CN105156382B - 四足机器人电动伺服液压源驱动系统 - Google Patents

四足机器人电动伺服液压源驱动系统 Download PDF

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CN105156382B CN201510644743.7A CN201510644743A CN105156382B CN 105156382 B CN105156382 B CN 105156382B CN 201510644743 A CN201510644743 A CN 201510644743A CN 105156382 B CN105156382 B CN 105156382B
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Abstract

四足机器人电动伺服液压源驱动系统,包括定量齿轮泵,定量齿轮泵的出油口与高压油管的进口相连,高压油管的出口与左供油管的进口和右供油管的进口相连;左供油管上串联有左液压泵,左供油管的出口与左溢流管和左增压油管的进口相连,左溢流管的中部串联有左溢流阀,左增压油管的出口与左前腿供油管的进油口和右后腿供油管的进油口相连;右供油管上串联有右液压泵,右供油管的出口与右溢流管和右增压油管的进口相连,右溢流管的中部串联有右溢流阀,右增压油管的出口与右前腿供油管的进油口和左后腿供油管的进油口相连。其目的在于提供一种质量轻,有效容积大,补油压力恒定,续航里程长,噪音小,使用寿命长,性能稳定可靠的四足机器人电动伺服液压源驱动系统。

Description

四足机器人电动伺服液压源驱动系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种四足机器人电动伺服液压源驱动系统。
背景技术
[0002] 现有的四足机器人的驱动系统根据动力源的不同,可分为利用单靠发动机驱动和 单靠电机驱动两大类。仅仅依赖发动机作为机器人的动力源的缺点在于能耗大,效率低,噪 声也较大;而完全采用电池和电机作为机器人动力源的缺点在于驱动的电机需要有很大的 功率,由此导致电池和电机的非常重量大,续航里程较短。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种重量轻,能耗低,补油压力恒定,续航里程长,噪音小, 使用寿命长,性能稳定可靠的四足机器人电动伺服液压源驱动系统。
[0004]本发明的四足机器人电动伺服液压源驱动系统,包括由发动机驱动的定量齿轮栗 和发电机,定量齿轮泵的出油口与高压油管的进口相连,高压油管的中部自前向后依次连 接有高压油管单向阀、过滤器和蓄能器,高压油管的出口与左供油管的进口和右供油管的 进口相连;
[0005]所述左供油管上串联有左液压栗,左液压栗采用伺服电机驱动,左供油管的出口 与左溢流管和左增压油管的进口相连,左溢流管的中部串联有左溢流阀,左溢流管的出口 通过管路与回油管相连,左增压油管的中部串联有左单向阀,左增压油管的出口与左前腿 供油管的进油口和右后腿供油管的进油口相连;
[0006] 所述右供油管上串联有右液压泵,右液压泵采用伺服电机驱动,右供油管的出口 与右溢流管和右增压油管的进口相连,右溢流管的中部串联有右溢流阀,右溢流管的出口 通过管路与回油管相连,右增压油管的中部串联有右单向阀,右增压油管的出口与右前腿 供油管的进油口和左后腿供油管的进油口相连;
[0007]所述左前腿供油管具有4个出油口,左前腿供油管的每个出油口分别通过管路与 一个左前伺服阀的P工作油口相连,每个左前伺服阀的A工作油口分别与一个左前驱动油缸 的无杆腔相连,该左前伺服阀的B工作油口分别与该左前驱动油缸的有杆腔相连,每个左前 伺服阀的T泄压油口分别通过管路与回油管相连;所述右前腿供油管具有4个出油口,右前 腿供油管的每个出油口分别通过管路与一个右前伺服阀的P工作油口相连,每个右前伺服 阀的A工作油口分别与一个右前驱动油缸的无杆腔相连,该右前伺服阀的B工作油口分别与 该右前驱动油缸的有杆腔相连,每个右前伺服阀的T泄压油口分别通过管路与回油管相连; [000S]所述左后腿供油管具有4个出油口,左后腿供油管的每个出油口分别通过管路与 一个左后伺服阀的P工作油口相连,每个左后伺服阀的A工作油口分别与一个左后驱动油缸 的无杆腔相连,该左后伺服阀的B工作油口分别与该左后驱动油缸的有杆腔相连,每个左后 伺服阀的T泄压油口分别通过管路与回油管相连;所述右后腿供油管具有4个出油口,右后 腿供油管的每个出油口分别通过管路与一个右后伺服阀的P工作油口相连,每个右后伺服 阀的A工作油口分别与一个右后驱动油缸的无杆腔相连,该右后伺服阀的B工作油口分别与 该右后驱动油缸的有杆腔相连,每个右后伺服阀的T泄压油口分别通过管路与回油管相连; 所述回油管上设有散热器和软体油囊,软体油囊与回油管相连的管路上设有球阀,回油管 的出油口与所述定量齿轮泵的进油口相连,所述高压油管的进口端附近的管段与溢油管的 进口相连,溢油管的中部设有溢流阀,溢油管的出口与所述回油管的中部相连;
[0009] 所述发电机通过电气控制装置与蓄电池、左液压泵的伺服电机、右液压泵的伺服 电机相连;
[0010] 四个所述左前驱动油缸安装在四足机器人左前腿上,四个所述右前驱动油缸安装 在四足机器人右前腿上,四个所述左后驱动油缸安装在四足机器人左后腿上,四个所述右 后驱动油缸安装在四足机器人右后腿上;四足机器人左前腿、四足机器人右前腿、四足机器 人左后腿和四足机器人右后腿上分别安装有一个压力传感器,四个压力传感器分别与电气 控制装置相连。
[0011] 本发明的四足机器人电动伺服液压源驱动系统,其中所述高压油管的中部装有高 压油管快接接头,高压油管上串联的过滤器的二端分别设有压力表。
[0012] 本发明的四足机器人电动伺服液压源驱动系统,其中所述回油管的出油口处装有 进油快接接头,回油管的中部装有温度传感器。
[0013] 本发明的四足机器人电动伺服液压源驱动系统,其中所述发动机的驱动轴与发电 机的转轴通过离合器传动相连。
[00M] 本发明的四足机器人电动伺服液压源驱动,系统中的蓄能器和单向阀可共同起到 保压作用,提供液压伺服动作机构恒压环境。高压油管快接接头和进油快接接头分别安装 在高压油路和低压油路上,在排气和补油时,高压油管快接接头和进油快接接头可起到连 接外部液压源的作用。四足机器人电动伺服液压源驱动系统采用软体油囊来储存油液,为 系统补油,平衡系统一个周期内的流量波动。软体油囊安装在低压管路,容积利用率较高。 软体油囊与管路连接处安装一个球阀,作为软体油囊连接系统管路的开关。滤油器可起到 过滤油液杂质的作用。滤油器前后安装的两个压力表可以通过监测压力差来判断滤油器是 否发生堵塞的故障,能够更好的检查故障。溢流阀可作为安全阀使用。散热器的作用是散去 系统中油液循环摩擦损失产生的热量,温度计用来监测回油温度。系统中的高压油可经过 单向阀、滤油器进入左供油管和右供油管,左供油管上串联有左液压栗,右供油管上串联有 右液压泵,由此可以为机器人的对角腿提供不同的压力,可实现机器人腿处于腾空相时是 低压大流量模式,机器人腿处于着地相时是高压小流量模式。左液压栗和右液压栗可以通 过对电机的控制为机器人腿的不同状态提供不同压力。因此,本发明的四足机器人电动伺 服液压源驱动系统具有质量轻,有效容积大,补油压力恒定,续航里程长,噪音小,使用寿命 长,性能稳定可靠的特点。
[0015] 下面结合附图对本发明四足机器人电动伺服液压源驱动系统作进一步说明。
附图说明
[0016] 图1为本发明的四足机器人电动伺服液压源驱动系统的液压系统的原理图;
[0017] 图2为本发明的四足机器人电动伺服液压源驱动系统处于使用状态的结构示意 图。
具体实施方式
[0018] 如图1所示,本发明的四足机器人电动伺服液压源驱动系统,包括由发动机1驱动 的定量齿轮栗2和发电机(图中未画出),定量齿轮泵2的出油口与高压油管4的进口相连,高 压油管4的中部自前向后依次连接有高压油管单向阀5、过滤器6和蓄能器7,高压油管4的出 口与左供油管30的进口和右供油管3丨的进口相连;过滤器6可对油液进行过滤,以确保系统 中油液的清洁度。 _
[0019]左供油管30上串联有左液压泵32,左液压泵32采用伺服电机驱动,左供油管30的 出口与左溢流管33和左增压油管34的进口相连,左溢流管33的中部串联有左溢流阀41,左 溢流管33的出口通过管路与回油管14相连,左增压油管34的中部串联有左单向阀35,左增 压油管34的出口与左前腿供油管8的进油口和右后腿供油管11的进油口相连;
[0020] 右供油管31上串联有右液压栗36,右液压泵36采用伺服电机驱动,右供油管31的 出口与右溢流管37和右增压油管38的进口相连,右溢流管37的中部串联有右溢流阀39,右 溢流管37的出口通过管路与回油管14相连,右增压油管38的中部串联有右单向阀40,右增 压油管38的出口与右前腿供油管9的进油口和左后腿供油管1〇的进油口相连;
[0021] 左前腿供油管8具有4个出油口,左前腿供油管8的每个出油口分别通过管路与一 个左前伺服阀12的P工作油口相连,每个左前伺服阀12的A工作油口分别与一个左前驱动油 缸13的无杆腔相连,该左前伺服阀12的B工作油口分别与该左前驱动油缸13的有杆腔相连, 每个左前伺服阀12的T泄压油口分别通过管路与回油管14相连;
[0022] 右前腿供油管9具有4个出油口,右前腿供油管9的每个出油口分别通过管路与一 个右前伺服阀15的P工作油口相连,每个右前伺服阀15的A工作油口分别与一个右前驱动油 缸16的无杆腔相连,该右前伺服阀15的B工作油口分别与该右前驱动油缸16的有杆腔相连, 每个右前伺服阀15的T泄压油口分别通过管路与回油管14相连;
[0023] 左后腿供油管10具有4个出油口,左后腿供油管1〇的每个出油口分别通过管路与 一个左后伺服阀17的P工作油口相连,每个左后伺服阀17的A工作油口分别与一个左后驱动 油缸18的无杆腔相连,该左后伺服阀17的B工作油口分别与该左后驱动油缸18的有杆腔相 连,每个左后伺服阀17的T泄压油口分别通过管路与回油管14相连;
[0024] 右后腿供油管11具有4个出油口,右后腿供油管11的每个出油口分别通过管路与 一个右后伺服阀19的P工作油口相连,每个右后伺服阀I9的A工作油口分别与一个右后驱动 油缸20的无杆腔相连,该右后伺服阀19的B工作油口分别与该右后驱动油缸2〇的有杆腔相 连,每个右后伺服阀19的T泄压油口分别通过管路与回油管14相连;
[0025] 回油管14上设有散热器21和软体油囊22,软体油囊22与回油管14相连的管路上设 有球阀28,回油管14的出油口与定量齿轮栗2的进油口相连,高压油管4的进口端附近的管 段与溢油管3的进口相连,溢油管3的中部设有溢流阀23,溢油管3的出口与回油管14的中部 相连;采用软体油囊22作为补油装置,好处在于质量轻,同时补油的有效容积大,补f过程 中压力与大气压始终保持一致。软体油囊22与传统的活塞式、蓄能器式和补油栗这三种传 统补油形式相比,质量轻,有效容积大,补油压力恒定,尤其适用于四足机器人这种对质量 要求高的系统。 _
[0026] 所述发电机通过电气控制装置(图中未画出)与蓄电池(图中未画出)、左液压泵32 的伺服电机、右液压泵36的伺服电机相连。 _
[0027] 溢流阀23的溢流压力可由用户根据系统的工作压力大小进行设定。采用软体油囊 22作为补油装置,好处在于质量轻,同时补油的有效容积大,补油过程中压力来自大气压始 终保持一致。与传统的活塞式、蓄能器式和补油栗这三种传统补油形式相比,质量轻,有效 容积大,补油压力恒定,尤其适用于四足机器人这种对质量要求高的系统。
[0028] 如图2所示,上述四个左前驱动油缸13安装在四足机器人左前腿42上,四个所述右 前驱动油缸16安装在四足机器人右前腿43上,四个所述左后驱动油缸18安装在四足机器人 左后腿44上,四个右后驱动油缸20安装在四足机器人右后腿45上;四足机器人左前腿42、四 足机器人右前腿43、四足机器人左后腿44和四足机器人右后腿45上分别安装有一个压力传 感器(图中未画出)。每个压力传感器用于测量对应的四足机器人左前腿42、四足机器人右 前腿43、四足机器人左后腿44和四足机器人右后腿45在运动过程中的受力状态,每个压力 传感器分别与电气控制装置相连。
[0029] 作为本发明的进一步改进,上述高压油管4的中部装有高压油管快接接头24,高压 油管4上串联的过滤器6的二端分别设有压力表25。二个压力表25用于监控过滤器6的二端 的压力差,
[0030]作为本发明的进一步改进,上述回油管14的出油口处装有进油快接接头26,回油 管14的中部装有温度传感器27。所述发动机1的驱动轴与发电机的转轴通过离合器传动相 连。
[0031]本发明的四足机器人电动伺服液压源驱动系统在使用时,发动机1带动定量齿轮 栗2转动,将机械能转化为压力能,使来自回油管14的低压油变为高压油进入高压油管4,高 压油经过单向阀5、滤油器6进入左供油管30和右供油管31,左供油管30上串联有左液压栗 32,右供油管31上串联有右液压栗36,这样的好处是可以为机器人的对角腿提供不同的压 力,这样做的优点在于机器人腿处于腾空相时是低压大流量模式,机器人腿处于着地相时 是高压小流量模式。左液压泵32和右液压栗36可以通过对电机的控制为机器人腿的不同状 态提供不同压力。
[0032] 左增压油管34中的液压油可进入左前腿供油管8和右后腿供油管11,右增压油管 38中的液压油可进入右前腿供油管9和左后腿供油管10。进入左前腿供油管8的液压油通过 4个左前伺服阀12进入对应的左前驱动油缸13,进入右前腿供油管9的液压油通过4个右前 伺服阀15进入对应的右前驱动油缸16,进入左后腿供油管10的液压油通过4个左后伺服阀 17进入对应的左后驱动油缸18,进入右后腿供油管11的液压油通过4个右后伺服阀19进入 对应的右后驱动油缸20,通过4个左前驱动油缸13、4个右前驱动油缸16、4个左后驱动油缸 18、4个右后驱动油缸20等液压执行元件,将压力能转化为机械能,推动各个液压执行元件 作周期性运动,带动四足步行机动平台各关节运动,进而完成平台步态行走。
[0033]由于系统采用闭式回路,不仅能降低变量栗的吸空率,更好的发挥其容积效率,而 且能提高动力单元的抗震性,还能提高液压油的清洁度,有助于液压伺服动作机构安全工 作。本发明的伺服电机可以根据系统所需压力大小来调整转速,从而补偿、稳定系统所需压 力。
[0034]系统中的蓄能器6和单向阀5可共同起到保压作用,提供液压伺服动作机构恒压环 境。高压油管快接接头24和进油快接接头况分别安装在高压油路和低压油路上,在排气和 补油时,高压油管快接接头24和进油快接接头26可起到连接外部液压源的作用。四足机器 人电动伺服液压源驱动系统采用软体油囊22来储存油液,为系统补油,平衡系统一个周期 内的流量波动。软体油囊22安装在低压管路,容积利用率要较高。软体油囊22与管路连接处 安装一个球阀28,作为软体油囊22连接系统管路的开关。滤油器6可起到过滤油液杂质的作 用。滤油器6前后安装的两个压力表25可以通过监测压力差来判断滤油器是否发生堵塞的 故障,能够更好的检查故障。溢流阀23可作为安全阀使用。散热器21的作用是散去系统中油 液循环摩擦损失产生的热量,温度计27用来监测回油温度。
[0035]本发明的四足机器人电动伺服液压源驱动系统采用对角腿分别进行增压的技术 方案,为对角腿分别进行增压的好处在于:在机器人行走过程中,可以为不同的对角腿提供 不同压力的液压动力,当对角腿处于着地状态时,通过控制左液压泵32或右液压泵36进行 高压供油,这时的液压源输出的特点是高压小流量;当对角腿处于腾空状态时,采用让定量 齿轮栗2直接提供大流量的低压供油,这时液压源特点是低压大流量。与传统方式为四条腿 同时提供高压相比,降低了腾空状态腿的供油压力,由此降低了能耗,节约了能源,也大幅 度提高了续航里程。
[0036] 上述二级增压的设计,由于是利用发动机1经定量齿轮栗2进行第一次增压,满足 低压段的要求,不经过能量的二次转换,故能源的利用效率高,同时可以降低电机功率的需 求,降低左液压泵32或右液压泵36的驱动电机的体积和重量;左液压栗32或右液压栗36采 用伺服电机进行二次增压,可通过伺服电机实现实时精确控制增压压力,进而可以实时快 速的根据机器人工作状态改变对角腿的供油压力,适应供油需求。
[0037] 本发明的四足机器人电动伺服液压源驱动系统采用软体油囊22进行补油,其不仅 质量轻,且补油压力恒定,可以保证回油压力维持在大气压力的0.9倍左右,同时软体油囊 22与采用其他形式的蓄能器相比,其有效容积非常大。
[0038] 本发明的球阀28的作用在于,当系统进行排气和补油时需要外栗站进行油液循 环,这时关闭球阀28,可以避免软体油囊22在循环过程中因泵站回油管路压力过高而损坏。 [0039]高压油管快接接头24和进油快接接头26可用于进行排气和补油,采用两个快速接 头进行排气和补油的好处在于可以通过外接栗站直接为机器人供油,将机器人体内带有空 气的油液带出液压系统,替换为泵站内静置过的没有气体的油液。这一方法与传统方法相 比具有排气时间短的好处。
[0040] 综上所述,本发明的四足机器人电动伺服液压源驱动系统具有重量轻,能耗低,有 效容积大,补油压力恒定,续航里程长,噪音小,使用寿命长,性能稳定可靠的特点。
[0041] 上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范 围进行限定,在不脱离本发明设计精神前提下,本领域普通工程技术人员对本发明技术方 案作出的各种变形和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.四足机器人电动伺服液压源驱动系统,其特征在于:包括由发动机(D驱动的定量齿 轮泵⑵和发电机,定量齿轮泵⑵的出油口与高压油管⑷的进口相连,高压油管⑷的中 部自前向后依次连接有高压油管单向阀(5)、过滤器(6)和蓄能器(7),高压油管⑷的出口 与左供油管(30)的进口和右供油管(31)的进口相连; 所述左供油管(3〇)上串联有左液压泵(32),左液压栗(32)采用伺服电机驱动,左供油 管(30)的出口与左溢流管(33)和左增压油管(34)的进口相连,左溢流管(33)的中部串联有 左溢流阀(41),左溢流管(33)的出口通过管路与回油管(14)相连,左增压油管(34)的中部 串联有左单向阀(35),左增压油管(34)的出口与左前腿供油管⑻的进油口和右后腿供油 管(11)的进油口相连; 所述右供油管(31)上串联有右液压泵(36),右液压泵(36)采用伺服电机驱动,右供油 管(31)的出口与右溢流管(37)和右增压油管(38)的进口相连,右溢流管(37)的中部串联有 右溢流阀(39),右溢流管(37)的出口通过管路与回油管(14)相连,右增压油管(38)的中部 串联有右单向阀(40),右增压油管(38)的出口与右前腿供油管⑼的进油口和左后腿供油 管(10)的进油口相连; 所述左前腿供油管(8)具有4个出油口,左前腿供油管(8)的每个出油口分别通过管路 与一个左前伺服阀(12)的P工作油口相连,每个左前伺服阀(12)的A工作油口分别与一个左 前驱动油缸(13)的无杆腔相连,该左前伺服阀(12)的B工作油口分别与该左前驱动油缸 (13)的有杆腔相连,每个左前伺服阀(12)的T泄压油口分别通过管路与回油管(14)相连; 所述右前腿供油管(9)具有4个出油口,右前腿供油管(9)的每个出油口分别通过管路 与一个右前伺服阀(15)的P工作油口相连,每个右前伺服阀(15)的A工作油口分别与一个右 前驱动油缸(16)的无杆腔相连,该右前伺服阀(15)的B工作油口分别与该右前驱动油缸 (16)的有杆腔相连,每个右前伺服阀(15)的T泄压油口分别通过管路与回油管(14)相连; 所述左后腿供油管(10)具有4个出油口,左后腿供油管(10)的每个出油口分别通过管 路与一个左后伺服阀(17)的P工作油口相连,每个左后伺服阀(17)的A工作油口分别与一个 左后驱动油缸(18)的无杆腔相连,该左后伺服阀(17)的B工作油口分别与该左后驱动油缸 (18)的有杆腔相连,每个左后伺服阀(17)的T泄压油口分别通过管路与回油管(14)相连; 所述右后腿供油管(11)具有4个出油口,右后腿供油管(11)的每个出油口分别通过管 路与一个右后伺服阀(19)的P工作油口相连,每个右后伺服阀(19)的A工作油口分别与一个 右后驱动油缸(20)的无杆腔相连,该右后伺服阀(19)的B工作油口分别与该右后驱动油缸 (20)的有杆腔相连,每个右后伺服阀(19)的T泄压油口分别通过管路与回油管(14)相连; 所述回油管(14)上设有散热器(21)和软体油囊(22),软体油囊(22)与回油管(14)相3^ 的管路上设有球阀(28),回油管(14)的出油口与所述定量齿轮栗(2)的进油口相连,系统采 用闭式回路,所述高压油管⑷的进口端附近的管段与溢油管⑶的进口相连,溢油管⑶的 中部设有溢流阀(23),溢油管(3)的出口与所述回油管(14)的中部相连; 所述发电机通过电气控制装置与蓄电池、左液压栗(32)的伺服电机、右液压栗(36)的 伺服电机相连; 四个所述左前驱动油缸(13)安装在四足机器人左前腿(42)上,四个所述右前驱动油缸 (16)安装在四足机器人右前腿(43)上,四个所述左后驱动油缸(18)安装在四足机器人左后 腿(44)上,四个所述右后驱动油缸(20)安装在四足机器人右后腿(45)上;四足机器人左前 腿(42)、四足机器人右前腿(43)、四足机器人左后腿(44)和四足机器人^腿(45)上为力丨」 安装有一个压力传感器,每个压力传感器用于测量对应的四足机器人左前腿(42)足机 器人右前腿(43)、四足机器人左后腿(44)和四足机器人右后腿(45)在运动过程中的受力状 态,四个压力传感器分别与电气控制装置相连; __ 当对角腿处于着地状态时,通过控制左液压栗(32)或右液压泵(36)进行高压供油;当 对角腿处于腾空状态时,采用让定量齿轮栗(2)直接提供大流量的低压供油; 所述高压油管(4)的中部装有高压油管快接接头(24),高压油管(4)上串联的过滤器 ^5)的二端分别设有压力表(25); 所述回油管(14)的出油口处装有进油快接接头(26),回油管(14)的中部装有温度传感 器(27)。
2.根据权利要求1所述的四足机器人电动伺服液压源驱动系统,其特征在于:所述发动 机(1)的驱动轴与发电机的转轴通过离合器传动相连。
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