機器人用球形泵電液作動器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及一種機器人用球形栗電液作動器。
【背景技術】
[0002]機器人產業在全球出現了突飛猛進的發展，中國是機器人最大的市場，但中國的機器人產業大而不強。為了促進機器人市場的健康有序發展，工信部制定了《機器人產業“十三五”發展規劃》，要大力推進工業機器人、骨骼服及自主行走機器人的應用示范。
[0003]骨骼服及自主行走機器人在實現單兵及戶外作業、助老助殘領域、消費服務領域、醫療領域等重點領域有著非常重要的應用前景，將成為繼計算機之后的又一個科技和產業發展浪潮。
[0004]骨骼服及自主行走機器人要求所有的零部件小、結構緊湊、能耗小，目前作為機器人的核心部件的動力系統有液壓驅動或者電機直接驅動，其中，液壓系統采用的集中式液壓分布系統，通過一個大功率的、大流量的液壓栗作為中央液壓源，再通過配置各種閥門和控制系統把壓力分配到各個需要動作的部位，所帶來的問題是動力系統結構笨重、功耗大、電池使用時間短，由于閥門所增加的零件數量多導致系統的體積很大、產生的能耗損失很大，從而使骨骼服及自主行走機器人不適合于長時間在室外工作。
[0005]球形壓縮機是本專利發明人發明的一種全新結構的變容式機構，其優點是無進/排氣閥、運動件少、振動小、機械效率高、密封可靠等，特別是在微型壓縮機領域、微型高壓栗類機械方面優勢更加明顯。經過多年的不斷研發，球形壓縮機的結構和性能不斷改進和優化，目前球形壓縮機技術在國內外已經取得了多個專利，如申請人已申請的專利名稱為《一種球形壓縮機防卡死動力機構》、專利號為201410554836.6的中國專利，就是在前期專利的基礎上優化的一種較為完善的新型結構，適合于微型結構、壓力較高的壓縮機或者栗類機械。球形栗就是在球形壓縮機專利的基礎上開發出來的一種栗類機械。
[0006]球形栗用于機器人動力系統有很多優勢，可以使機器人動力系統的體積減小、重量減輕、能耗降低；但是由于球形栗用于骨骼服及自主行走機器人時是通過球形栗主軸的正反轉來驅動液壓活塞伸縮桿的往復運動，從而使骨骼服及自主行走機器人實現往復動作，所以球形栗沒有一個固定的高壓排油口和固定的低壓進油口，而是采用兩個進排油口進行交替進排油，這樣，在球形栗工作時，由于泄漏的存在，從球形栗缸體、轉盤配合部分泄漏的液壓油匯集到缸體座、缸體與主軸之間的空間形成溢流油池，溢流油池內的積油若不排出，不可避免的會因繼續泄漏導致溢流油池空間產生高壓力，從而使主軸的軸向密封必須加強才能阻止溢流從軸向泄漏到電機端，而加強型的軸向密封必然導致主軸旋轉阻力增大，旋轉時的能耗增加，所以球形栗結構設計時必須滿足及時排出泄漏在溢流油池內的積油才不會使溢流油池空間的壓力升高；但是，由于球形栗此時沒有一個固定的低壓吸油腔，不能簡單的將溢流油池的積油排出到低壓吸油腔；所以要對機器人用球形栗作動器的液壓油路進行特殊的結構設計來滿足把溢流油池的積油排出的要求。另外，由于機器人用球形栗作動器的液壓油路是一個全封閉系統，沒有一個固定的低壓油腔，當溫度變化時，液壓油路系統的液壓油體積發生變化，所以要對機器人用球形栗作動器進行特殊的結構設計來滿足由于溫度變化導致液壓油體積膨脹的要求。
【發明內容】
[0007]本發明的目的就是設計一種機器人用球形栗電液作動器，把電機、球形栗和雙活塞桿缸集成，設計出一種新型的電液作動器即EHA，用于骨骼服及自主行走機器人動力系統以提高電液作動器的效率、降低能耗、減小重量和體積。
[0008]本發明的技術方案是，機器人用球形栗電液作動器，包括電機、球形栗以及雙活塞桿缸組件，其特征是:電機與球形栗連接輸入動力，球形栗的兩個進排油口和溢流通道的出口設置在球形栗缸蓋的端面上，溢流通道與球形栗的溢流油池接通；雙活塞桿缸組件的作動筒上部設置有與缸蓋連接的連接塊，連接塊上設置有油道、溢流孔及螺釘孔，連接塊上的油道口及溢流孔設置在連接塊與缸蓋貼合的面上，連接塊上相對應的油道口及溢流孔分別與缸蓋上的進排油口及溢流通道的出口相接通，連接塊通過螺釘固定密封壓緊在缸蓋上；在連接塊的油道內設置有兩個單向閥，在溢流孔上連接一個彈性儲油器；其中:
[0009]球形栗正向旋轉，高壓油從缸蓋上的一個進排油口排出，經作動筒連接塊內部的油道進入雙活塞桿缸的工作缸，雙活塞桿缸的非工作缸中的油被壓出后通過設置在連接塊上的油道回流到缸蓋上的另一個進排油口，并被吸入到球形栗中，雙活塞桿伸出；球形栗反向旋轉，油路反向，雙活塞桿縮回；球形栗正向和反向旋轉形成兩個油流向相反的主油路循環；從球形栗溢流通道流出的油連通到彈性儲油器上，并經兩個單向閥分別連通在主油路的排油和回油通道上，當溢流壓力大于主油路的回油壓力時，與此時的回油通道連通的單向閥打開，溢流進入回油通道并隨回油進入主油路循環；
[0010]所述在作動筒的連接塊上設置的油道和溢流孔的結構為:在連接塊上設置有兩個軸向導流螺栓孔和一個軸向的溢流孔，兩個導流螺栓孔及溢流孔分別與缸蓋上的兩個進排油口及溢流通道的出口位置相對應，缸蓋上的進排油通道出口設置有與導流螺栓相配的內螺紋，缸蓋的端面與作動筒的連接塊端面貼合并通過兩個導流螺栓把作動筒固定在缸蓋上；在作動筒的連接塊上還設置有兩個縱向進排油孔和兩個軸向進排油孔；兩個縱向進排油孔的一端分別與兩個導流螺栓孔接通，另一端分別與兩個軸向進排油孔接通；兩個軸向進排油孔分別與作動筒兩端的工作缸和非工作缸接通；通過兩個導流螺栓把球形栗的兩個進排油口分別與作動筒兩端的工作缸和非工作缸連通；通過缸蓋端面與作動筒的連接塊貼合，溢流孔的一端與球形栗的溢流通道出口接通，溢流孔的另一端連接一彈性儲油器；在作動筒的連接塊上軸向設置有兩個單向閥孔，單向閥通過螺紋固定安裝在單向閥孔的中部，單向閥孔為盲孔，其開口端通過A堵頭密封；在作動筒上部的連接塊上設置有橫向導流孔和縱向導流孔，縱向導流孔的上端與溢流孔接通，另一端與橫向導流孔接通，橫向導流孔的兩端分別與兩個單向閥的進油側接通；兩個單向閥的出油側分別與兩個縱向進排油孔接通；
[0011]所述彈性儲油器是一段具有彈性的乳膠管，乳膠管的一端通過螺紋管接頭連接在連接塊的溢流孔上，另一端封閉；在乳膠管外部設置一保護罩殼，罩殼通過螺釘固定在連接塊及作動筒的右端蓋上；
[0012]所述雙活塞桿缸組件包括作動筒、雙活塞桿、左端蓋、右端蓋、魚眼接頭及保護筒等，作動筒具有左右貫通的活塞孔，左端蓋和右端蓋分別通過螺紋連接在活塞孔的兩端，雙活塞桿與作動筒的活塞孔相配并在作動筒的兩端分別形成工作缸和非工作缸，雙活塞桿的兩端從活塞孔的兩端伸出并可左右伸縮；雙活塞桿的右端為工作端，雙活塞桿的右端連接有魚眼接頭，用于連接機器人動作部件；雙活塞桿的左端為非工作端，保護筒對雙活塞桿的右端起保護作用，保護筒固定連接在左端蓋上；保護筒的左端連接有魚眼接頭，作為受力元件用于安裝作動器；在雙活塞桿活塞體的外圓與作動缸的活塞孔配合部分設置有密封結構，在雙活塞桿與左端蓋、右端蓋配合部分設置有密封結構，在左端蓋、右端蓋與活塞孔配合的部分設置有密封結構。
[0013]本發明的優點是:
[0014]1、由于球形栗獨特的原理優勢，具有體積小、振動小的特點，由于球形栗具有可正向和反向旋轉的特點，從而驅動雙活塞桿伸出或者收回，設計的電液作動器(EHA)可以將電機、球形栗、雙活塞桿缸集成在一起，機器人的液壓系統采用分布式液壓源方案，省掉了繁雜的高壓油管和電磁液壓換向閥，可大幅減小系統的重量、體積和功耗，大幅簡化了控制系統。
[0015]2、采用兩個單向閥與球形栗溢流孔連接，通過彈性儲油器與整個液壓系統形成液壓回路，保證了球形栗溢流油池始終為低壓，降低了主軸軸封的密封要求，減小了軸向密封對主軸旋轉的阻力，同時也使處于溢流油池中的轉盤背面和主軸始終處于低壓油中，減少了主軸旋轉時高壓液壓油的阻力，從而降低了主軸旋轉的功耗，提高了球形栗的效率；同時彈性儲油器保證了封閉的油循環系統的液壓油的體積調節。
【附圖說明】
[0016]圖1:本發明所述機器人用電液作動器結構圖；
[0017]圖2:圖1中A-A