專利名稱：電液伺服遙操縱三自由度并聯(lián)機械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及機電領(lǐng)域，特別涉及一種電液伺服遙操縱三自由度并聯(lián)機械手，廣泛應(yīng)用于遠程醫(yī)療、空間探索、海洋開發(fā)、原子能應(yīng)用、軍事戰(zhàn)場、搶險救助等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在遙操縱系統(tǒng)中，機械手的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式對實現(xiàn)臨場感和遠程精確控制有重大意義。在機構(gòu)結(jié)構(gòu)上，串聯(lián)式機械手動力傳遞路線較長，容易影響力控制的速度和反饋精度，特別是維數(shù)多時，影響更加明顯。在驅(qū)動方式上，電動驅(qū)動承載能力小，大負載情況下力反饋信息不充分；氣動式機械手氣體壓縮性大，位置控制準確性差，低速運動情況下響應(yīng)速度慢，動態(tài)性能差。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種電液伺服遙操縱三自由度并聯(lián)機械手，采用液壓驅(qū)動的并聯(lián)機構(gòu)，克服上述電動串聯(lián)和氣動串聯(lián)機械手的缺點，使操縱者能夠充分準確地感知遠端工作環(huán)境阻力和位置信息，具有俯仰、翻滾和上下平移3個自由度。本實用新型的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)電液伺服遙操縱三自由度并聯(lián)機械手，力傳感器1、II JII 3、14、16分別安裝在液壓缸1、IIJII 5、13、18的出桿端部，檢測操作者對手柄的輸入力；位移傳感器1、IIJII 4、12、17分別安裝在液壓缸1、I1、111 5、13、18缸筒上，測量液壓缸的伸縮量；液壓缸1、I1、III 5、13、18的缸筒分別固定在液壓缸底座1、I1、111 6、11、19上，分別與力傳感器1、I1、III 3、14、16和位移傳感器1、I1、III4、12、17構(gòu)成作動器總成；三個作動器總成互成120°角，分別通過上萬向節(jié)15和下萬向節(jié)1、I1、111 8、9、10與運動平臺2和固定平臺7連接；電液伺服閥1、II >111 20,21,22安裝在伺服閥集成塊23上，伺服閥集成塊23的進油口和泄油口通過液壓油管與液壓缸1、IIJII 5、13、18的進油口和出油口相連。所述的運動平臺2上設(shè)置操縱手柄1，對運動平臺2的位置和姿態(tài)進行操作，并通過液壓缸1、II >111 5、13、18的伸縮變化來感知反饋力和位置空間信息。所述的電液伺服遙操縱三自由度并聯(lián)機械手具有三個自由度，在工作前機械手能夠自動回復(fù)到初始位置，即Z向運動平臺2和固定平臺7距離75mm ;液壓缸1、I1、111 5、13、18同時伸長或縮短相同長度時，運動平臺2在Z向做升降運動；液壓缸1、11 5、13同時伸長或縮短相同長度，且與液壓缸III18運動距離不同時，運動平臺2繞Y向做俯仰運動；液壓缸I 5的伸長量和液壓缸III 18的縮短量相等，或者液壓缸I 5的縮短量和液壓缸III 18的伸長量相等，且液壓缸II 13不運動時，運動平臺2繞X向做翻滾運動。所述的運動平臺2的受力信息通過力傳感器1、I1、111 3、14、16轉(zhuǎn)換成信號來控制遠端裝置工作，運動平臺2的位置和姿態(tài)信息通過位移傳感器1、I1、III4、12、17轉(zhuǎn)換成信號來控制遠端裝置工作；遠端裝置的工作環(huán)境和受力空間通過計算機控制系統(tǒng)35計算后控制電液伺服閥1、I1、III 20,21,22工作，將信息反饋到機械手，實現(xiàn)遙操縱控制。[0009]本實用新型的有益效果在于結(jié)構(gòu)緊湊、剛度大，液壓驅(qū)動、承載能力強、反饋信息充分、控制靈活精確、運行穩(wěn)定、自重負荷小、動力性能好，更好地滿足遠距離操縱任務(wù)的需要?？梢詮V泛應(yīng)用于遠程醫(yī)療、空間探索、海洋開發(fā)、原子能應(yīng)用、軍事戰(zhàn)場、搶險救助等危險或有害的作業(yè)領(lǐng)域。并聯(lián)機構(gòu)動力傳遞路線短，自重負荷小、反饋信息充分、準確。能夠解決機械手反饋力和位置信息耦合的缺點，使操作者更好的感知遠端工作情況。具有三個自由度，可以滿足飛行器、船舶、車輛等具有三自由度系統(tǒng)的控制要求。

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本實用新型的示意性實例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定。圖1為本實用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的Z向結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型的電液伺服集成塊本體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型的電液伺服集成塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實用新型的控制系統(tǒng)原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進一步說明本實用新型的詳細內(nèi)容及其具體實施方式
。
參見圖1至圖5所示，本實用新型的電液伺服遙操縱三自由度并聯(lián)機械手包括操縱手柄1、運動平臺2、力傳感器1、11、1113、14、16、位移傳感器1、II JII 4、12、17、液壓缸1、Π、ΙΙΙ 5、13、18、液壓缸底座1、Π、ΙΙΙ6、11、19、下萬向節(jié)1、I1、111 8、9、10、固定平臺 7、上萬向節(jié)15、電液伺服閥I , II JII 20、21、22、伺服閥集成塊23、液壓泵24、油箱25、由手柄上的力傳感器測出的操縱力信號KIKIII 26、27、28、伺服放大器1、ΙΙ、ΠΙ 29、30、31、由手柄上的位移傳感器測出的操縱手柄位置信號1、ΙΙ、ΠΙ 32、33、34、計算機控制系統(tǒng)35、從端工作阻力信號36、從端驅(qū)動信號37、從端工作裝置關(guān)節(jié)角度信號38、從端工作裝置39及反饋信號40，其中，液壓缸1、ΙΙ、ΠΙ 5、13、18的出桿端部通過螺紋與力傳感器1、11、1113、14、16連接，用螺母緊固。位移傳感器1、II >111 4、12、17的拉桿通過螺紋螺母與液壓缸1、I1、III 5、13、18的出桿端連接，其固定部位固定在液壓缸1、I1、111 5、13、18缸體上。運動平臺2和固定平臺7同心布置。三個作動器(液壓缸1、11、1115、13、18、力傳感器1、11、1113、14、16、位移傳感器1、I1、111 4、12、17和液壓缸底座6、11、19的總成)通過螺紋與上萬向節(jié)15和下萬向節(jié)1、ΙΙ、ΠΙ8、9、10連接，且通過螺紋互成120°角地安裝在運動平臺2和固定平臺7之間。液壓缸1、ΙΙ、ΠΙ5、13、18同時伸長或縮短相同長度時，運動平臺2在Z向做升降運動；液壓缸1、II 5、13同時伸長或縮短相同長度，且與液壓缸III18運動距離不同時，運動平臺2繞Y向做俯仰運動；液壓缸I 5的伸長量和液壓缸III 18的縮短量相等，或者液壓缸I 5的縮短量和液壓缸III18的伸長量相等，且液壓缸II 13不運動時，運動平臺2繞X向做翻滾運動。[0020]參見圖1、圖2及圖4所示，操縱手柄I通過螺紋螺母固定在運動平臺2的中心，液壓缸1、II JII 5、13、18的出桿端部通過螺紋與力傳感器1、II JII 3、14、16連接，用螺母緊固。位移傳感器1、I1、III4、12、17的拉桿通過連接件與液壓缸1、I1、III5、13、18的出桿連接，保證拉桿與液壓缸1、II >111 5、13、18出桿位移變化一致，位移傳感器1、II >111 4、12、17固定部位固定在液壓缸1、IIJII 5、13、18缸體上。液壓缸1、IIJII 5、13、18缸體焊接在液壓缸底座1、I1、III6、11、19上。三個作動器通過螺紋與上萬向節(jié)15和下萬向節(jié)1、11、III 8、9、10連接，實現(xiàn)三自由度靈活運動。上萬向節(jié)15和下萬向節(jié)1、I1、III 8、9、10通過螺紋互成120°角地分別安裝在運動平臺2和固定平臺7上。參見圖3、圖5及圖6所示，電液伺服閥1、I1、III20、21、22通過螺栓固定在伺服閥集成塊23上，伺服閥集成塊23中開有液壓油雙向油路，與電液伺服閥1、I1、III 20,21,22油口密封連接。電液伺服閥1、I1、III20、21、22的a3、b3及c3為控制線路接口，與計算機控制系統(tǒng)35連接，控制電液伺服閥1、II JII 20,21,22工作。伺服閥集成塊23的供油油路與液壓泵24連接，回油油路與油箱25連接。參見圖4及圖5所示，液壓缸1、IIJII 5、13、18的油口 al和a2、bl和b2、cl和c2分別通過液壓油管與伺服閥集成塊23上對應(yīng)的油口 al和a2、bl和b2、cl和c2密封連接。參見圖1至圖6所示，本實用新型的工作原理是操作者對操縱手柄I施加操縱力，操縱手柄I帶動運動平臺2運動，力傳感器1、I1、III 3、14、16檢測到操縱力產(chǎn)生力信號，位移傳感器1、II >111 4、12、17檢測到運動平臺2的位置變化產(chǎn)生位移信號。由手柄上的力傳感器測出的操縱力信號1、I1、III26、27、28經(jīng)伺服放大器1、I1、III29、30、31放大后與由手柄上的位移傳感器測出的操縱手柄位置信號1、I1、III32、33、34—同輸入計算機控制系統(tǒng)35。從端工作裝置39產(chǎn)生的從端工作阻力信號36和各運動關(guān)節(jié)產(chǎn)生的從端工作裝置關(guān)節(jié)角度信號38同樣輸入到計算機控制系統(tǒng)35。操縱力信號1、II JII 26、27、28和操縱手柄位置信號1、I1、III32、33、34與從端工作阻力信號36和從端工作裝置關(guān)節(jié)角度信號38經(jīng)過計算機控制系統(tǒng)35運算后，產(chǎn)生從端驅(qū)動信號37來驅(qū)動從端工作裝置39 ;產(chǎn)生的反饋力信號40驅(qū)動并聯(lián)機械手電液伺服閥1、I1、III 20、21、22動作，進而改變?nèi)齻€液壓缸1、I1、III5、13、18的伸縮量。操縱手具有的三自由度位置和姿態(tài)運動能力，使操縱手能夠充分再現(xiàn)遠端的約束空間情況，使操作者更好地感受到遠端工作環(huán)境，便于操作者完成工作任務(wù)。以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電液伺服遙操縱三自由度并聯(lián)機械手，其特征在于力傳感器1、11、111(3、14、16)分別安裝在液壓缸1、I1、III(5、13、18)的出桿端部，檢測操作者對手柄的輸入力；位移傳感器1、ΙΙ、ΠΙ(4、12、17)分別安裝在液壓缸1、I1、111(5、13、18)缸筒上，測量液壓缸的伸縮量；液壓缸1、II JII (5、13、18)的缸筒分別固定在液壓缸底座1、IIJII (6、11、19)上，分別與力傳感器1、ΙΙ、ΠΙ(3、14、16)和位移傳感器1、I1、111(4、12、17)構(gòu)成作動器總成；三個作動器總成互成120°角，分別通過上萬向節(jié)(15)和下萬向節(jié)1、ΙΙ、ΠΙ(8、9、10)與運動平臺(2)和固定平臺(7)連接；電液伺服閥1、I1、111 (20、21、22)安裝在伺服閥集成塊(23)上，伺服閥集成塊(23)的進油口和泄油口通過液壓油管分別與液壓缸1、11、111(5、13,18)的進油口和出油口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液伺服遙操縱三自由度并聯(lián)機械手，其特征在于所述的運動平臺(2)上設(shè)置操縱手柄(1)，對運動平臺(2)的位置和姿態(tài)進行操作，并通過液壓缸1、ΙΙ、ΠΙ(5、13、18)的伸縮變化來感知反饋力和位置空間信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電液伺服遙操縱三自由度并聯(lián)機械手，其特征在于所述的電液伺服遙操縱三自由度并聯(lián)機械手具有三個自由度，在工作前機械手能夠自動回復(fù)到初始位置，即Z向運動平臺(2)和固定平臺(7)距離75mm;液壓缸1、I1、111(5、13、18)同時伸長或縮短相同長度時，運動平臺(2)在Z向做升降運動；液壓缸1、11 (5、13)同時伸長或縮短相同長度，且與液壓缸111(18)運動距離不同時，運動平臺(2)繞Y向做俯仰運動；液壓缸I (5)的伸長量和液壓缸III(18)的縮短量相等，或者液壓缸I (5)的縮短量和液壓缸111(18)的伸長量相等，且液壓缸II (13)不運動時，運動平臺(2)繞X向做翻滾運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電液伺服遙操縱三自由度并聯(lián)機械手，其特征在于所述的運動平臺(2)的受力信息通過力傳感器1、I1、III(3、14、16)轉(zhuǎn)換成信號來控制遠端裝置工作，運動平臺(2)的位置和姿態(tài)信息通過位移傳感器1、ΙΙ、ΠΙ(4、12、17)轉(zhuǎn)換成信號來控制遠端裝置工作；遠端裝置的工作環(huán)境和受力空間通過計算機控制系統(tǒng)(35)計算后控制電液伺服閥1、ΙΙ、ΠΙ(20、21、22)工作，將信息反饋到機械手，實現(xiàn)遙操縱控制。
專利摘要本實用新型涉及一種電液伺服遙操縱三自由度并聯(lián)機械手，屬于機電領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)是力傳感器安裝在液壓缸的出桿端部，檢測操作者對手柄的輸入力；位移傳感器安裝在液壓缸缸筒上，測量液壓缸的伸縮量；液壓缸的缸筒分別固定在液壓缸底座上，分別與力傳感器和位移傳感器構(gòu)成作動器總成；三個作動器總成互成120°角，分別通過上萬向節(jié)和下萬向節(jié)與運動平臺和固定平臺連接；電液伺服閥安裝在伺服閥集成塊上，伺服閥集成塊的進油口和泄油口通過液壓油管與液壓缸的進油口和出油口相連。優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)緊湊、剛度大，液壓驅(qū)動、承載能力強、反饋信息充分、控制靈活精確、運行穩(wěn)定、自重負荷小、動力性能好，更好地滿足遠距離操縱任務(wù)的需要。
文檔編號B25J9/16GK202862219SQ20122057452
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者鞏明德, 田博, 黃勇, 叢建華 申請人:吉林大學(xué)