CN110848183A - 一种单泵源变供油压力的四足机器人液压动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单泵源变供油压力的四足机器人液压动力系统，系统包括：油箱、二位二通电磁换向阀、先导式溢流阀、液压泵、原动机、二位三通电磁换向阀、先导式减压阀、梭阀、蓄能器、三位四通电磁换向阀、液压缸、油管、力传感器。所述液压缸连接三位四通阀和力传感器；所述三位四通阀连接蓄能器、梭阀和油箱；所述梭阀连接二位三通阀和先导式减压阀；所述二位三通阀连接液压泵和先导式减压阀；所述液压泵连接原动机、油箱和先导式溢流阀；所述先导式溢流阀连接二位二通阀和油箱；所述二位二通阀连接油箱。有益效果在于：不依赖伺服阀而用单个液压泵实现了四足机器人在摆动相和支撑相的低压和高压供油，降低了控制难度与制造成本。

Description

一种单泵源变供油压力的四足机器人液压动力系统

技术领域

本发明涉及一种液压动力系统，具体涉及一种单泵源变供油压力的四足机器人液压动力系统。

背景技术

移动机器人可以分为轮式机器人、履带式机器人和足式机器人。以往的研究表明，轮式车辆在相对平坦的地形上行驶时，具有控制简单、运动平稳快速的特点，但在松软地面或崎岖不平的地形上行驶时，车轮的移动效率大大降低甚至无法移动，而足式机器人可以在非结构化和恶劣的环境中工作。一般来说，四足机器人的驱动方式主要分为三类：液压执行机构、气动执行机构和电动执行机构。电动执行器控制精度高，但可承担的负载较小；气动执行机构由于其非线性特性而难以控制；液压执行器由于其动力强劲得到了广泛的应用。自从美国波士顿动力公司研发的Bigdog四足机器人问世以来，吸引了来自社会各界学者的眼光。

但是，其关节在摆动相和支撑相交替切换过程中，系统供油压力全由支撑相的最大负载力确定，导致了其负载需求与油压供给不匹配的问题，且其使用的伺服阀控制复杂，造价高昂。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决负载需求与油压不匹配，降低控制难度以及制造成本而提供一种单泵源变供油压力的四足机器人液压动力系统。

本发明采取了如下技术方案：

一种单泵源变供油压力的四足机器人液压动力系统，系统包括：油箱、二位二通电磁换向阀、先导式溢流阀、液压泵、原动机、二位三通电磁换向阀、先导式减压阀、梭阀、蓄能器、三位四通电磁换向阀、液压缸、油管、力传感器。所述液压缸连三位四通电磁换向阀和力传感器；所述三位四通电磁换向阀分别连接蓄能器、梭阀和油箱；所述梭阀分别连接二位三通电磁换向阀和先导式减压阀；所述二位三通电磁换向阀分别连接液压泵和先导式减压阀；所述液压泵分别连接原动机、油箱和先导式溢流阀；所述先导式溢流阀连接二位二通电磁换向阀和油箱；所述二位二通电磁换向阀连接油箱。

上述结构中，液压四足机器人关节通过所述液压缸的伸缩来实现运动，此时所述液压缸在伸缩过程中，原动机带动液压泵工作，二位三通电磁换向阀处于左位或右位时打开所述梭阀左端或右端阀口，此时三位四通伺服阀处于左位或右位，从而推动液压缸进行伸缩。

所述液压缸在支撑过程中，所述原动机带动液压泵工作，二位三通电磁换向阀处于左位，从而打开梭阀左端阀口，推动液压缸伸缩。此时高压油路工作而低压油路未工作。

所述液压缸在摆动过程中，所述原动机带动液压泵工作，二位三通电磁换向阀处于右位，经过先导式减压阀降低了油压，从而打开梭阀右端阀口，推动液压缸伸缩。此时低压油路工作而高压油路未工作。

为了进一步提高其工作性能，所述力传感器通过螺纹连接安装在所述液压缸活塞杆上，所述液压缸处于支撑相或摆动相时，采集液压缸力信号，从而实现对关节力的实时跟踪。

为了进一步提高其工作性能，使用蓄能器和二位二通电磁换向阀配合以维持进入液压缸油压，减小油压损失。

为了进一步提高其工作性能，使用梭阀防止高压油进入低压油路部分和低压油进入高压油路部分。

为了进一步提高其工作性能，使用二位三通电磁换向阀根据力传感器的信号切换液压油进入高压油路或低压油路。

为了进一步提高其工作性能，使用减压阀对高压油进行减压，使关节在支撑相时负载与油压匹配。

为了进一步提高其工作性能，使用溢流阀对所述高压油泵进行保护。

有益效果在于：不依赖伺服阀而用单个液压泵实现了四足机器人在摆动相和支撑相的低压和高压供油，降低了控制难度与制造成本。

附图说明

图1是本发明所述一种单泵源变供油压力的四足机器人液压动力系统的结构图。

如图1：油箱1、二位二通电磁换向阀2、先导式溢流阀3、液压泵4、原动机5、二位三通电磁换向阀6、先导式减压阀7、梭阀8、蓄能器9、三位四通电磁换向阀10、液压缸11、力传感器12。

具体实施方式

下面参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1，一种单泵源变供油压力的四足机器人液压动力系统，包括油箱1、二位二通电磁换向阀2、先导式溢流阀3、液压泵4、原动机5、二位三通电磁换向阀6、先导式减压阀7、梭阀8、蓄能器9、三位四通电磁换向阀10、液压缸11、力传感器12。

进一步的，所述液压泵4通过传动装置与原动机5相连，为系统提供压力油。所述先导式溢流阀1与所述液压泵4出口相连，起到保护作用。

进一步的，四足机器人的关节通过所述液压缸11的伸缩来实现运动，所述力传感器12的信号判断关节位于支撑相还是摆动相。当液压缸处于支撑相时，所述二位三通电磁换向阀6的处于左位，所述液压泵通过高压油路提供高压油；当液压缸处于摆动相时，所述二位三通电磁换向阀6的处于右位，所述液压泵通过低压油路提供低压油。

进一步的，所述先导式减压阀7可将所述液压泵4提供的高压油减压成为低压油，为摆动相提供压力油。所述梭阀8可防止高压油串入低压油路，低压油串入高压油路。

进一步的，当四足机器人的四足全部为摆动相时，稀释液压缸负载为零，可通过所述力传感器12的信号，使所述二位二通电磁换向阀2通电，从而使液压泵卸荷，此时所述蓄能器9可为所述液压缸11保持压力，减小了液压缸突然有负载时对系统的冲击。

进一步的，所述力传感器通过螺纹连接安装在所述液压缸11的活塞杆上，采集力的信号，以判断关节处于支撑相还是摆动相。

以上提到的液压缸共有16个，四足机器人每一条腿使用四个液压缸，同时这16个液压缸共同使用一个液压泵提供压力油。

如上所述，根据本发明，由于系统分为高压油路和低压油路且未采用伺服阀，因此用单个液压泵实现了四足机器人在摆动相和支撑相的低压和高压供油，降低了控制难度与制造成本。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种单泵源变供油压力的四足机器人液压动力系统，包括：油箱（1）、二位二通电磁换向阀（2）、先导式溢流阀（3）、液压泵（4）、原动机（5）、二位三通电磁换向阀（6）、先导式减压阀（7）、梭阀（8）、蓄能器（9）、三位四通电磁换向阀（10）、液压缸（11）、油管、力传感器（12）；其特征在于：所述液压缸（11）分别连接三位四通电磁换向阀（10）和力传感器（12）；所述三位四通电磁换向阀（10）分别连接蓄能器（9）、梭阀（8）和油箱（1）；所述梭阀（8）分别连接二位三通电磁换向阀（6）和先导式减压阀（7）；所述二位三通电磁换向阀（6）分别连接液压泵（4）和先导式减压阀（7）；所述液压泵（4）分别连接原动机（5）、油箱（1）和先导式溢流阀（3）；所述先导式溢流阀（3）连接二位二通电磁换向阀（2）和油箱（1）；所述二位二通电磁换向阀（2）连接油箱（1）。

2.根据权利要求1所述的一种单泵源变供油压力的四足机器人液压动力系统，其特征在于：所述二位三通电磁换向阀（6）、先导式减压阀（7）分别连接在所述梭阀（8）两进油口上，所述梭阀（8）出油口连接三位四通电磁换向阀（10）进油口，所述三位四通电磁换向阀（10）通过油管连接到油箱（1）。

3.根据权利要求1所述的一种单泵源变供油压力的四足机器人液压动力系统，其特征在于：所述力传感器（12）通过螺纹连接在所述液压缸（11）活塞杆上，通过采集力传感器信号判断关节处于支撑相还是负载相。

4.根据权利要求1所述的一种单泵源变供油压力的四足机器人液压动力系统，其特征在于：所述蓄能器（9）与所述三位四通电磁换向阀（10）的进油口连接，所述二位二通电磁换向阀（2）与所述先导式溢流阀（3）的液控口连接，可在四足机器人的四足全在摆动相时保持液压缸中的压力。

5.根据权利要求1所述的一种单泵源变供油压力的四足机器人液压动力系统，其特征在于：所述先导式减压阀（7）可将高压油减压为低压油为摆动相供油。

6.根据权利要求1所述的一种单泵源变供油压力的四足机器人液压动力系统，其特征在于：所述先导式溢流阀（3）可在液压泵供油时起到保护作用。

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