CN110762066A - 基于能量再生的机器人液压移动平台 - Google Patents

Abstract

一种基于能量再生的机器人液压移动平台主要包括车轮、平台本体、电磁制动器和二次调节液压驱动装置等；通过调节节第一二次元件或第二二次元件的排量大小，来调节平台左侧或右侧车轮的转速和转角大小，实现平台转向；两个二次元件通过减速器和齿轮传动驱动四个车轮，调节两个二次元件处在液压马达或液压泵工况，来驱动平台运动或回收其制动动能和坡道重力能，储存在蓄能器中，用于移动平台的起动、加速和爬坡运动；本发明适合在野外、高速、大负载的工况下工作，移动平台承载大、牵引能力强；能够实现能量的回收与再利用，大大减少了移动平台的装机功率。

Description

基于能量再生的机器人液压移动平台

技术领域

本发明涉及一种机器人移动平台，具体是一种基于能量再生的机器人液压移动平台。

背景技术

移动平台是机器人的载体，目前移动平台通常采用电驱动方式，例如国外的明电舍、国内的新松移动平台都是电机驱动，移动平台操纵、控制性能较好，但大多只适用于室内环境工作，普适性较差，且移动速度低，机动越野性及承载牵引能力不足，不适用于高速、大负载的工况。

液压传动以其传动平稳、调速方便、功率质量比大、承载牵引能力强等优点，在工程领域得到了广泛的应用，成为机械传动领域中重要传动形式之一。二次调节静液传动技术是一种新型的液压传动技术，在恒压网络中采用二次元件实现机械能、重力势能与液压能相互转换的调节技术，通过改变二次元件的排量，实现对负载转矩或转速的调节，通过改变二次元件油流方向（过零点），使二次元件既可在“液压马达”工况工作，又可在“液压泵”工况工作。当二次元件工作于液压马达工况时，液压能转换为机械能，向移动平台输出功率，驱动平台运动；当二次元件工作于液压泵工况，回收平台的制动动能和坡道重力势能，并转换为液压能储存在蓄能器中，用于移动平台的起动、加速和爬坡运动，实现节能降耗。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中电驱动方式的不足，提供一种采用二次调节静液传动技术的节能型机器人液压移动平台，可工作于野外、高速、大负载的工况，实现能量再生，且降低了移动平台的装机功率。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案：

一种基于能量再生的机器人液压移动平台，包括左前车轮、左前电磁制动器、左侧板、前挡板、左前锥齿轮、蓄能器支座、第一锥齿轮、蓄能器、第一齿轮支座、第一齿轮轴、第二变量装置、第二二次元件、右前车轮、右前电磁制动器、右前锥齿轮、第二锥齿轮、第二齿轮轴、第二齿轮支座、第二减速器、第二减速器支座、第二大齿轮、第一大齿轮、第一减速器支座、单向阀、第三锥齿轮、右后锥齿轮、溢流阀、右后电磁制动器、右后车轮、右侧板、变量泵、电机支座、减压阀、电机、油箱、第一减速器、第四锥齿轮、第一变量装置、第一二次元件、左后锥齿轮、后挡板、左后电磁制动器、左后车轮、底板、第二小齿轮、上盖板、第一小齿轮；

左前车轮通过左前电磁制动器安装在左前锥齿轮的齿轮轴上，左前电磁制动器安装在平台本体的左侧板的外侧面上，右前车轮通过右前电磁制动器安装在右前锥齿轮的齿轮轴上，右前电磁制动器安装在平台本体的右侧板的外侧面上，右后车轮通过右后电磁制动器安装在右后锥齿轮的齿轮轴上，右后电磁制动器安装在平台本体的右侧板的外侧面上，左后车轮通过左后电磁制动器安装在左后锥齿轮的齿轮轴上，左后电磁制动器安装在平台本体的左侧板的外侧面上；

左侧板、前挡板、右侧板、后挡板、底板、上盖板构成移动平台的本体，左侧板、前挡板、右侧板、后挡板与底板之间焊接在一起，与上盖板通过螺栓联接；

左前锥齿轮、第一锥齿轮、第一齿轮轴、第一大齿轮、第一减速器、第四锥齿轮、第一变量装置、第一二次元件、左后锥齿轮、第一小齿轮、第二变量装置、第二二次元件、右前锥齿轮、第二锥齿轮、第二齿轮轴、第二减速器、第二大齿轮、第三锥齿轮、右后锥齿轮、第二小齿轮、蓄能器、单向阀、溢流阀、变量泵、减压阀、电机、油箱构成移动平台的二次调节液压驱动装置；

第一伺服阀、第一变量油缸构成第一变量装置，第一变量装置安装在第一二次元件上，第一二次元件安装在第一减速器上，第一减速器通过第一减速器支座安装在平台本体底板上，第一二次元件的输出轴与第一减速器的输入轴连接, 第一减速器的输出轴上装有第一小齿轮，第一小齿轮与第一大齿轮相互啮合构成齿轮传动幅，第一大齿轮安装在第一齿轮轴上，第一齿轮轴通过第一齿轮支座安装在平台本体的左侧板的内侧面上，第一齿轮轴的前端装有第一锥齿轮，第一齿轮轴的后端装有第四锥齿轮，第一锥齿轮与左前锥齿轮相互啮合，左前锥齿轮的齿轮轴安装在平台本体的左侧板上，第四锥齿轮与左后锥齿轮相互啮合，左后锥齿轮的齿轮轴安装在平台本体的左侧板上；

第二伺服阀、第二变量油缸构成第二变量装置，第二变量装置安装在第二二次元件上，第二二次元件安装在第二减速器上，第二减速器通过第二减速器支座安装在平台本体底板上，第二二次元件的输出轴与第二减速器的输入轴连接, 第二减速器的输出轴上装有第二小齿轮，第二小齿轮与第二大齿轮相互啮合构成齿轮传动幅，第二大齿轮安装在第二齿轮轴上，第二齿轮轴通过第二齿轮支座安装在平台本体的左侧板的内侧面上，第二齿轮轴的前端装有第二锥齿轮，第二齿轮轴的后端装有第三锥齿轮，第二锥齿轮与右前锥齿轮相互啮合，右前锥齿轮的齿轮轴安装在平台本体的右侧板上，第三锥齿轮与右后锥齿轮相互啮合，右后锥齿轮的齿轮轴安装在平台本体的右侧板上 ；

蓄能器通过蓄能器支座安装在平台本体的前挡板上，油箱用螺栓固定在平台本体的底板上，电机和变量泵安装在电机支座上，电机支座固定在油箱上，减压阀、溢流阀、单向阀安装在油箱上；变量泵、单向阀、溢流阀构成恒压油源。

本发明与现有技术相比，所产生的有益效果是：

可工作于野外、高速、大负载的工况；转向灵活、机动越野性好、承载大、牵引能力强；能够实现移动平台制动动能和坡道重力势能能量的回收与再利用；液压蓄能器能量密度高，输出功率大，能提供较大的起动、制动扭矩，大大减少了移动平台的装机功率。

（四）附图说明

图1 是基于能量再生的机器人液压移动平台示意图；

图2 是基于能量再生的机器人液压移动平台A—A视图；

图3 是基于能量再生的机器人液压移动平台B—B视图；

图4 是基于能量再生的机器人液压移动平台液压系统原理图；

图中：1.左前车轮，2.左前电磁制动器，3.左侧板，4.前挡板，5.左前锥齿轮，6.蓄能器支座，7.第一锥齿轮，8.蓄能器，9.第一齿轮支座，10.第一齿轮轴，11.第二变量装置，12.第二二次元件，13.右前车轮，14.右前电磁制动器，15.右前锥齿轮，16.第二锥齿轮，17.第二齿轮轴，18.第二齿轮支座，19.第二减速器，20.第二减速器支座，21.第二大齿轮，22.第一大齿轮，23.第一减速器支座，24.单向阀，25.第三锥齿轮，26.右后锥齿轮，27.溢流阀，28.右后电磁制动器，29.右后车轮，30.右侧板，31.变量泵，32.电机支座，33.减压阀，34.电机，35.油箱，36.第一减速器，37.第四锥齿轮，38.第一变量装置，39.第一二次元件，40.左后锥齿轮，41.后挡板，42.左后电磁制动器，43.左后车轮，44.底板，45.第二小齿轮，46.上盖板，47.第一小齿轮。

（五）具体实施方式

下面结合附图1、2、3、4和实施例对本发明进一步说明。

如图1、2、3、4所示，本发明包括左前车轮1、左前电磁制动器2、左侧板3、前挡板4、左前锥齿轮5、蓄能器支座6、第一锥齿轮7、蓄能器8、第一齿轮支座9、第一齿轮轴10、第二变量装置11、第二二次元件12、右前车轮13、右前电磁制动器14、右前锥齿轮15、第二锥齿轮16、第二齿轮轴17、第二齿轮支座18、第二减速器19、第二减速器支座20、第二大齿轮21、第一大齿轮22、第一减速器支座23、单向阀24、第三锥齿轮25、右后锥齿轮26、溢流阀27、右后电磁制动器28、右后车轮29、右侧板30、变量泵31、电机支座32、减压阀33、电机34、油箱35、第一减速器36、第四锥齿轮37、第一变量装置38、第一二次元件39、左后锥齿轮40、后挡板41、左后电磁制动器42、左后车轮43、底板44、第二小齿轮45、上盖板46、第一小齿轮47等。

左前车轮1通过左前电磁制动器2安装在左前锥齿轮5的齿轮轴上，左前电磁制动器2安装在平台本体的左侧板3的外侧面上，右前车轮13通过右前电磁制动器14安装在右前锥齿轮15的齿轮轴上，右前电磁制动器12安装在平台本体的右侧板30 的外侧面上，右后车轮29通过右后电磁制动器28安装在右后锥齿轮26的齿轮轴上，右后电磁制动器28安装在平台本体的右侧板30 的外侧面上，左后车轮43通过左后电磁制动器42安装在左后锥齿轮40的齿轮轴上，左后电磁制动器42安装在平台本体的左侧板3 的外侧面上。

由左侧板3、前挡板4、右侧板30、后挡板41、底板44、上盖板46等构成移动平台的本体，左侧板3、前挡板4、右侧板30、后挡板41与底板44之间焊接在一起，与上盖板46通过螺栓联接。

由左前锥齿轮5、第一锥齿轮7、第一齿轮轴10、第一大齿轮22、第一减速器36、第四锥齿轮37、第一变量装置38、第一二次元件39、左后锥齿轮40、第一小齿轮47、第二变量装置11、第二二次元件12、右前锥齿轮15、第二锥齿轮16、第二齿轮轴17、第二减速器19、第二大齿轮21、第三锥齿轮25、右后锥齿轮26、第二小齿轮45、蓄能器8、单向阀24、溢流阀27、变量泵31、减压阀33、电机34、油箱35等构成移动平台的二次调节液压驱动装置。

由第一伺服阀38-2、第一变量油缸38-1等构成第一变量装置38，第一变量装置38安装在第一二次元件39上，第一二次元件39安装在第一减速器36上，第一减速器36通过第一减速器支座23安装在平台本体底板44上，第一二次元件39的输出轴与第一减速器36的输入轴连接, 第一减速器36的输出轴上装有第一小齿轮47，第一小齿轮47与第一大齿轮22相互啮合构成齿轮传动幅，第一大齿轮22安装在第一齿轮轴10上，第一齿轮轴10通过第一齿轮支座9安装在平台本体的左侧板3的内侧面上，第一齿轮轴10的前端装有第一锥齿轮7，第一齿轮轴10的后端装有第四锥齿轮37，第一锥齿轮7与左前锥齿轮5相互啮合，左前锥齿轮5的齿轮轴安装在平台本体的左侧板3上，第四锥齿轮37与左后锥齿轮40相互啮合，左后锥齿轮40的齿轮轴安装在平台本体的左侧板3上。

由第二伺服阀11-2、第二变量油缸11-1等构成第二变量装置11，第二变量装置11安装在第二二次元件12上，第二二次元件12安装在第二减速器19上，第二减速器19通过第二减速器支座20安装在平台本体底板44上，第二二次元件12的输出轴与第二减速器19的输入轴连接, 第二减速器19的输出轴上装有第二小齿轮45，第二小齿轮45与第二大齿轮21相互啮合构成齿轮传动幅，第二大齿轮21安装在第二齿轮轴17上，第二齿轮轴17通过第二齿轮支座18安装在平台本体的左侧板3的内侧面上，第二齿轮轴17的前端装有第二锥齿轮16，第二齿轮轴17的后端装有第三锥齿轮25，第二锥齿轮16与右前锥齿轮15相互啮合，右前锥齿轮15的齿轮轴安装在平台本体的右侧板30上，第三锥齿轮25与右后锥齿轮26相互啮合，右后锥齿轮26的齿轮轴安装在平台本体的右侧板30上。

蓄能器8通过蓄能器支座6安装在平台本体前挡板4上，油箱35用螺栓固定在平台本体底板44上，电机34和变量泵31安装在电机支座32上，电机支座32固定在油箱35上，减压阀33、溢流阀27、单向阀24安装在油箱35上；由变量泵31、单向阀24、溢流阀27等构成恒压油源。

本发明的工作原理如下：

开始工作时，电机34驱动变量泵31工作，向蓄能器8充油。

当移动平台起动、加速、运动时，控制器发出控制指令给第一伺服阀38-2和第二伺服阀11-2，分别控制第一变量油缸38-1和第二变量油缸11-1活塞杆的伸缩，调节第一二次元件39和第二二次元件12过零点处在液压马达工况工作，此时，蓄能器8中储存的高压油释放出来，与变量泵31共同向第一二次元件39和第二二次元件12供油；第一二次元件39驱动第一减速器36的输出轴旋转，第一小齿轮47通过齿轮传动带动第一大齿轮22、第一齿轮轴10、第一锥齿轮7、第四锥齿轮37一起旋转，通过第一锥齿轮7与左前锥齿轮5、第四锥齿轮37与左后锥齿轮40的啮合传动，驱动左前车轮1和左后车轮43转动；与此同时，第二二次元件12驱动第二减速器19的输出轴旋转，第二小齿轮45通过齿轮传动带动第二大齿轮21、第二齿轮轴17、第二锥齿轮16、第三锥齿轮25一起旋转，通过第二锥齿轮16与右前锥齿轮15、第三锥齿轮25与右后锥齿轮26的啮合传动，驱动右前车轮13和右后车轮29转动，从而驱动移动平台运动。

通过调节第一二次元件39顺时针和第二二次元件12逆时针旋转，或第一二次元件39逆时针和第二二次元件12顺时针旋转，可使移动平台向前或向后运动。

当控制器发出控制指令给第一伺服阀38-2，控制第一变量油缸38-1增大或减小第一二次元件39的排量，左前车轮1、左后车轮43的转速就增大或减小，使移动平台向右或向左转向。当控制器发出控制指令给第二伺服阀11-2，控制第二变量油缸11-1增大或减小第二二次元件12的排量，右前车轮13、右后车轮29的转速就增大或减小，使移动平台向左或向右转向。工作中，通过调节第一二次元件39和第二二次元件12的排量大小，来调节左前车轮1、左后车轮43和右前车轮13、右后车轮29的转角大小。

当移动平台开始制动或下长坡道时，控制器发出控制信号给第一伺服阀38-2和第二伺服阀11-2，分别控制第一变量油缸38-1和第二变量油缸11-1活塞杆的伸缩，调节第一二次元件39和第二二次元件12过零点处在液压泵工况工作，第一二次元件39和第二二次元件12在平台惯性动能或重力势能的作用下，输出高压油流向并储存蓄能器8中，向系统回馈能量，为下一次移动平台的起动、加速、爬坡运动提供能量。当第一二次元件39和第二二次元件12转速降低到设定值或平台速度降到较低值时，控制器发出控制信号给左前电磁制动器2、右前电磁制动器14、左后电磁制动器42、右后电磁制动器28，移动平台进行制动。当移动平台需要紧急制动时，不经制动能量和重力势能的回收过程，直接制动。

工作中，可调节第一二次元件39和第二二次元件12的排量大小，来适应移动平台的工况变化。

Claims (1)

1.一种基于能量再生的机器人液压移动平台，包括左前车轮（1）、左前电磁制动器（2）、左侧板（3）、前挡板（4）、左前锥齿轮（5）、蓄能器支座（6）、第一锥齿轮（7）、蓄能器（8）、第一齿轮支座（9）、第一齿轮轴（10）、第二变量装置（11）、第二二次元件（12）、右前车轮（13）、右前电磁制动器（14）、右前锥齿轮（15）、第二锥齿轮（16）、第二齿轮轴（17）、第二齿轮支座（18）、第二减速器（19）、第二减速器支座（20）、第二大齿轮（21）、第一大齿轮（22）、第一减速器支座（23）、单向阀（24）、第三锥齿轮（25）、右后锥齿轮（26）、溢流阀（27）、右后电磁制动器（28）、右后车轮（29）、右侧板（30）、变量泵（31）、电机支座（32）、减压阀（33）、电机（34）、油箱（35）、第一减速器（36）、第四锥齿轮（37）、第一变量装置（38）、第一二次元件（39）、左后锥齿轮（40）、后挡板（41）、左后电磁制动器（42）、左后车轮（43）、底板（44）、第二小齿轮（45）、上盖板（46）、第一小齿轮（47）；

其特征在于：左前车轮（1）通过左前电磁制动器（2）安装在左前锥齿轮（5）的齿轮轴上，左前电磁制动器（2）安装在平台本体的左侧板(3)的外侧面上，右前车轮（13）通过右前电磁制动器（14）安装在右前锥齿轮（15）的齿轮轴上，右前电磁制动器（12）安装在平台本体的右侧板(30) 的外侧面上，右后车轮（29）通过右后电磁制动器（28）安装在右后锥齿轮（26）的齿轮轴上，右后电磁制动器（28）安装在平台本体的右侧板(30) 的外侧面上，左后车轮（43）通过左后电磁制动器（42）安装在左后锥齿轮（40）的齿轮轴上，左后电磁制动器（42）安装在平台本体的左侧板(3) 的外侧面上；

左侧板（3）、前挡板（4）、右侧板（30）、后挡板（41）、底板（44）、上盖板（46）构成移动平台的本体，左侧板（3）、前挡板（4）、右侧板（30）、后挡板（41）与底板（44）之间焊接在一起，与上盖板（46）通过螺栓联接；

左前锥齿轮（5）、第一锥齿轮（7）、第一齿轮轴（10）、第一大齿轮（22）、第一减速器（36）、第四锥齿轮（37）、第一变量装置（38）、第一二次元件（39）、左后锥齿轮（40）、第一小齿轮（47）、第二变量装置（11）、第二二次元件（12）、右前锥齿轮（15）、第二锥齿轮（16）、第二齿轮轴（17）、第二减速器（19）、第二大齿轮（21）、第三锥齿轮（25）、右后锥齿轮（26）、第二小齿轮（45）、蓄能器（8）、单向阀（24）、溢流阀（27）、变量泵（31）、减压阀（33）、电机（34）、油箱（35）构成移动平台的二次调节液压驱动装置；

第一伺服阀（38-2）、第一变量油缸（38-1）构成第一变量装置（38），第一变量装置（38）安装在第一二次元件（39）上，第一二次元件（39）安装在第一减速器（36）上，第一减速器（36）通过第一减速器支座（23）安装在平台本体底板（44）上，第一二次元件（39）的输出轴与第一减速器（36）的输入轴连接, 第一减速器（36）的输出轴上装有第一小齿轮（47），第一小齿轮（47）与第一大齿轮（22）相互啮合构成齿轮传动幅，第一大齿轮（22）安装在第一齿轮轴（10）上，第一齿轮轴（10）通过第一齿轮支座（9）安装在平台本体的左侧板（3）的内侧面上，第一齿轮轴（10）的前端装有第一锥齿轮（7），第一齿轮轴（10）的后端装有第四锥齿轮（37），第一锥齿轮（7）与左前锥齿轮（5）相互啮合，左前锥齿轮（5）的齿轮轴安装在平台本体的左侧板(3)上，第四锥齿轮（37）与左后锥齿轮（40）相互啮合，左后锥齿轮（40）的齿轮轴安装在平台本体的左侧板(3)上 ；

第二伺服阀（11-2）、第二变量油缸（11-1）构成第二变量装置（11），第二变量装置（11）安装在第二二次元件（12）上，第二二次元件（12）安装在第二减速器（19）上，第二减速器（19）通过第二减速器支座（20）安装在平台本体底板（44）上，第二二次元件（12）的输出轴与第二减速器（19）的输入轴连接, 第二减速器（19）的输出轴上装有第二小齿轮（45），第二小齿轮（45）与第二大齿轮（21）相互啮合构成齿轮传动幅，第二大齿轮（21）安装在第二齿轮轴（17）上，第二齿轮轴（17）通过第二齿轮支座（18）安装在平台本体的左侧板（3）的内侧面上，第二齿轮轴（17）的前端装有第二锥齿轮（16），第二齿轮轴（17）的后端装有第三锥齿轮（25），第二锥齿轮（16）与右前锥齿轮（15）相互啮合，右前锥齿轮（15）的齿轮轴安装在平台本体的右侧板（30）上，第三锥齿轮（25）与右后锥齿轮（26）相互啮合，右后锥齿轮（26）的齿轮轴安装在平台本体的右侧板（30）上 ；

蓄能器（8）通过蓄能器支座（6）安装在平台本体前挡板（4）上，油箱（35）用螺栓固定在本体底板（44）上，电机（34）和变量泵（31）安装在电机支座（32）上，电机支座（32）固定在油箱（35）上，减压阀（33）、溢流阀（27）、单向阀（24）安装在油箱（35）上；

变量泵（31）、单向阀（24）、溢流阀（27）构成恒压油源。

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