專利名稱：機器人數控運動肢體關節(jié)的制作方法
技術領域：
機器人數控運動肢體關節(jié)屬非工業(yè)專用機器人的運動肢體結構。
背景技術：
對精度要求不高的非工業(yè)用機器人運動結構均以控制電動機及齒輪傳動結構或氣缸等作為動力源，完成運動，該型式不適合如日常工作機器人，娛樂機器人、仿生機器人、玩具機器人及特殊用途機器人對速度、彈性力量、機械結構簡單耐用的要求，以及不適應模胡羅輯控制。

發(fā)明內容
針對非工業(yè)機器人對速度、彈性力量、減少傳動器件、壽命長的要求，本實用新型的目的是提供一種機器人數控運動肢體關節(jié)，該結構是兼具運動導向和承載動力兩種功能，該結構是直接液體動力無傳動結構，運動部件是液體潤滑、壽命長，使用一個動力源，速度和力量控制簡單、效率高、成本低，且具有外力緩沖、自身慣性緩沖、吸收振動的彈性動力，具有仿生動力特征，更適合模胡羅輯控制。本實用新型的技術方案是以運動肢體關節(jié)作為機器人運動動力輸出及運動控制部位；以供給運動肢體關節(jié)連續(xù)的壓力液體作為動能輸送方式；以控制盤、傳導盤等的相對角度變化控制運動肢體的運動速度、方向等變量；以檢測運動肢體關節(jié)的角度、速度等信息(電信號)作為反饋電信號向系統(tǒng)反饋；通過以上技術方案實現(xiàn)機器人的運動肢體的運動及控制。為方便具體闡述技術方案，從以下六個方面闡述技術特征。(一)球體雙力矩結構；(二)球體單力矩結構；(三)柱體雙力矩結構；(四)柱體單力矩結構；(五)單關節(jié)組合成復合關節(jié)型式；(六)運動肢體關節(jié)的控制運動結構，動力輸送結構，反饋運動狀態(tài)結構。
(一)球體雙力矩結構運動肢體關節(jié)，中心轉子(1)、轉子軸承(2)、內運動肢體(9)、轉子(6)、壓力腔(16)、內支持體(5)、外支持體(3)、隔絕體(7)、分隔體(63)、環(huán)形導通管(11)、導通口(64)、運動體(8)、變容腔(18、19)、導向腔(D1)、輸送腔(17)、輔助功能體(53)、內傳導盤(28)等結構構成關節(jié)主體結構；外支持體后部(25)構成關節(jié)內腔(26)。內支持體、外支持體、運動體、導向腔、輸送腔、轉子、輔助功能體具有球體結構；內支持體、運動體、輔助能體相互接觸密封、交叉吻合，并且能夠相對運動、旋轉，形成輸送腔、導向腔。中心轉子、轉子軸承具有柱體結構。內支持體后部(27)的柱體結構與外支持體后部(25)柱體結構相互吻合，內支持體可作旋轉運動，內支持體后部與內傳導盤通過連接結構(29)相互緊密接觸，連接結構與內傳導盤、外支持體后部相固定成一體結構，內支持體與外支持體之間形成的輸送腔通過內支持體上若干導通口(64)與變容腔(18)相通，與導通管(23)相通，分隔體(63)與內支持體固定，分隔輸送腔與運動體為兩個相互隔絕的輸送腔，分隔體與運動體接觸，具有密封功能。壓力腔與輸液腔(20)相通，轉子及轉子的環(huán)形導通管槽(65)與內支持體內壁及環(huán)形導通管緊密接觸吻合、密封。隔絕體、轉子軸承、中心轉子，內運動肢體(運動體與內支持體之間的運動肢體)、運動體構成密封容積“變容腔(19)”，變容腔通過環(huán)形導形導通管與導通管(22)相聯(lián)通；內支持體、轉子、隔絕體、中心轉子、轉子軸承、內運動肢體構成密封容積“變容腔(18)”，變容腔通過導通管(23)與控制盤(32)導通管相通。內支持體后部設置若干感應元件，位置與外支持體內面?zhèn)鞲衅?49)位置相對應。轉子軸承對中心轉子起導向、軸承作用，使中心轉子、轉子及運動肢體以橫軸向(中心轉子軸向)為中心運動，中心轉子及軸子軸承具有柱體結構。運動體、內支持體、內運動肢體、中心轉子、轉子、轉子軸承可以作縱軸向(內運動肢體的輸液腔中心線)旋轉運動。設置與輔助功能體(53)緊密接觸、吻合，與外支持體后部(25)相固定的球體結構輔助功能體，該結構上設置感應元件槽結構(69)，在輔助功能體(53)上設置感應立柱結構(68)，設置按裝結構(84)，輔助功能體(53)與外運動肢體(10)形成軸承關系，以外運動肢體為軸進行旋轉運動。環(huán)形導通管中部設置密封材料使兩部分環(huán)形導通管相互隔絕，并使輸液腔通過中部密封材料。運動肢體中間、中心轉子、內支持體后部傳導盤(28、30)設置輸液腔(20)結構，輸液腔與壓力腔(16)相通。內支持體后部與內傳導盤、環(huán)形密合結構(K)相互吻合，密封，并能相對旋轉運動，內傳導盤的導通槽(71)與導通管(22)在相對旋轉時保護聯(lián)通。
(二)球體單力矩結構運動肢體關節(jié)，中心轉子(1)、轉子軸承(2)、內運動體(4)、外運動體(8)、支持體(3)、基座(12)、輔助功能體(52、53)、變容腔(19)、壓力腔(16)、導向腔(D1、D2、D3)、輸液腔(20)、內運動肢體(9)構成運動肢體關節(jié)的主體結構；支持體后部(25)構成關節(jié)內腔(26)。中心轉子、轉子軸承、內運動體、外運動體、支持體、輔助功能體、變容腔、導向腔具有球體結構；運動體(4、8)與支持體、輔助功能體(52)相互緊密接觸、交叉吻合、密封，并能相對運動，形成導向腔；中心轉子、內運動體、外運動體、內運動肢體(中心轉子與外運動體之間部分)相固定，以中心轉子為軸心(橫軸向)運動；內運動體、外運動體、中心轉子、轉子軸承、內運動肢體以縱軸向(運動肢體的輸液腔中心線)旋轉運動。轉子軸承后部柱體結構(56)與基座柱體結構(57)緊密接觸吻合，轉子軸承可作縱軸向旋轉運動，其上設置若干感應元件(50)與基座上的傳感器(45)位置的旋轉角度相對應，轉子軸承為球體結構，也可以由具有部分球體結構構成(圖9a、b)，內運動體與轉子軸承的軸承結構(h3)接觸處的內運動體作軸結構與軸承結構(h3)對應、吻合，軸結構與內運動體成一體，具有部分球體結構的轉子軸承側壁(h5)的中心(中心轉子橫軸向旋轉中心)作軸結構(62)與軸承結構(h3)吻合、對應；軸承結構和軸結構(62)具有內運動體橫軸向運動的軸承作用和密封兩個變容腔的作用；轉子軸承斜面結構(h2)滿足內運動肢體和內運動體運動范圍的要求；具有部分球體結構的轉子軸承增加襯墊結構(24)襯墊結構與轉子軸承側壁固定成一體，隨之一同作旋轉運動，襯墊結構緊密接觸、密封基座球體結構(58)并為內運動體位于襯墊結構處的柱體結構(59)提供接觸、密封平面(或凹面)。內運動體中部結構與內運動肢體固定，分隔兩變容腔為密封的兩個容積，內運動體后球體結構(61)與支持體緊密接觸、密封；內運動體柱體結構(60)在內運動體軸向運動時與基座平面結構緊密接觸、密封，柱體結構(59)與襯墊結構(24)平面(或凹面)緊密接觸、密封。中心轉子、運動肢體中間、轉子軸承、基座設置輸液腔(20)結構，輸液腔與壓力腔相通，中心轉子球體結構(及側面)與轉子軸承球體內表面緊密接觸吻合、密封，形成密閉容積“壓力腔”，中心轉子及轉子軸承可以是柱體結構，轉子軸承對中心轉子起導向、軸承作用?；O置凸肩結構(13)用于固定控制電動機軸，設置導通管(21)與變容腔相能，球體結構(58)與轉子軸承球體結構相吻合。輔助功能體(52)與支持體相固定，其上設置感應立柱結構(68)，輔助功能體(53)設置感應元件槽結構(69)、設置安裝結構(84)。輔助功能體(53)與運動肢體構成軸承關系，以外運動肢體為軸進行旋轉運動。
(三)柱體雙力矩結構運動肢體關節(jié)，其特征是中心轉子(1)、轉子軸承(2)、內支持體(5)、內運肢體(9)、環(huán)形導通管(11)、轉子(6)、隔絕體(7)、側體結構(51)、導通口、運動體(8)、外支持體(3)、輸液腔(20)、變容腔(18、19)、壓力腔(16)、輸送腔(17)、導向腔(D1)、內傳導盤(28)、輔助功能體(53)等構成關節(jié)主體結構；外支持體后部結構(25)構成關節(jié)內腔(26)。中心轉子、轉子、轉子軸承、內支持體、運動體、外支持體、輔助功能體具有柱體結構；內運動體、內支持體、外支持體相互緊密接觸、密封、交叉吻合；轉子與內支持體內壁、環(huán)形導通管緊密接觸、密封。內支持體后部(27)與內傳導盤(28)成一體結構，并與外支持體后部結構(25)相固定、密封成一體。內支持體上設置若干導通口，使輸送腔與變容腔(18)相通；內支持體、外支持體與側體結構相固定成一體結構。運動肢體、中心轉子、轉子、內支持體后部設置輸液腔(20)結構，輸液腔與壓力腔相能，運動體、內運動肢體、輔助功能體與側體結構緊密接觸、密封。環(huán)形導通管中部設置密封材料，并使輸液腔通過中部密封材料，環(huán)形導通管與內支持體相固定。
(四)柱體單力矩結構運動肢體關節(jié)，其特征是中心轉子(1)、轉子軸承(2)、支持體(3)、運動體(8)、內運動肢體(9)、基座(12)、變容腔(19)、壓力腔(16)、導向腔(D1、D2)、輸液腔(20)、側體結構(51)、輔助功能體(52、53)等構成關節(jié)主體結構；支持體后部結構(25、27)構成關節(jié)內腔。中心轉子、轉子軸承、支持體、運動體、輔助功能體、導向腔具有柱體結構；支持體、運動體、輔助功能體相互緊密接觸、密封、義叉吻合，側體結構與支持體、轉子軸承固定成一體，與內運動肢體、運動體、輔助功能體緊密接觸、密封，并能相對運動。轉子軸承對中心轉子具有導向、軸承作用?；c轉子軸承后部固定，轉子軸承、基座、支持體可制成一體結構(圖21)?；O置凸肩結構(13)，導通管結構(21)。運動肢體、中心轉子、基座設置輸液腔結構(20)，中心轉子與轉子軸承緊密接觸、密封、吻合形成密閉容積“壓力腔(16)”。單關節(jié)的外支持體、支持體、側體結構與運動肢體(10)是關節(jié)相對發(fā)生運動的兩部分，可以以不同形式與其它結構連接固定。
(五)單關節(jié)組合成復合關節(jié)的形式，其特征是球體單力矩結構、球體雙力矩結構、柱體單力矩結構、柱體雙力矩結構的關節(jié)可以相互合成一個復合關節(jié)型式；兩個單關節(jié)的關節(jié)內腔對接共用一個關節(jié)內腔構成一個關節(jié)內腔結構，共用一個控制電動機。球體結構的關節(jié)運動方向、范圍是三維空間，柱體結構的關節(jié)運動方向、范圍是二維平面。兩控制盤的一對聯(lián)接動力管路的導通管相對應、聯(lián)通；一對聯(lián)接回路的導通管相對應、聯(lián)通；與輸液腔聯(lián)接的導通管相對應、聯(lián)通；聯(lián)通管路使用固定聯(lián)接方式。兩控制盤通過連接結構(L2、41)與控制電動機(m1)連接固定。
(六)運動肢體關節(jié)的控制結構、動力輸送結構、運動狀態(tài)反饋結構。球體雙力矩結構、柱體雙力矩結構的控制結構，其特征是內傳導盤的輸液腔(20)、導通管(22)與傳導盤的輸液腔、導通管(22)相對應吻合、密封，并相互固定，其間使用密封材料(31)密封；輸液腔、導通管(22)在傳導盤內通過垂直轉向管道(81)，轉換輸出位置，同時使導通管合并，使傳導盤端面(與控制盤接觸面)具有一對對應導通槽(71)結構和變位輸液腔(80)結構，同時設置環(huán)形密合結構(k)，控制盤導通槽(46、47)與導通管(23、86)聯(lián)通，平衡線(83)位于導通槽之間，控制盤、傳導盤環(huán)形密合結構相互吻合、密封；傳導盤導通槽位于平衡線處，則不與控制盤導通槽相通，控制盤以平衡線為基準順時針或逆時針旋轉，使控制盤導通槽(46或47)與傳導盤導通槽相互接通，相互接通的通過口徑與旋轉角度成正比(即使液體的通過量、速度與角度成正比)；控制盤的輸液腔(80)相聯(lián)通的導通槽(71)與傳導盤輸液腔(80)保持相互聯(lián)通關系?？刂票P的兩對導通管(46、47)、一對接動力管路、一對接回路、接輸液腔(80)、控制盤導通槽(71)的導通管接動力管路，該輸液腔的壓力液體是動力輸送管路。
球體單力矩結構、柱體單力矩結構的控制結構，其特征是傳導盤(30)導通管與基座導通管相接，傳導盤輸液腔(44)與基座輸液腔相對應，聯(lián)通；傳導盤與支持體(25)相固定，其間設置密封材料(31)，傳導盤環(huán)形密合結構與控制盤密合結構(k)相吻合、密封。傳導盤端面(與控制盤接觸面)具有一對對應導通槽結構(45)，并與導通管(34)聯(lián)通?？刂票P導通槽(46、47)與導通管聯(lián)通，平衡線(83)位于導通槽(46、47)之間，傳導盤導通槽位于平衡線處，則傳導盤導通槽不與控制盤導通槽相聯(lián)通，控制盤以平衡線為基準順時針或逆時針旋轉，使控制盤導通槽與傳導盤導通槽相聯(lián)通，相互接通的通過口徑與旋轉轉角度或正比，控制盤輸液腔與導通槽(48)聯(lián)通，并保持與控制盤輸液腔(44)的聯(lián)通關系。復合關節(jié)中兩控制盤(與控制電機固定)旋轉的角度值相同，兩控制盤的導通槽與各自的傳導盤的導通槽相聯(lián)通的口徑(通過液體的量、速度)相同、一致?？刂齐妱訖C(m1、m2)旋轉角度、角速度與運動肢體運動空間狀態(tài)(位置、速度等)具有對應關系，并由反饋結構產生運動狀態(tài)反饋電信號給系統(tǒng)。
復合關節(jié)的動力輸送結構，其特征是壓力液體由動力管路進入運動肢體的輸液腔(66)通過傳導盤、控制盤進入關節(jié)內腔的管路(66)，動力管路分為兩路，一路進入另一控制盤、傳導盤的輸液腔以及運動肢體輸液腔，輸送壓力液體致另一個關節(jié)，通過運動肢體的輸液腔(66)，輸液腔的功能是向關節(jié)及下一個關節(jié)輸送壓力液體(動力液體)。另一路(42)與兩個控制盤的導通管聯(lián)接(接通與動力管路相聯(lián)接的導通管)為控制盤(及變容腔)提供壓力液體。兩控制盤的一對聯(lián)接回路的導通管回路(67)聯(lián)通。雙力矩結構的控制盤結構與單力矩結構的控制盤結構相同。
單關節(jié)的動力輸送結構，其特征是壓力液體由動力管路(或上一關節(jié)運動肢體的輸液腔)進入關節(jié)內腔(66)后分為兩路，一路進入控制盤(與輸液腔聯(lián)通)的導通管，進入運動肢體的輸液腔(66)向下一個關節(jié)輸送壓力液體(動力液體)，另一路向控制盤(與動力管路聯(lián)通)的一對導通管提供壓力液體，控制盤的另一對導通管路與回路(54)聯(lián)通。
動力液體(壓力液體)由控制盤控制進入變容腔，對內運動肢體作功，改變變容腔的容積，容積減小的變容腔的液體由傳導盤、控制盤進入回路，完成運動肢體的動力輸出。
運動肢體關節(jié)動力輸送循環(huán)機構(圖40)，運動肢體關節(jié)的壓力液體由液壓機(m)提供，經過動力管路上的平衡罐(86)、過濾器(95)、單向閥(91)、壓力傳感器(89)向關節(jié)[或復合關節(jié)或連續(xù)兩個以上關節(jié)(90)]輸動能(壓力)，關節(jié)變容腔出來的壓力液體經過回路的恒壓罐(87)、壓力傳感器、蓄液罐。壓力平衡罐保持回路中的液體有一較恒定的低壓。動力液體由動力管路經輸液腔、關節(jié)變容腔至回路完成循環(huán)流動。內運動肢體受到壓力液體作用力大小及運動速度與壓力液體壓力大小、控制盤與傳導盤導通槽聯(lián)通口徑大小，口徑大小變化速度成比例關系，系統(tǒng)可依據該比例預先設定控制運動肢體運動狀態(tài)參數。
運動狀態(tài)的反饋結構，關節(jié)內檢測結構，其特征是球體結構關節(jié)在轉子軸承后部(56)和內支持體后部(27)的感應元件與傳感器位置相對應，當轉子軸承和內支持體旋轉時，其上的感應元件順序感應傳感器，傳感器產生反饋電信號，傳感器位置與旋轉角度對應，輔助功能體感應立柱內的感應元件順序感應傳感元件，傳感器產生反饋電信號，傳感器的位置與輔助功能體(運動肢體)運動角度對應；依據對應位置系統(tǒng)可得到運動角度值。控制電動機(m2)內有旋轉角度測量器(如編碼器等)產生反饋電信號，控制電動機(m1)內有旋轉角度測量器，反饋控制盤旋轉角度值，控制電動機(m1、m2)均是軸固定形式。關節(jié)外檢測結構，其特征是運動肢體及輔助功能(53)與輔助功能體(52)或支持結構后部(25)產生相對運動。相對運動的兩部分結構分別安裝測量器或檢測元件的檢測信號輸出部分(部件、元件)和信號接受，檢測反饋部分(部件、元件)。
該發(fā)明的有益效果運動肢體關節(jié)即具有導向作用又具有動力輸出功能，傳動為液體傳動、無齒輪等傳動結構，具有液體傳動的優(yōu)點；動力由中央一處(液壓泵)集中供給，動力源穩(wěn)定團結；如此使動力傳動及輸出達到最簡捷、最有效，控制電動機是控制功能，不參與動力輸出，使對運動肢體的控制轉變成對控制電動機旋轉角度、角速度的控制。并與該運動肢體的窨運動狀態(tài)一一對應。該型式控制方式有利于數控。關節(jié)的動力液體為高壓液體，均由運動肢體內部的輸液腔輸送，安全無危險，回路即使被破壞也不會立刻影響動力傳輸。循環(huán)液體流動量較小，使液壓泵具有小功率的特點。該運動關節(jié)符合以直角坐標系計算空位置的程序，也符合以角度為主要計算方式的極坐標系空間位置計算程序(軟件)。


圖1是柱體單力矩結構關節(jié)的縱軸向(沿運動肢體輸液腔中心)剖視圖，是兩個柱體單力矩結構組合成復合關節(jié)型式?？刂齐妱訖C(m1)軸與基座(12)的凸角(13)固定，關節(jié)內腔(26)設置開口(k2)用于進入動力管路、回路、電動機線等，中心轉子(1)與內運動肢體(9)是一體結構，與轉子軸承(2)吻合構成壓力腔(16)；支持體(3)、運動體(8)、輔助功能體(53、52)、轉子軸承等具有柱體結構，運動肢體可做固定結構(98)。該圖不包括控制結構。導向腔(D1)的孔道(k1)與回路(54)聯(lián)通，使D1腔內的液體進入回路。
圖2是柱體單力矩結構關節(jié)的縱軸向剖視圖，剖視角度與圖1成垂直角度，側體結構(51)與支柱體、轉子軸承固定、密封。
圖3是關節(jié)內腔的一種結構形式、結構(27)可分為兩部分，有利于安裝控制結構，L1是關節(jié)腔外膜套具有防塵、保護作用。
圖4是球體單力矩結構關節(jié)的縱軸向(沿運動肢體輸液腔中心線)剖視圖，是兩個球體單力矩結構關節(jié)組合成復合關節(jié)，內運動體(4)、支持體(3)、外運動體(8)、轉子軸承(2)、中心轉子(1)、輔助功能體(52、53)具有球體結構，相互交叉吻合，位于中心轉子與外運動體之間的運動肢體(9)是內運動肢體，以外部分是外運動肢體(10)。在支持體與外運動體接觸面(在支持體或外運動體上)作凹槽結構，使?jié)B入導向腔(D1)的液體在容積變小時由凹槽向導向腔(D2)流動，經孔道(K1)入回路。
圖5是球體單力矩結構關節(jié)的縱軸向部視圖，部視角度與圖4垂直角度。內運動體(4)與內運動肢體(9)、中心轉子固定成一體，分變容腔為兩個相互隔絕的容積。中心轉子是具有部分球體結構型式。
圖6是球體雙力矩結構和柱體雙力矩結構關節(jié)的縱軸向剖視圖，柱體結構關節(jié)的內支持體后部(27)與內傳導盤(28)是一體結構。傳導盤(30)、控制盤(32)是控制結構。環(huán)形導通管(11)與內支持體(5)內壁固定成一體結構。高彈性材料(96)具有使控制盤壓緊傳導盤，使之緊密接觸的功能，滾珠體(97)使控制盤與壓緊結構保持滾動磨擦關系。連接固定結構(L2)連接固定控制電動機及被控制部件。內支持體、外支持體(3)、運動體(8)、輔助功能體(53)交叉吻合、密封，變容腔(18、19)分別與導通管(22、23)聯(lián)通，輔助功能體(53)上設置感應立柱和安裝結構。圖D-D是球體雙力矩結構關節(jié)的剖視圖。
圖7是球體雙力矩結構關節(jié)的內傳導盤結構圖，f-f部視部位與圖6剖視圖一致，“k”是環(huán)形密合結構，使相對運動的兩部分保持接觸、吻合、密封，導通槽(71)保持相對運動時導通管(22)處于聯(lián)通狀態(tài)。
圖8是球體單力矩結構的轉子軸承結構視圖，“a”具有球體結構；“b”具有部分球體結構的轉子軸承。h4是與中心轉子吻合、封密形成壓力腔的容積，轉子軸承后部柱體結構(56)設置感應元件(50)，在與基座接觸處(輸液腔20周圍)及基座設置相互吻合的環(huán)形密合結構。
圖9是球體單力矩結構關節(jié)內運動體(4)與具有部分球體結構的轉子軸承的結構關系圖。內運動體后球體結構(61)與支持體(3)吻合、密封，柱體結構(60)與基座(12)接觸、密封，柱體結構符合內運動體在以橫軸向(中心轉子軸向)運動時柱體柱面與基座保持接觸密封；襯墊結構(24)與轉子軸承側壁(h5)固定，為柱體結構(59)提供密封平面(或凹柱面)，柱體結構(59、60)相互銜接，為一體結構。
圖10是單力矩結構關節(jié)的控制盤(與傳導盤接觸面)結構圖。電動機(m1)固定結構(41)，導通槽46(或47)的導通管接動力管路(或接輸液腔聯(lián)通的動力管路)，導通槽47(或46)的導通管(38)接回路，導通槽(48)的導通管接動力管路(或接輸液腔聯(lián)通的動力管路)，平衡線(83)是控制盤順時針旋轉或逆時針旋轉使動力管路聯(lián)通的導通槽(46或47)與導通槽(45)聯(lián)通，或使回路聯(lián)通的導通槽(47或46)與導通槽(45)聯(lián)通的中間位置，導通槽(45)位于該位置是控制盤導通槽不與導通槽(45)聯(lián)通。
圖11“a”是單力短結構關節(jié)的傳導盤與控制盤接觸面結構圖，剖視附號標明相互剖視部位及視圖方向?！癰”是傳導盤輸液腔(44)與基座輸液腔(20)相對應結構圖，虛線表示兩輸液腔對應及聯(lián)接管路位置。傳導盤與支持體(25)相固定與基座之間以密封材料(31)密封。導通管(34、21)相聯(lián)通、導通槽(45)與導通管(21)聯(lián)通，傳感器(49)與感應元件相對應。
圖12是控制盤反面結構圖，剖視圖M-M是控制盤與傳導盤(30)對接吻合、結構圖。導通管(38)與導通槽聯(lián)通，連接結構(40)壓緊控制盤，與支持體(25)、基座固定。(36)是傳導盤導通管結構。
圖13是球體結構關節(jié)輔助功能體的感應立柱結構(68)、傳感元件槽(69)結構、安裝結構(84)，感應立柱內設置感應元件(如光電二極管、對應光電池等傳感器)。
圖14是圖13的剖視圖N-N，是感應立柱結構、傳感元件槽結構、安裝結構說明圖。L3是防塵彈性體與輔助功能體(53)固定，68是感應元件，70是傳感器，55是中心轉子球體結構的球面結構。
圖15是安裝結構部位的一種制動結構，與圖16互為剖視圖。齒條(73)與輔助功能向(53)相固定，齒輪(74)上的齒牙與齒條齒牙相齒嚙合，線圈76可產生方向相反的電磁場推動齒輪(74)與齒條嚙合或分離，齒輪(74)與齒輪(75)嚙合，齒輪(75)與運動肢體(10)固定齒輪(74)與齒條嚙合，輔助功能體不能進行軸向旋轉，齒輪與齒條分離，輔助功能體可以由控制電動機(m2)驅動旋轉。檔片(77)限定齒輪(74)的行程，檔片與齒輪(75)固定，檔片上可設置咸應元件(78)或行程開關等。齒檔片隨齒輪(75)旋轉至一定角度后與傳感器(與電機固定)或限行程結構的位置相對應。使其旋轉不能夠超越該角度值。
圖16是圖15上的f-f剖視圖圖17是檔片(77)的感應元件(78)，是有校對電動機位置的功能。感應元件與電動機放置某一角度上的傳感器位置對應，感應元件與傳感器對應時是電動機的零位置。
圖18是球體單力矩結構關節(jié)的基座內表面(與轉子軸承接觸面)結構圖。12是平面結構，58是球面(球體)結構，57是基座柱體結構與轉子軸承柱體結構(56)相對應吻合。
圖19是柱體單力矩結構關節(jié)的基座內表面結構圖。剖視位置f-f與圖1視圖角度一致。
圖20是柱體單力矩結構關節(jié)的轉子軸承結構圖。
圖21是柱體單力矩結構關節(jié)轉子軸承與支柱體為一體的結構，是縱軸向剖視圖。
圖22是柱體單力矩結構關節(jié)輔助功能體正視圖。L3是防塵彈性結構，68是感應立柱，69是傳感器元件槽，51是側體結構，視圖位置是圖1的B-B。
圖23是圖1的A-A剖視圖。支柱體(3)輔助功能體(52)，轉子軸承與側體結構(51)的固定可以是嵌合固定。
圖24是球體矩結構關節(jié)的內支持體結構頂視圖。f-f視圖位置與圖1-致，導通口(64)與變容腔(18)相通，分隔體前端(L)與運動體接觸，密封，分隔體是球體結構與外支柱體(3)緊密接觸、吻合、密封，感應元件(50)嵌入柱體內。
圖25是球體雙力矩結構關節(jié)的內支持體結構后視圖。剖視部位f-f的組圖與圖6一致，g1是外支柱體與內支持體接觸部分，該部分是球體(球面結構)。
圖26是球體雙力矩結構關節(jié)的轉子、中心轉子(1)運動肢體后視圖。中心轉子、轉子(6)、運動肢體為一體結構，環(huán)形導通管槽(65)與環(huán)形導通管(11)相吻合、密封；內運動肢體(9)與內支持體內壁緊密接觸吻合、密封(g3所示為內支持體內壁)；中心轉子與內支持體前部與運動體(8)內壁緊密接觸吻合、密封(g2所示為運動體內壁)。
圖27是球體雙力矩結構關節(jié)的轉子、中心轉子、運動肢體的頂視圖。
圖28是連接結構(29)的視圖，剖視符號的視圖與圖6視圖一致。
圖29是球體雙力矩結構關節(jié)內支持的視圖，視圖位置是圖6的E-E。環(huán)形導通管(11)在隔絕體(7)上開口。
圖30是球體雙力矩結構關節(jié)內支持體的前視圖，f-f視圖位置與圖6視圖一致。
圖31是雙力矩結構關節(jié)傳導盤的正面(與控制盤接觸面)結構圖。孔道(72)是螺釘固定內傳導盤的位置，螺孔(85)是傳導盤與外支柱體(25)固定部位?！癒”是環(huán)形密合結構，71是導通槽，輸液腔(80)周邊還可設置一道環(huán)形密合結構。
圖32是雙力矩結構關節(jié)傳導盤的反面結構圖。f-f視圖位置與圖6視圖一致。圖F-F、圖G-G是雙力矩結構關節(jié)傳導盤剖視圖。部視位置是圖6的F-F、G-G，F(xiàn)-F是輸液腔(20)通過垂直轉向管道(81)轉位置致80。G-G是導通管(22)通過垂直轉向管道(81)與導通管(23)合并、聯(lián)通的結構圖。封口材料(79)密封管口。
圖33是雙力矩結構關節(jié)的控制盤正面(與傳導盤接觸面)結構圖。該控制盤的結構與單力矩結構關節(jié)的控制盤結構相同?？刂票P以平衡線(83)為基準順時針施轉，和動力管路聯(lián)通的導通槽(46或47)與傳導盤導通槽(71)聯(lián)通；以平衡線為基準逆時針旋轉，和回路聯(lián)通的導通槽(47或46)與傳導盤導通槽(71)聯(lián)通；以平衡線為基準旋轉角度大，導通槽(46或47)與傳導盤導通槽(71)接通的口徑大；傳導盤導通槽(71)位于平衡線位置時，控制盤導通槽不與傳導盤導通槽(71)聯(lián)通。導通管(23或82)接動力管路，導通管(82或23)接回路，控制盤導通槽(71)與輸液腔(80)聯(lián)通，并保持與傳導盤輸液腔(80)聯(lián)通。
圖34是柱體雙力矩結構關節(jié)的內支持體視圖，視圖位置是圖6的E-E。
圖35是柱體雙力矩結構關節(jié)的內支柱體的三視圖，該結構與側體結構(51)緊密接觸、密封。
圖36是柱體雙力矩結構關節(jié)的剖視圖，剖視位置是圖6的D-D。
圖37是單關節(jié)動力輸送結構示意圖，動力管路(或上一關節(jié)的輸液腔)進入關節(jié)內腔分為兩路(66)，虛線所示是關節(jié)部分。43代表控制盤傳導盤、變容腔等。35是單向閥，使由K1(導向腔)孔道出來的液體單向流動，回路(67、54)與控制盤的一對導通管聯(lián)通。
圖38是球體單力矩結構關節(jié)的內運動體的一種結構。該結構內運動體(4)與轉子軸承盤球體結構及支柱體(3)的球面緊密接觸、密封、吻合，內運動體在與轉子軸承球面接觸一面作凹槽結構(33)，通過凹槽結構使變容腔(19)與導通管(21)聯(lián)通。
圖39是恒壓罐的一種結構圖。活塞(88)由彈簧、保持一定的壓力，液體按箭頭所示方向流動，當流動液體小于恒定壓力時活塞切斷缸體(87)的輸出管路，保持恒定的壓力不變。
圖40是運動肢體關節(jié)動力輸送循環(huán)機構示意圖。液壓泵(m)產生壓力液體(動力液體)通過經過動力管路上的平衡罐(86)，過液器(95)單向閥(91)，壓力傳感器(89)，過壓卸壓閥(92)，到達關節(jié)內腔，壓力液體對內運動肢體作功，使運動肢體運動。90代表運動肢體關節(jié)(可以是單關節(jié)、復合關節(jié)、兩個或兩個以上的關節(jié))。對關節(jié)運動肢體作功，由關節(jié)導通管輸出的液體經回路(93)，通過恒壓罐(87)壓力傳感器(89)，進入蓄液箱，蓄液箱向液壓泵提供液壓，如此構成循環(huán)輸送動力液體機構。卸壓閥是防止運動肢體受到反作用力(或阻力)過大，使作功液體壓力達到一定值時，排除過壓部分的液體入蓄液箱(94)。平衡罐是一個小容量的蓄能罐，吸收液壓泵的脈動，同時向動力管路提供恒定的高壓液體。動力管路、回路、恒壓罐的壓力傳感器(89)產生的壓力電信號是反饋電信號，向系統(tǒng)反饋壓力值。液壓泵的壓力控制是通過驅動電動機控制。
圖41是復合關節(jié)動力輸送結構示意圖。壓力液體由動力管路(或運動肢體輸液腔)向關節(jié)輸送，箭頭表示傳輸方向，壓力液體由運動肢體輸液腔經過傳導盤，控制盤進入關節(jié)內腔，分為兩路，一路進入另一個控制盤、傳導盤、運動肢體輸液控向下一個關節(jié)傳道壓力液體(66)；另一路與控制盤導通管(與動力管路相聯(lián)通的導通管)聯(lián)接(42)向控制盤提供壓力液體。由變容腔輸出的液體通過傳導盤、控制盤進入回路(54)，單向閥(35)使由孔道(K1)出來的液體單方向流動。
圖42是球體單力矩結構關節(jié)的內運動體主視圖和后視圖。后球體結構(61)與前部半徑相同，柱體結構(60)的柱面半徑上以中心轉子旋轉運動的中心線的中心(橫軸向軸心)為半徑中心。F-f視圖方向與圖4視圖一致。
圖43是球體雙力矩結構關節(jié)的環(huán)形導通管截面結構。環(huán)形導通管與內支柱體內表面固定。
圖44是球體雙力矩結構關節(jié)的分隔體的一種“工”字形截面結構。
圖45“a、b”是是球體雙力矩結構關節(jié)的分隔體前端(L)與運動體接觸兩種形式說明圖。分隔體前端相對運動體是旋轉運動形式，前端柱體結構的半徑以中心轉子旋轉運動的中心線為半徑中心。
具體實施方式
單關節(jié)向控制盤輸送壓力液體的動力管路，使用一個控制盤和傳導盤結構或軟管形式輸送壓力液體以適應控制盤的旋轉運動。使用控制盤和傳導盤結構形式，動力管路及回路結構形式，動力管路及回路與傳導盤的兩個導通管相聯(lián)通固定，傳導盤的輸液腔與動力管路相聯(lián)通。
傳導盤與關節(jié)內腔相固定，控制盤與傳導盤吻合，聯(lián)接固定，聯(lián)接固定方式與變容腔聯(lián)通的傳導盤和控制盤聯(lián)接固定方式一樣，一對控制盤上的對應管路相互聯(lián)通；該結構形式與復合關節(jié)類同。環(huán)形密合結構的功能是保證相對旋轉運動時的密封、吻合，該結構可依據導通槽、導通管的位置設計。導通槽的深度以控制盤、傳導盤吻合對應后，液體能順利流動。關節(jié)的制作材料，基座、內支柱體、轉子軸承等可使用陶瓷材料及新型復合材料。球體結構關節(jié)的球體結構可采用兩部分半球體相合，使用現(xiàn)代焊按工藝焊接，打磨等表面工藝，由里向外漸層測試組裝。
關節(jié)內檢測結構，位于轉子軸承的感應元件的排列、組合，位于基座、外支柱體的傳感器元件的排列、組合，依據一定規(guī)律、順序排列、組合，使感應元件相對于傳感器旋轉運動角度時，不同的運動角度，感應元件與傳感器有不同的對應位置、數量，不同位置、數量的傳感器產生反饋電信號，該反饋電信號是相對旋轉運動角度數值。感應元件可以是發(fā)磁體、或具有較大(或較小)電阻值的導體等。傳感器可以是對應的磁敏傳感器或電極(與感應元件電阻接觸時電極導通，由于感應元件電阻的變化影響了電流的變化，通過測定電流的變化系統(tǒng)可得到感應元件與電極相互處于對應、接觸的位置)對電阻敏感的傳感器等。傳感器的位置固定，感應元件(旋轉)與傳感器構成一系列不同的排列組合，形成不同序列的傳感信號構成一系列的編碼，其排列組合原理與編碼器的一對碼盤在光源照射下由碼盤的旋轉產生不同光線序列信號的原理相同。系統(tǒng)依據被感應的傳感器的電信號可計算出轉子軸承(運動肢體)或內支持體(運動肢體)的旋轉角度?？刂票P通過導通槽接通傳導盤后壓力液體通過導通管進入變容腔，單力矩結構關節(jié)，一個變容腔進入壓力液體后，在壓力液體體的作用下體積變大，并使另一個變容腔容積變小，形成以中心、轉子為軸心的力矩，推動內運動肢體(內運動體)運動；雙力矩結構關節(jié)、兩個變容腔進入壓力液體后在壓力液體的作用下體積變大，并使另兩個變容腔容積變小，形成以中心轉子為軸心的兩個力矩，推動內運動肢體(及運動體)運動；容積變小的變容腔通過傳導盤、控制盤的導通管向外輸出。球體雙力矩結構關節(jié)的輔助功能體應再增加一個球體結構的輔助功能體(圖6中未表示)。
權利要求1.一種機器人數控運動肢體關節(jié)，由具有導向結構和液壓動力結構構成，其特征是由中心轉子、轉子、轉子軸承、內運動體、外運動體、內支持體、外支持體、內運動肢體、運動體、支持體、基座、環(huán)形導通管、側體結構、輔助功能體、傳導盤、內傳導盤、內傳導盤、控制盤、分隔體、隔絕體、壓力腔、變容腔、導向腔、導通管、導通槽、導通口、輸送腔、輸液腔、關節(jié)內腔結構構成運動肢體關節(jié)，包括球體雙力矩結構、球體單力矩結構、柱體雙力矩結構、柱體單力矩結構；球體雙力矩結構的內支持體、內支持體、外支持體、運動體、導向腔、輸送腔、轉子、輔助功能體具有球體結構，內支持體、運動體、輔助能體相互接觸密封、交叉吻合，中心轉子、轉子軸承具有柱體結構，內支持體后部(27)的柱體結構與外支持體后部(25)柱體結構相互吻合，內支持體后部與內傳導盤通過連接結構(29)相互緊密接觸，連接結構與內傳導盤、外支持體后部相固定成一體結構，內支持體與外支持體之間形成的輸送腔通過內支持體上若干導通口(64)與變容腔(18)相通，與導通管(23)相通，分隔體(63)與內支持體固定，分隔輸送腔與運動體為兩個相互隔絕的輸送腔，分隔體與運動體接觸，具有密封結構，壓力腔與輸液腔(20)相通，轉子及轉子的環(huán)形導通管槽(65)與內支持體內壁及環(huán)形導通管緊密接觸吻合、密封，隔絕體、轉子軸承、中心轉子，內運動肢體、運動體構成密封容積“變容腔(19)”，變容腔通過環(huán)形導形導通管與導通管(22)相聯(lián)通；內支持體、轉子、隔絕體、中心轉子、轉子軸承、內運動肢體構成密封容積“變容腔(18)”，變容腔通過導通管(23)與控制盤(32)導通管相通，內支持體后部設置若干感應元件，位置與外支持體內面?zhèn)鞲衅?49)位置相對應，轉子軸承對中心轉子起導向、軸承作用，中心轉子及軸子軸承具有柱體結構，設置與輔助功能體(53)緊密接觸、吻合，與外支持體后部(25)相固定的球體結構輔助功能體，該結構上設置感應元件槽結構(69)，在輔助功能體(53)上設置感應立柱結構(68)，設置按裝結構(84)，輔助功能體(53)與外運動肢體(10)形成軸承關系，以外運動肢體為軸構成旋轉運動結構，環(huán)形導通管中部設置密封材料使兩部分環(huán)形導通管相互隔絕，并使輸液腔通過中部密封材料，運動肢體中間、中心轉子、內支持體后部傳導盤設置輸液腔(20)結構，輸液腔與壓力腔(16)相通，內支持體后部與內傳導盤、環(huán)形密合結構(K)相互吻合，密封，球體單力矩結構的中心轉子、轉子軸承、中心轉子、轉子軸承、內運動體、外運動體、支持體、輔助功能體、變容腔、導向腔具有球體結構；運動體與支持體、輔助功能體(52)相互緊密接觸、交叉吻合、密封，并能相對運動，形成導向腔；中心轉子、內運動體、外運動體、內運動肢體相固定，以中心轉子為軸心(橫軸向)運動；內運動體、外運動體、中心轉子、轉子軸承、內運動肢體以縱軸向旋轉運動，轉子軸承后部柱體結構(56)與基座柱體結構(57)緊密接觸吻合，轉子軸承可作縱軸向旋轉運動，其上設置若干感應元件(50)與基座上的傳感器(45)位置的旋轉角度相對應，轉子軸承為球體結構，也可以由具有部分球體結構構成，內運動體與轉子軸承的軸承結構(h3)接觸處的內運動體作軸結構與軸承結構對應、吻合，軸結構與內運動體成一體，具有部分球體結構的轉子軸承側壁(h5)的中心作軸結構(62)與軸承結構吻合、對應；軸承結構和軸結構(62)構成內運動體橫軸向運動的軸承結構和密封兩個變容腔的結構；轉子軸承斜面結構(h2)滿足內運動肢體和內運動體運動范圍；具有部分球體結構的轉子軸承增加襯墊結構(24)襯墊結構與轉子軸承側壁固定成一體，隨之一同作旋轉運動，襯墊結構緊密接觸、密封基座球體結構(58)并為內運動體位于襯墊結構處的柱體結構(59)提供接觸、密封平面，內運動體中部結構與內運動肢體固定，分隔兩變容腔為密封的兩個容積，內運動體后球體結構(61)與支持體緊密接觸、密封；內運動體柱體結構在內運動體軸向運動時與基座平面結構緊密接觸、密封，柱體結構(59)與襯墊結構(24)平面緊密接觸、密封。中心轉子、運動肢體中間、轉子軸承、基座設置輸液腔(20)結構，輸液腔與壓力腔相通，中心轉子球體結構與轉子軸承球體內表面緊密接觸吻合、密封，形成密閉容積“壓力腔”；柱體雙力矩結構的中心轉子、轉子、中心轉子、轉子、轉子軸承、內支持體、運動體、外支持體、輔助功能體具有柱體結構；內運動體、內支持體、外支持體相互緊密接觸、密封、交叉吻合；轉子與內支持體內壁、環(huán)形導通管緊密接觸、密封。內支持體后部(27)與內傳導盤(28)成一體結構，并與外支持體后部結構(25)相固定、密封成一體，內支持體上設置若干導通口，使輸送腔與變容腔(18)相通；內支持體、外支持體與側體結構相固定成一體結構；運動肢體、中心轉子、轉子、內支持體后部設置輸液腔(20)結構，輸液腔與壓力腔相通，運動體、內運動肢體、輔助功能體與側體結構緊密接觸、密封。環(huán)形導通管中部設置密封材料，并使輸液腔通過中部密封材料，環(huán)形導通管與內支持體相固定，柱體單力矩結構的中心轉子、轉子軸承中心轉子、轉子軸承、支持體、運動體、輔助功能體、導向腔具有柱體結構；支持體、運動體、輔助功能體相互緊密接觸、密封、義叉吻合，側體結構與支持體、轉子軸承固定成一體，與內運動肢體、運動體、輔助功能體緊密接觸、密封，轉子軸承與中心轉子具有導向、軸承結構?；c轉子軸承后部固定，轉子軸承、基座、支持體可制成一體結構，基座設置凸肩結構(13)，導通管結構(21)，運動肢體、中心轉子、基座設置輸液腔結構(20)，中心轉子與轉子軸承緊密接觸、密封、吻合構成密閉容積“壓力腔”。
2.如權利要求1所述的機器人數控運動肢體關節(jié)，其特征是球體雙力矩結構、球體單力矩結構、柱體雙力矩結構、柱體單力矩結構的運動肢體關節(jié)相互組合構成復合關節(jié)結構。
3.如權利要求1所述的機器人數控運動肢體關節(jié)，其特征是球體雙力矩結構和柱體雙力矩結構的內傳導盤的輸液腔、導通管(22)相對應吻合、密封，并相互固定，其間使用密封材料(31)密封；輸液腔、導通管在傳導盤內通過垂直轉向管道(81)，轉換輸出位置，同時使導通管合并，使傳導盤端面具有一對對應導通槽(71)結構和變位輸液腔(80)結構，同時設置環(huán)形密合結構(k)，控制盤導通槽與導通管聯(lián)通，平衡線(83)位于導通槽之間，控制盤、傳導盤環(huán)形密合結構相互吻合、密封結構；傳導盤導通槽位于平衡線處，則不與控制盤導通槽相通，控制盤以平衡線為基準順時針或逆時針旋轉，使控制盤導通槽與傳導盤導通槽相互聯(lián)通，相互聯(lián)通的通過口徑與旋轉角度成正比，控制盤的輸液腔(80)相聯(lián)通的導通槽(71)與傳導盤輸液腔(80)保持相互聯(lián)通關系，控制盤的兩對導通管、一對接動力管路、一對接回路、接輸液腔(80)、控制盤導通槽(71)的導通管接動力管路，該輸液腔的壓力液體是動力輸送管路，球體單力矩結構和柱體單力矩結構的傳導盤(30)導通管與基座導通管相接，傳導盤輸液腔(44)與基座輸液腔相對應，聯(lián)通；傳導盤與支持體(25)相固定，其間設置密封材料(31)，傳導盤環(huán)形密合結構與控制盤密合結構(k)相吻合、密封，傳導盤端面具有一對對應導通槽結構(45)，并與導通管(34)聯(lián)通，控制盤導通槽與導通管聯(lián)通，平衡線(83)位于導通槽之間，傳導盤導通槽位于平衡線處，傳導盤導通槽不與控制盤導通槽相聯(lián)通，控制盤以平衡線為基準順時針或逆時針旋轉，控制盤導通槽與傳導盤導通槽相聯(lián)通，控制盤輸液腔與導通槽(48)聯(lián)通，并保持與控制盤輸液腔的聯(lián)通，球體關節(jié)在轉子轉子軸承后部(56)和內支持體后部(27)的感應元件與傳感器位置相對應，傳感器產生反饋電信號，輔助功能體感應立柱內的感應元件順序感應傳感元件，傳感器產生反饋電信號，控制電動機(m2)內有旋轉角度測量器產生反饋電信號，控制電動機(m1)內有旋轉角度測量器，反饋控制盤旋轉角度值，控制電動機均是軸固定形式，運動肢體及輔助功能(53)與輔助功能體(52)或支持結構后部(25)產生相對運動，相對運動的兩部分結構分別安裝測量器或檢測元件的。
專利摘要機器人數控運動肢體關節(jié)屬機器人自動化范疇，用于非“工業(yè)機器人”，本技術是針對精度要求不高的日常工作機器人、娛樂機器人、仿生機器人、玩具機器人，該類機器人的電動機及傳動齒輪結構不適應機器人對速度、彈性力量的要求。本結構即具有運動導向功能，又是動力輸出(產生)結構，以機械結構承載壓力液體的作功，結構簡單，其中電動機只具有控制液體動力及方向的功能，不參與力量的輸出，使運動結構控制簡單方便。本技術是直接液體動力無傳動結構，運動部位是液體潤滑，壽命長，一個動源即可，速度和力量控制簡單、效率高、成本低，且具有外力緩沖、肢體慣性緩沖、吸收振動的彈性動力，具有仿生動力特征，更適合模糊邏輯控制，本技術是一種合理的運動結構。本技術市場前景看好。
文檔編號B25J9/06GK2677102SQ03261338
公開日2005年2月9日 申請日期2003年5月18日 優(yōu)先權日2003年5月18日
發(fā)明者李曉晨 申請人:李曉晨