本發(fā)明專利涉及一種機(jī)器人用球形泵電液作動(dòng)器。

背景技術(shù)：
機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在全球出現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，中國(guó)是機(jī)器人最大的市場(chǎng)，但中國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)大而不強(qiáng)。為了促進(jìn)機(jī)器人市場(chǎng)的健康有序發(fā)展，工信部制定了《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，要大力推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人、骨骼服及自主行走機(jī)器人的應(yīng)用示范。骨骼服及自主行走機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)單兵及戶外作業(yè)、助老助殘領(lǐng)域、消費(fèi)服務(wù)領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域等重點(diǎn)領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用前景，將成為繼計(jì)算機(jī)之后的又一個(gè)科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展浪潮。骨骼服及自主行走機(jī)器人要求所有的零部件小、結(jié)構(gòu)緊湊、能耗小，目前作為機(jī)器人的核心部件的動(dòng)力系統(tǒng)有液壓驅(qū)動(dòng)或者電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，其中，液壓系統(tǒng)采用的集中式液壓分布系統(tǒng)，通過一個(gè)大功率的、大流量的液壓泵作為中央液壓源，再通過配置各種閥門和控制系統(tǒng)把壓力分配到各個(gè)需要?jiǎng)幼鞯牟课?，所帶?lái)的問題是動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)笨重、功耗大、電池使用時(shí)間短，由于閥門所增加的零件數(shù)量多導(dǎo)致系統(tǒng)的體積很大、產(chǎn)生的能耗損失很大，從而使骨骼服及自主行走機(jī)器人不適合于長(zhǎng)時(shí)間在室外工作。球形壓縮機(jī)是本專利發(fā)明人發(fā)明的一種全新結(jié)構(gòu)的變?nèi)菔綑C(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)進(jìn)/排氣閥、運(yùn)動(dòng)件少、振動(dòng)小、機(jī)械效率高、密封可靠等，特別是在微型壓縮機(jī)領(lǐng)域、微型高壓泵類機(jī)械方面優(yōu)勢(shì)更加明顯。經(jīng)過多年的不斷研發(fā)，球形壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能不斷改進(jìn)和優(yōu)化，目前球形壓縮機(jī)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了多個(gè)專利，如申請(qǐng)人已申請(qǐng)的專利名稱為《一種球形壓縮機(jī)防卡死動(dòng)力機(jī)構(gòu)》、專利號(hào)為201410554836.6的中國(guó)專利，就是在前期專利的基礎(chǔ)上優(yōu)化的一種較為完善的新型結(jié)構(gòu)，適合于微型結(jié)構(gòu)、壓力較高的壓縮機(jī)或者泵類機(jī)械。球形泵就是在球形壓縮機(jī)專利的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的一種泵類機(jī)械。球形泵用于機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)有很多優(yōu)勢(shì)，可以使機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)的體積減小、重量減輕、能耗降低；但是由于球形泵用于骨骼服及自主行走機(jī)器人時(shí)是通過球形泵主軸的正反轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓活塞伸縮桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使骨骼服及自主行走機(jī)器人實(shí)現(xiàn)往復(fù)動(dòng)作，所以球形泵沒有一個(gè)固定的高壓排油口和固定的低壓進(jìn)油口，而是采用兩個(gè)進(jìn)排油口進(jìn)行交替進(jìn)排油，這樣，在球形泵工作時(shí)，由于泄漏的存在，從球形泵缸體、轉(zhuǎn)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(nèi)的積油若不排出，不可避免的會(huì)因繼續(xù)泄漏導(dǎo)致溢流油池空間產(chǎn)生高壓力，從而使主軸的軸向密封必須加強(qiáng)才能阻止溢流從軸向泄漏到電機(jī)端，而加強(qiáng)型的軸向密封必然導(dǎo)致主軸旋轉(zhuǎn)阻力增大，旋轉(zhuǎn)時(shí)的能耗增加，所以球形泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足及時(shí)排出泄漏在溢流油池內(nèi)的積油才不會(huì)使溢流油池空間的壓力升高；但是，由于球形泵此時(shí)沒有一個(gè)固定的低壓吸油腔，不能簡(jiǎn)單的將溢流油池的積油排出到低壓吸油腔；所以要對(duì)機(jī)器人用球形泵作動(dòng)器的液壓油路進(jìn)行特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)滿足把溢流油池的積油排出的要求。另外，由于機(jī)器人用球形泵作動(dòng)器的液壓油路是一個(gè)全封閉系統(tǒng)，沒有一個(gè)固定的低壓油腔，當(dāng)溫度變化時(shí)，液壓油路系統(tǒng)的液壓油體積發(fā)生變化，所以要對(duì)機(jī)器人用球形泵作動(dòng)器進(jìn)行特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)滿足由于溫度變化導(dǎo)致液壓油體積膨脹的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是設(shè)計(jì)一種機(jī)器人用球形泵電液作動(dòng)器，把電機(jī)、球形泵和雙活塞桿缸集成，設(shè)計(jì)出一種新型的電液作動(dòng)器即EHA，用于骨骼服及自主行走機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)以提高電液作動(dòng)器的效率、降低能耗、減小重量和體積。本發(fā)明的技術(shù)方案是，機(jī)器人用球形泵電液作動(dòng)器，包括電機(jī)、球形泵以及雙活塞桿缸組件，其特征是：電機(jī)與球形泵連接輸入動(dòng)力，球形泵的兩個(gè)進(jìn)排油口和溢流通道的出口設(shè)置在球形泵缸蓋的端面上，溢流通道與球形泵的溢流油池接通；雙活塞桿缸組件的作動(dòng)筒上部設(shè)置有與缸蓋連接的連接塊，連接塊上設(shè)置有油道、溢流孔及螺釘孔，連接塊上的油道口及溢流孔設(shè)置在連接塊與缸蓋貼合的面上，連接塊上相對(duì)應(yīng)的油道口及溢流孔分別與缸蓋上的進(jìn)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(nèi)設(shè)置有兩個(gè)單向閥，在溢流孔上連接一個(gè)彈性儲(chǔ)油器；其中：球形泵正向旋轉(zhuǎn)，高壓油從缸蓋上的一個(gè)進(jìn)排油口排出，經(jīng)作動(dòng)筒連接塊內(nèi)部的油道進(jìn)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(shè)置在連接塊上的油道回流到缸蓋上的另一個(gè)進(jìn)排油口，并被吸入到球形泵中，雙活塞桿伸出；球形泵反向旋轉(zhuǎn)，油路反向，雙活塞桿縮回；球形泵正向和反向旋轉(zhuǎn)形成兩個(gè)油流向相反的主油路循環(huán)；從球形泵溢流通道流出的油連通到彈性儲(chǔ)油器上，并經(jīng)兩個(gè)單向閥分別連通在主油路的排油和回油通道上，當(dāng)溢流壓力大于主油路的回油壓力時(shí)，與此時(shí)的回油通道連通的單向閥打開，溢流進(jìn)入回油通道并隨回油進(jìn)入主油路循環(huán)；所述在作動(dòng)筒的連接塊上設(shè)置的油道和溢流孔的結(jié)構(gòu)為：在連接塊上設(shè)置有兩個(gè)軸向?qū)Я髀菟缀鸵粋€(gè)軸向的溢流孔，兩個(gè)導(dǎo)流螺栓孔及溢流孔分別與缸蓋上的兩個(gè)進(jìn)排油口及溢流通道的出口位置相對(duì)應(yīng)，缸蓋上的進(jìn)排油通道出口設(shè)置有與導(dǎo)流螺栓相配的內(nèi)螺紋，缸蓋的端面與作動(dòng)筒的連接塊端面貼合并通過兩個(gè)導(dǎo)流螺栓把作動(dòng)筒固定在缸蓋上；在作動(dòng)筒的連接塊上還設(shè)置有兩個(gè)縱向進(jìn)排油孔和兩個(gè)軸向進(jìn)排油孔；兩個(gè)縱向進(jìn)排油孔的一端分別與兩個(gè)導(dǎo)流螺栓孔接通，另一端分別與兩個(gè)軸向進(jìn)排油孔接通；兩個(gè)軸向進(jìn)排油孔分別與作動(dòng)筒兩端的工作缸和非工作缸接通；通過兩個(gè)導(dǎo)流螺栓把球形泵的兩個(gè)進(jìn)排油口分別與作動(dòng)筒兩端的工作缸和非工作缸連通；通過缸蓋端面與作動(dòng)筒的連接塊貼合，溢流孔的一端與球形泵的溢流通道出口接通，溢流孔的另一端連接一彈性儲(chǔ)油器；在作動(dòng)筒的連接塊上軸向設(shè)置有兩個(gè)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(dòng)筒上部的連接塊上設(shè)置有橫向?qū)Я骺缀涂v向?qū)Я骺?，縱向?qū)Я骺椎纳隙伺c溢流孔接通，另一端與橫向?qū)Я骺捉油?，橫向?qū)Я骺椎膬啥朔謩e與兩個(gè)單向閥的進(jìn)油側(cè)接通；兩個(gè)單向閥的出油側(cè)分別與兩個(gè)縱向進(jìn)排油孔接通；所述彈性儲(chǔ)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(shè)置一保護(hù)罩殼，罩殼通過螺釘固定在連接塊及作動(dòng)筒的右端蓋上；所述雙活塞桿缸組件包括作動(dòng)筒、雙活塞桿、左端蓋、右端蓋、魚眼接頭及保護(hù)筒等，作動(dòng)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(dòng)筒的活塞孔相配并在作動(dòng)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(jī)器人動(dòng)作部件；雙活塞桿的左端為非工作端，保護(hù)筒對(duì)雙活塞桿的右端起保護(hù)作用，保護(hù)筒固定連接在左端蓋上；保護(hù)筒的左端連接有魚眼接頭，作為受力元件用于安裝作動(dòng)器；在雙活塞桿活塞體的外圓與作動(dòng)缸的活塞孔配合部分設(shè)置有密封結(jié)構(gòu)，在雙活塞桿與左端蓋、右端蓋配合部分設(shè)置有密封結(jié)構(gòu)，在左端蓋、右端蓋與活塞孔配合的部分設(shè)置有密封結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：1、由于球形泵獨(dú)特的原理優(yōu)勢(shì)，具有體積小、振動(dòng)小的特點(diǎn)，由于球形泵具有可正向和反向旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，從而驅(qū)動(dòng)雙活塞桿伸出或者收回，設(shè)計(jì)的電液作動(dòng)器(EHA)可以將電機(jī)、球形泵、雙活塞桿缸集成在一起，機(jī)器人的液壓系統(tǒng)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(tǒng)的重量、體積和功耗，大幅簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)。2、采用兩個(gè)單向閥與球形泵溢流孔連接，通過彈性儲(chǔ)油器與整個(gè)液壓系統(tǒng)形成液壓回路，保證了球形泵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(duì)主軸旋轉(zhuǎn)的阻力，同時(shí)也使處于溢流油池中的轉(zhuǎn)盤背面和主軸始終處于低壓油中，減少了主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)高壓液壓油的阻力，從而降低了主軸旋轉(zhuǎn)的功耗，提高了球形泵的效率；同時(shí)彈性儲(chǔ)油器保證了封閉的油循環(huán)系統(tǒng)的液壓油的體積調(diào)節(jié)。附圖說(shuō)明圖1：本發(fā)明所述機(jī)器人用電液作動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖；圖2：圖1中A-A剖面圖；圖3：圖1中B-B剖面圖；圖4：圖1中E-E剖面圖；圖5：圖1中C-C剖面圖；圖6：圖1中D-D剖面圖；圖7：球形泵及電機(jī)組合體主視圖；圖8：圖7中F—F剖面圖；圖9：球形泵及電機(jī)組合體左視圖；圖10：作動(dòng)筒主視圖；圖11：圖10中G-G剖視圖；圖12：作動(dòng)筒左視圖；圖13：作動(dòng)筒右視圖；圖14：圖10中J-J剖視圖；圖15：圖10中H-H剖視圖；圖16：圖10中I-I剖視圖；圖17：圖12中N-N剖視圖；圖18：圖12中L-L剖視圖；圖19：圖11中K-K剖視圖；圖20：圖11中M-M剖視圖；圖21：圖13中P-P剖視圖；圖22：本發(fā)明球形泵電液作動(dòng)器液壓原理圖；圖23：導(dǎo)流螺栓結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1-球形...