[发明专利]一种运动解耦的液压驱动三自由度球型手腕

摘要

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种运动解耦的液压驱动三自由度球型手腕，解决了手腕因传动链长、结构复杂且不紧凑、功率密度小、集成度低、存在运动耦合以及手腕自身重量大而导致末端执行器的灵活性、姿态调整能力和精确定位能力受限的问题，包括自转液压马达、角度传感器、机架、位移传感器、仰俯液压油缸、仰俯圆环、侧摆端盖、轴承、传动轴、传动轴联轴器、侧摆液压油缸。本发明手腕的仰俯轴线、侧摆轴线和自转轴线在空间上交于一点构成球型手腕，可实现仰俯、侧摆和自转三个主动输入运动的解耦，使手腕姿态的控制简便易行、控制精度高、姿态能力强，避免了因关节配合调整时出现运动耦合产生的机械臂抖震现象。

主权项

1.一种运动解耦的液压驱动三自由度球型手腕，其特征在于：包括自转液压马达（1）、角度传感器（2）、机架（3）、第一位移传感器（4）、仰俯液压油缸（5）、仰俯圆环（6）、第一连接螺钉（7）、连接肋板（8）、第二连接螺钉（9）、侧摆端盖（10）、第一轴承（11）、第二传动轴（12）、万向节（13）、第一传动轴（14）、联轴器（15）、第二轴承（16）、侧摆液压油缸（17）、第二位移传感器（18），机架（3）底部设置有安放自转液压马达（1）的圆柱形槽，机架（3）中部设置有用于安放第二轴承（16）的圆柱形槽和供自转液压马达（1）轴伸出的圆孔，机架（3）顶部设有与仰俯圆环（6）转动连接的辅助肋板、供仰俯液压油缸（5）安装的柱形槽、供仰俯液压油缸（5）驱动仰俯圆环（6）运动的柱形槽；自转液压马达（1）外部设置有壳体，壳体通过螺钉固接在机架（3）底部的圆柱槽内，自转液压马达（1）的输出轴通过第二轴承（16）与机架（3）转动连接；仰俯液压油缸（5）的缸体与机架（3）转动连接，仰俯液压油缸（5）的输出杆与仰俯圆环（6）转动连接；仰俯圆环（6）通过第一连接螺钉（7）与机架（3）两侧的辅助肋板转动连接，仰俯圆环（6）的其余两侧通过第一连接螺钉（7）分别与一个连接肋板（8）转动连接；上述两个连接肋板（8）分别通过第二连接螺钉（9）与侧摆端盖（10）固接；侧摆液压油缸（17）的缸体与仰俯圆环（6）转动连接，侧摆液压油缸（17）的输出杆与侧摆端盖（10）转动连接；万向节（13）、第一传动轴（14）和第二传动轴（12）构成了万向传动装置，自转液压马达（1）的输出轴通过联轴器（15）与万向传动装置的第一传动轴（14）刚性连接，第二传动轴（12）配合第一轴承（11）与侧摆端盖（10）转动连接，万向节（13）的转动中心与仰俯圆环（6）的形心重合；自转液压马达（1）上装有角度传感器（2），仰俯液压油缸（5）上装有第一位移传感器（4），侧摆液压油缸（17）上装有第二位移传感器（18）；仰俯液压油缸（5）动作时将驱动仰俯圆环（6）绕着机架（3）的辅助肋板的轴向B‑B面做一定角度的转动，能够实现三自由度手腕的仰俯运动；侧摆液压油缸（17）动作时将驱动侧摆端盖（10）和连接肋板（8）绕着仰俯圆环（6）的轴向A‑A面做一定角度的转动，能够实现三自由度手腕的侧摆运动；万向传动装置能够跟随仰俯液压油缸（5）和侧摆液压油缸（17）的动作而做出一定的角度调整，自转液压马达（1）动作时将驱动万向传动装置的第二传动轴（12）做一定角度的转动，能够实现三自由度手腕的自转运动；实现了仰俯、侧摆和自转三个主动输入运动的解耦使其三个自由度运动之间相互独立；通过第一位移传感器（4）能够采集仰俯液压油缸（5）动作的位移信号，进一步根据机构组件间的几何关系得到仰俯圆环（6）绕着机架（3）的辅助肋板的轴向B‑B面所转动的角度值，视为手腕的仰俯角度信号；通过第二位移传感器（18）能够采集侧摆液压油缸（17）动作的位移信号，进一步根据机构组件间的几何关系得到侧摆端盖（10）和连接肋板（8）绕着仰俯圆环（6）的轴向A‑A面所转动的角度值，视为手腕的侧摆角度信号；通过角度传感器（2）可采集到自转液压马达（1）动作的转角信号，进一步根据万向传动装置在此时工况下两个传动轴的传动比关系得到第二传动轴（12）所转动的角度值，视为手腕的自转角度信号；最后通过仰俯角度信号、侧摆角度信号和自转角度信号的反馈，对仰俯液压油缸（5）、侧摆液压油缸（17）和自转液压马达（1）进行调节与控制，实现对运动解耦的液压驱动三自由度球型手腕姿态的精确控制。