀按顺序将压力油依次分配到不同油缸，输出端采用蜗轮蜗杆减速机构来实现步进输出。

为了实现上述功能要求，本发明采取如下技术方案：

本发明包括步进式执行机构和蜗轮蜗杆减速机构，步进式执行机构在柱塞缸的作用下驱动带蜗杆传动轴做步进式运动并通过带蜗杆传动轴的光轴部分输出至蜗轮蜗杆减速机构，蜗轮蜗杆减速机构经蜗轮蜗杆传动副将步进式运动平稳平滑输出；步进式执行机构中包含有沿偏心轮周向间隔均布安装的多个柱塞缸和带蜗杆传动轴，偏心轮套装在带蜗杆传动轴光轴部分的外围，带蜗杆传动轴光轴部分的旋转中心固定，偏心轮在多个柱塞缸的驱动下绕带蜗杆传动轴的光轴部分偏心旋转运动，带蜗杆传动轴的蜗杆部分和蜗轮啮合形成蜗轮蜗杆传动副，蜗轮的中心套装有输出轴；每个柱塞缸均经各自的两位三通电磁阀分别和油泵、油箱连接，多组柱塞缸的两位三通电磁阀共同连接到一个功率放大器，功率放大器连接控制器，控制器通过切换两位三通电磁阀的端口实现对每组柱塞缸的控制。

每个柱塞缸的柱塞杆朝向偏心轮径向布置，柱塞杆外周面套装有压缩弹簧，柱塞缸的柱塞杆端部经压缩弹簧接触连接到偏心轮的外周侧面。

控制器控制两位三通电磁阀依次向各自对应的柱塞缸供油，使得每个柱塞缸的柱塞杆依次伸出，推动偏心轮作平面步进式运动，带蜗杆传动轴的蜗杆部分在偏心轮的带动下旋转，蜗轮蜗杆传动副将平面步进式运动输出至输出轴。

所述输出轴的旋转角度和旋转速度由蜗轮蜗杆减速机构的几何参数、两位三通电磁阀的驱动频率和柱塞缸的个数来调节。