[发明专利]一种集成阀控的模块化双作用水压人工肌肉关节

说明书

本发明公开了一种集成阀控的模块化双作用水压人工肌肉关节，包括关节轮、控制器密封舱、第一水压人工肌肉、异形支撑柱、机架和第二水压人工肌肉；所述控制器密封舱的左端与关节轮连接、右端与异形支撑柱的左端连接，异形支撑柱的右端与机架连接；第一水压人工肌肉和第二水压人工肌肉分别位于异形支撑柱的前后两侧。本发明集成了控制阀组，且控制器密封舱外侧可布置传动装置与水压人工肌肉，充分利用系统空间，与未集成控制阀组的关节系统相比，体积减少50％，实现紧凑性与轻量化设计。本发明设计了机械、水液压和弱电等模块化通道，减少液压管路和电缆的限制，实现了水压人工肌肉关节的模块化设计，便于机械臂的构型设计及轻小型化设计。

技术领域

本发明涉及特种作业机械手以及深海作业装备技术领域，特别是一种集成阀控的模块化双作用水压人工肌肉关节。

背景技术

能够在深海环境中作业的主要工具为水下机械臂，其工作能力主要取决于驱动元件的输出能量密度，工作范围主要取决于关节的运动能力及机械臂的构型设计。因此，需要开发出具有高能量密度驱动元件、结构紧凑且拥有大范围运动空间的关节。现有水下机械臂驱动方式包括液压驱动与电机驱动，其中电机驱动的功率密度低，液压驱动具有较高的输出重量比，但在深海环境中，需要加热装置防止液压油粘度增大无法流动，使得整体机构的体积增大，给实际作业带来不便。近年来，流体人工肌肉作为一种新型驱动器，广泛应用于医疗机械领域。驱动介质为水的流体人工肌肉称为水压人工肌肉，其工作介质可以为过滤后的海水，与环境兼容，无需压力补偿装置。在同等横截面积下，水压人工肌肉的输出重量比为液压缸的5倍。因此，采用水压人工肌肉驱动关节，更有利于关节的轻小型化设计。然而，目前采用流体人工肌肉驱动的关节仅仅能实现一定的运动功能，未能在关节中集成驱动阀组，更没有模块化设计，导致整体机械臂的体积庞大、笨重，耗能极大。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种轻小型化的集成阀控的模块化双作用水压人工肌肉关节。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种集成阀控的模块化双作用水压人工肌肉关节，包括关节轮、第一收紧装置、第一传动丝、控制器密封舱、第一传动装置、第一水压人工肌肉、异形支撑柱、机架、第二水压人工肌肉、第二传动装置、控制阀组、第二传动丝、第二收紧装置、第一套筒、第一锁紧螺母、第一收紧弹簧、第二套筒、第二锁紧螺母、第二收紧弹簧、第一滑轮、第一保持架、第二滑轮和第二保持架；

所述控制器密封舱的左端与关节轮连接、右端与异形支撑柱的左端连接，所述异形支撑柱的右端与机架连接；所述第一水压人工肌肉和第二水压人工肌肉分别位于异形支撑柱的前后两侧；所述第一水压人工肌肉的封闭端与第一传动装置的右端连接、进水端与机架连接；所述第二水压人工肌肉的封闭端与第二传动装置的右端连接、进水端与机架连接；

所述第一传动丝为高强度柔性丝，高强度柔性丝的一端与关节轮连接、另一端绕过第一传动装置的第一滑轮后与第一收紧装置连接；所述第二传动丝为高强度柔性丝，高强度柔性丝的一端与关节轮连接、另一端绕过第二传动装置的第一滑轮后与第二收紧装置连接；

所述关节轮的负载端设置关节机械通道；

所述异形支撑柱的横截面为哑铃状，沿异形支撑柱轴向分别设置支撑水液压进水通道、支撑水液压回水通道、支撑弱电通道、支撑弱电备用通道、支撑1 号压力负载通道和支撑2号压力负载通道；所述支撑水液压进水通道、支撑水液压回水通道、支撑1号压力负载通道和支撑2号压力负载通道的两端出口处的异形支撑柱端面上均设置O型密封槽并安装O型密封圈；

所述控制器密封舱外形为圆柱形，在两侧设计有凹槽，分别布置第一传动装置、第二传动装置、第一水压人工肌肉和第二水压人工肌肉；所述控制器密封舱左端面有控制器密封舱第一沉孔和控制器密封舱第二沉孔；沿控制器密封舱轴向设置密封舱水液压进水通道、密封舱水液压回水通道、密封舱弱电通道、密封舱弱电备用通道，密封舱1号压力负载通道和密封舱2号压力负载通道由控制器密封舱的右端面起沿轴向分别连接至控制阀组的进水通道即P口和回水通道即T口；