專利名稱：四足步行機(jī)器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種四足機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)，更具體地說是一種四足步行機(jī)器人的液壓 驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，地面移動機(jī)器人常用的移動方式主要是輪式、履帶式、蠕動式、爬行式和步 行式。輪式移動機(jī)構(gòu)具有摩擦阻力小、速度快等優(yōu)點(diǎn)，但只適應(yīng)于相對平坦的地面環(huán)境，越 障能力差。履帶式移動機(jī)構(gòu)對地形環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，可翻越障礙、攀爬樓梯、跨越壕溝等， 但傳動效率低。蠕動、爬行和步行式均是模仿動物的仿生運(yùn)動方式，對地形環(huán)境的適應(yīng)能力 極強(qiáng)，可以在絕大部分地面環(huán)境上行走，且以步行方式運(yùn)動速度最快。步行四足機(jī)器人在復(fù) 雜地形環(huán)境下的軍事物質(zhì)運(yùn)輸、反恐裝備底盤、野外勘探和探險、星球探測以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等 方面具有廣闊的應(yīng)用前景。國外有大量公開的四足步行機(jī)器人基本上都是采用電池-電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。中國 專利文獻(xiàn)ZL200820157956. 2、CN101602382A、ZL03153505. 4分別公開了一種四足步行機(jī)器 人的移動機(jī)構(gòu)，也均采用電池-電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。目前已有的四足步行機(jī)器人幾乎全部采用 電池_電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，具有如下缺點(diǎn)或不足①功率/質(zhì)量比小，負(fù)重能力差；②電池容量 有限，續(xù)航能力差，且充電需較長時間；③動態(tài)響應(yīng)慢，動態(tài)行走時機(jī)器人的穩(wěn)定性差；1 ) 電機(jī)的特性軟，其動態(tài)特性受負(fù)載變化的影響大；⑤每個關(guān)節(jié)除配置電機(jī)外，還要安裝減速 箱，使機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種功率/質(zhì)量比大，機(jī)器人 負(fù)重能力強(qiáng)，添加燃料方便，續(xù)航能力長，動態(tài)響應(yīng)快速，機(jī)器人穩(wěn)定性好，電機(jī)速度剛性 好，動態(tài)特性受負(fù)載變化的影響小，關(guān)節(jié)驅(qū)動功率分配方便，布置方便，機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)加 簡單、緊湊的四足步行機(jī)器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種四足步行機(jī)器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)，包括伺服油缸總成，伺服油缸總成通過管路分別 與液壓動力裝置和回油管路連接。所述伺服油缸總成包括液壓油缸，液壓油缸的缸筒上焊接有閥板，閥板上安裝有 與液壓油缸的兩腔相連通的電液伺服閥，液壓油缸的缸筒一側(cè)安裝線位移傳感器，液壓油 缸的缸桿頂端與油缸耳環(huán)之間安裝有力傳感器。所述液壓動力裝置包括發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)的輸出軸分別連接定量液壓泵和轉(zhuǎn)速傳感 器，液壓泵的吸油口與液壓油箱之間安裝有粗過濾器，在液壓泵的出口處連接有單向閥，單 向閥出口處并聯(lián)有液壓蓄能器、壓力傳感器、溢流閥和流量傳感器，流量傳感器與液壓伺服油缸總成的電液伺服閥進(jìn)油口相連，溢流閥的回油口與液壓油箱連通。所述回油管路包括與電液伺服閥回油口相連的精過濾器，精過濾器和風(fēng)式冷卻器連通，風(fēng)式冷卻器的出油口與液壓油箱連通。本發(fā)明假定四足步行機(jī)器人每條腿具有四個主動自由度，由四個完全相同的液壓 伺服油缸驅(qū)動。液壓伺服油缸總成的電液伺服閥直接固定在液壓油缸上減少了電液伺服閥與液 壓油缸之間的連接管道，提高了閥控缸系統(tǒng)的固有頻率，保證了四足步行機(jī)器人的動態(tài)響 應(yīng)能力。液壓伺服油缸與電機(jī)-減速箱組合相比，具有更大的輸出力/質(zhì)量比，使機(jī)器人腿 部結(jié)構(gòu)更加緊湊。為盡可能減小液壓系統(tǒng)的質(zhì)量，液壓油箱容積小，液壓油參與的循環(huán)的次數(shù)多，發(fā) 熱快，為控制液壓油的溫度，在液壓油回油箱處安裝了風(fēng)式冷卻器。溢流閥的溢流是發(fā)熱的 主要來源之一，為減少溢流發(fā)熱，對發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行了伺服控制。根據(jù)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn) 動參數(shù)，可以計算出所需液壓油的流量，與流量傳感器測量的流量值進(jìn)行比較，通過差值控 制汽油發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使溢流閥的溢流減到最小。本發(fā)明的有益效果是①功率/質(zhì)量比大，使機(jī)器人負(fù)重能力硬強(qiáng)；②添加燃料方 便，續(xù)航能力長；③更快速的動態(tài)響應(yīng)能力，有利于機(jī)器人的穩(wěn)定；④更好的速度剛性，其 動態(tài)特性受負(fù)載變化的影響更小；⑤關(guān)節(jié)驅(qū)動功率分配更方便，可以將系統(tǒng)驅(qū)動功率在極 短時間內(nèi)集中提供給指定關(guān)節(jié)，滿足特殊動作驅(qū)動的要求；⑥液壓油缸布置容易，使機(jī)器人 腿部結(jié)構(gòu)更加簡單、緊湊。


圖1是本發(fā)明的原理意圖 圖2是伺服油缸的構(gòu)成示意圖 圖3是機(jī)器人腿的構(gòu)成示意圖
圖4是機(jī)器人腿與軀干的連接示意圖
圖中1.壓力傳感器，2.溢流閥，3.液壓油箱，4.粗過濾器，5.定量液壓泵，6.轉(zhuǎn)速傳 感器，7.發(fā)動機(jī)，8.單向閥，9.流量傳感器，10.液壓蓄能器，11.伺服油缸總成，12.電液伺 服閥，13.液壓油缸，14.線位移傳感器，15.力傳感器，16.精過濾器，17.冷卻器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。如圖1所示，四足步行機(jī)器人每條腿有四個主動自動度(參見圖3和圖4)，由四個 完全相同的液壓伺服油缸總成11驅(qū)動。四足步行機(jī)器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)包括伺服油缸總成 11，伺服油缸總成11通過管路分別與液壓動力裝置和回油管路連接。液壓動力裝置包括采用大轉(zhuǎn)速范圍的汽油發(fā)動機(jī)7，發(fā)動機(jī)7輸出軸連接大轉(zhuǎn)速 范圍的定量液壓泵5和轉(zhuǎn)速傳感器6。在液壓泵5的吸油口與液壓油箱3之間安裝有粗過 濾器4，在液壓泵5的出口處連接有單向閥8，單向閥8出口處并聯(lián)有液壓蓄能器10、壓力傳 感器1、溢流閥2和流量傳感器9，溢流閥2的回油口與液壓油箱3連通，流量傳感器9后并 連16個液壓伺服油缸總成11。
回油管路包括與電液伺服閥12回油口相連的精過濾器16，精過濾器16和風(fēng)式冷 卻器17連通，風(fēng)式冷卻器17的出油口與液壓油箱3連通；從液壓伺服油缸總成11返回的 液壓油經(jīng)精過濾器16和風(fēng)式冷卻器17回油箱。液壓伺服油缸總成11由電液伺服閥12、液壓油缸13、線位移傳感器14和力傳感 器15組合構(gòu)成。如圖2所示，在液壓油缸13的缸筒上焊接有閥板，閥板上安裝有與液壓油 缸13的兩腔相連通的電液伺服閥12，液壓油缸13的缸筒一側(cè)安裝線位移傳感器14，液壓 油缸的缸桿頂端與油缸耳環(huán)之間安裝有力傳感器15。電液伺服閥12直接固定在液壓油缸 13上，減少了電液伺服閥12與液壓油缸13之間的連接管道，提高了閥控缸系統(tǒng)的固有頻 率，保證了四足步行機(jī)器人的動態(tài)響應(yīng)能力。液壓伺服油缸11與電機(jī)-減速箱組合相比， 具有更大的輸出力/質(zhì)量比，使機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)更加緊湊，安裝液壓伺服油缸11后的機(jī)器 人腿部結(jié)構(gòu)如圖3所示，機(jī)器人腿與軀桿的連接如圖4所示。
為盡可能減小液壓系統(tǒng)的質(zhì)量，保證機(jī)器人的負(fù)重能力，液壓油箱3的容積設(shè)計 得很小，液壓油參與的循環(huán)的次數(shù)多，系統(tǒng)發(fā)熱快。為控制液壓油的溫度，在液壓油流回液 壓油箱3的接口處安裝了風(fēng)式冷卻器17。液壓油在溢流閥2處的溢流是發(fā)熱的主要來源之 一，為減少溢流發(fā)熱，對汽油發(fā)動機(jī)7的轉(zhuǎn)速進(jìn)行了伺服控制。根據(jù)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動參 數(shù)，可以計算出各關(guān)節(jié)液壓伺服油缸所需液壓油的流量，計算出系統(tǒng)所需總流量與流量傳 感器9測量的流量值進(jìn)行比較，通過差值控制汽油發(fā)動機(jī)7的轉(zhuǎn)速，使溢流閥2的溢流減到 最小。本發(fā)明為恒壓系統(tǒng)，如果壓力傳感器1測量的系統(tǒng)壓力低于規(guī)定壓力，說明計算得出 的系統(tǒng)所需總流量比實(shí)際流量小，應(yīng)及時調(diào)整。另外，本發(fā)明所述的機(jī)器人腿安裝4個完全的液壓伺服油缸，但并不局限于4個， 也不要求所有液壓伺服油缸完全相同，每條機(jī)器人腿安裝2個、3個或5個液壓伺服油缸(不 一定完全相同)并沒有改變液壓驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理，因此也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種四足步行機(jī)器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于包括伺服油缸總成，伺服油缸總成通過管路分別與液壓動力裝置和回油管路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四足步行機(jī)器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述伺服油缸 總成包括液壓油缸，液壓油缸的缸筒上焊接有閥板，閥板上安裝有與液壓油缸的兩腔相連 通的電液伺服閥，液壓油缸的一側(cè)安裝線位移傳感器，液壓油缸的缸桿頂端與油缸耳環(huán)之 間安裝有力傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四足步行機(jī)器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述液壓動力 裝置包括發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)的輸出軸分別連接定量液壓泵和轉(zhuǎn)速傳感器，液壓泵的吸油口與 液壓油箱之間安裝有粗過濾器，在液壓泵的出口處連接有單向閥，單向閥出口處并聯(lián)有液 壓蓄能器、壓力傳感器、溢流閥和流量傳感器，流量傳感器與液壓伺服油缸總成的電液伺服 閥進(jìn)油口相連，溢流閥的回油口與液壓油箱連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四足步行機(jī)器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述回油管路 包括與電液伺服閥回油口相連的精過濾器，精過濾器和風(fēng)式冷卻器連通，風(fēng)式冷卻器的出 油口與液壓油箱連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種四足步行機(jī)器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)，包括伺服油缸總成，伺服油缸總成通過管路分別與液壓動力裝置和回油管路連接。本發(fā)明的有益效果是①功率/質(zhì)量比大，使機(jī)器人負(fù)重能力硬強(qiáng)；②添加燃料方便，續(xù)航能力長；③更快速的動態(tài)響應(yīng)能力，有利于機(jī)器人的穩(wěn)定；更好的速度剛性，其動態(tài)特性受負(fù)載變化的影響更??；⑤關(guān)節(jié)驅(qū)動功率分配更方便，可以將系統(tǒng)驅(qū)動功率在極短時間內(nèi)集中提供給指定關(guān)節(jié)，滿足特殊動作驅(qū)動的要求；⑥液壓油缸布置容易，使機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)更加簡單、緊湊。
文檔編號B25J19/00GK101811304SQ20101015367
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者宋勇, 宋銳, 徐勤江, 李貽斌, 王海燕, 榮學(xué)文, 阮久宏 申請人:山東大學(xué)