CN112283181A - 足式机器人用高功率密度辅助增力液压缸 - Google Patents

足式机器人用高功率密度辅助增力液压缸 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种足式机器人用高功率密度辅助增力液压缸，包括外壳，外壳内部固定安装有主液压缸、两个辅助液压缸和位移传感器，外壳外壁固定安装有蓄能器、单向阀，减压阀，高速电磁换向阀和伺服阀，主液压缸的活塞杆通过活塞杆连接件和两侧辅助液压缸的活塞杆并联，两只辅助液压缸的内油腔与高速电磁换向阀的第1控制油口连通，高速电磁换向阀的第2控制油口与外部液压油箱连通，高速电磁换向阀的第3控制油口分别与蓄能器、单向阀的出油口连通，主液压缸的上内油腔与伺服阀的第一控制口连接，下内油腔与伺服阀的第二控制口连接，外部高压油路与伺服阀的P口连通。本发明使得机器人腿部瞬间出力大大增加，提升了能量利用效率。

Description

足式机器人用高功率密度辅助增力液压缸
技术领域
本发明涉及到一种足式机器人用高功率密度辅助增力液压缸。
背景技术
机器人在机构上讲是一类具有极度紧凑结构的机电设备，尤其在行走式机器人类别中，紧凑的结构是必要的，如行走双足机器人、奔跑四足机器人、六足机器人等。其中作为机器人最重要部件之一的驱动器则要求在能够跟随机器人输出大功率同时应保持紧凑的结构、高频响、耐疲劳、高效率等，那么液压驱动器成为优选的驱动器。
足式机器人的发展趋势为：高速度、高跳跃、高续航等，其中高速度即足式机器人实现高速奔跑，在短时间内达到目的地完成各项任务；高跳跃即在面对障碍时可以顺利通过；高续航即在移动能源供给下实现更长时间的运行。足式机器人驱动机构为腿足，液压驱动器安装在腿足驱动关节处，作为足式机器人驱动机构的腿足具有一些显著的特点，在高速度中，要求驱动器具有高频响、高功率密度、瞬时大出力；在高跳跃中，要求驱动器具有瞬时大出力、高功率密度；在高续航中，要求驱动器具有高功率密度、触地能量回收、高效率。其中高频响即要求驱动器能够在一定误差下跟随控制高速控制信号，高功率密度即小尺寸下平均输出大功率，瞬时大出力即在足离开地面时需要瞬间输出足够的力，使得机体获得足够大的前进方向以及高度方向上的力；触地能量回收即足接触地面瞬间产生的冲击能量回收，并缓冲对机体的冲击。
发明内容
基于以上不足之处，本发明的目的是提供一种足式机器人用高功率密度辅助增力液压缸，解决目前足式机器人要求驱动结构的高功率密度、瞬时大出力、能量回收与释放、高频响的需求。
本发明所提供的技术方案为：一种足式机器人用高功率密度辅助增力液压缸，包括外壳，所述的外壳内部固定安装有主液压缸、两个辅助液压缸和LVDT位移传感器，外壳外壁固定安装有蓄能器、单向阀，减压阀，高速电磁换向阀和伺服阀，两只辅助液压缸位于主液压缸的左右两侧，主液压缸的活塞杆通过活塞杆连接件和两侧辅助液压缸的活塞杆并联，主液压缸活塞杆顶端安装有力传感器，LVDT位移传感器的拉杆伸出外壳与活塞杆连接件固定连接，力传感器及LVDT位移传感器分别用来监测主液压缸活塞杆输出的力矩和位移，所述的主液压缸为单出杆液压缸，所述的辅助液压缸为柱塞式液压缸，两只辅助液压缸的内油腔与高速电磁换向阀的第1控制油口连通，高速电磁换向阀的第2控制油口与外部液压油箱连通构成低压回路，高速电磁换向阀的第3控制油口分别与蓄能器、单向阀的出油口连通，单向阀的进油口与减压阀的出油口连通，减压阀的进油口与外部高压油路连通，减压阀的泄油口与外部液压油箱连通，主液压缸的上内油腔与伺服阀的第一控制口连接，主液压缸的下内油腔与伺服阀的第二控制口连接，外部高压油路与伺服阀的P口连通，外部液压油箱与伺服阀的T口连通。
本发明还具有如下技术特征：本辅助增力液压安装在足式机器人的腿部，作为腿部运动驱动器，当足端由空中落地产生剧烈冲击后，冲击力沿着腿部机构传递到主液压缸的活塞杆，该冲击力并通过活塞杆连接件将冲击力传递到两个辅助液压缸的活塞杆上，两个辅助液压缸的活塞杆被压回，此时高速电磁换向阀换向至两个辅助液压缸内腔油口与蓄能器连通端，两个辅助液压缸的油路与蓄能器连通，两个辅助液压缸内液压油沿油路流回蓄能器被存储起来，实现了冲击力能量的回收；
腿部冲击力与蓄能器中所存储的液压油所产生的压力平衡后，蓄能器不再回收能量，高速电磁换向阀换向至两个辅助液压缸内腔油口与外部液压油箱连通端，两个辅助液压缸油路与外部液压油箱连通，此时剩余的冲击力所产生的液压油流回外部液压油箱，蓄能器则在高速电磁换向阀密封下存储了回收的能量；
当腿部完全压缩要离地时，伺服阀控制主液压缸活塞杆弹出，此时高速电磁换向阀换向至两个辅助液压缸内腔油口与蓄能器连通端，蓄能器与两个辅助液压缸内油腔连通，由于蓄能器瞬时释放大流量的液压油，进入两个辅助液压缸内油腔中，故而体现在辅助液压缸为瞬时爆发出力；
足底完全离地后，高速电磁换向阀打开至两个辅助液压缸内腔油口与外部液压油箱连通端，辅助液压缸活塞杆不受液压油限制而自由运动，此时伺服阀控制主液压缸活塞杆按照一定规律运动，高压油通过减压阀与单向阀给蓄能器补充油液使其恢复到初始状态，直到足底再次落地产生冲击力，进入下一个循环。
本发明具有以下的技术优点及有益效果：实现了传统足式机器人用液压缸不具备的瞬时大出力、能量回收释放等的功能，使得机器人腿部瞬间出力大大增加，提升了能量利用效率，有助于足式机器人实现高速度、高跳跃、高续航的功能；大大减少了机器人足端冲击力，使得机器人腿足机构寿命加长，机体稳定性更高；可以实现小尺寸下瞬时吸收冲击能量、存储能量与爆发增力。
附图说明
图1为足式机器人用高功率密度辅助增力液压缸立体结构图；
图2为足式机器人用高功率密度辅助增力液压缸系统原理图；
图3为外部冲击液压缸缩回油路图；
图4为存储冲击能量油路图；
图5为蓄能器存储冲击能瞬时释放力迸发图；
图6为蓄能器补充油液油路图。
其中1、主液压缸，2、辅助液压缸，3、LVDT位移传感器，4、主液压缸的活塞杆，5、辅助液压缸的活塞杆，6、活塞杆连接件，7、力传感器，8、伺服阀，9、高速电磁换向阀，10、蓄能器，11、减压阀，12、单向阀，13、外部液压油箱。
具体实施方式
下面将结合附图举例对本发明专利进行详细的说明。
实施例1
如图1-2所示，一种足式机器人用高功率密度辅助增力液压缸，包括外壳，所述的外壳内部固定安装有主液压缸1、两个辅助液压缸2和LVDT位移传感器3，外壳外壁固定安装有蓄能器10、单向阀12，减压阀11，高速电磁换向阀9和伺服阀8，两只辅助液压缸2位于主液压缸1的左右两侧，主液压缸1的活塞杆通过活塞杆连接件6和两侧辅助液压缸2的活塞杆并联，主液压缸1活塞杆顶端安装有力传感器7，LVDT位移传感器3的拉杆伸出外壳与活塞杆连接件6固定连接，力传感器7及LVDT位移传感器3分别用来监测主液压缸1活塞杆输出的力矩和位移，所述的主液压缸1为单出杆液压缸，所述的辅助液压缸2为柱塞式液压缸，两只辅助液压缸2的内油腔与高速电磁换向阀9的第1控制油口连通，高速电磁换向阀9的第2控制油口与外部液压油箱13连通构成低压回路，高速电磁换向阀9的第3控制油口分别与蓄能器10、单向阀12的出油口连通，单向阀12的进油口与减压阀11的出油口连通，减压阀11的进油口与外部高压油路连通，减压阀11的泄油口与外部液压油箱13连通，主液压缸1的上内油腔与伺服阀8的第一控制口连接，主液压缸1的下内油腔与伺服阀8的第二控制口连接，外部高压油路与伺服阀8的P口连通，外部液压油箱13与伺服阀8的T口连通。
本辅助增力液压安装在足式机器人的腿部，作为腿部运动驱动器，当足端由空中落地产生剧烈冲击后，如图3所示，冲击力沿着腿部机构传递到主液压缸1的活塞杆，该冲击力并通过活塞杆连接件6将冲击力传递到两个辅助液压缸2的活塞杆上，两个辅助液压缸2的活塞杆被压回，此时高速电磁换向阀9换向至两个辅助液压缸2内腔油口与蓄能器10连通端，两个辅助液压缸2的油路与蓄能器10连通，两个辅助液压缸2内液压油沿油路流回蓄能器10被存储起来，实现了冲击力能量的回收；
如图4所示，腿部冲击力与蓄能器10中所存储的液压油所产生的压力平衡后，蓄能器10不再回收能量，高速电磁换向阀9换向至两个辅助液压缸2内腔油口与外部液压油箱13连通端，两个辅助液压缸2油路与外部液压油箱13连通，此时剩余的冲击力所产生的液压油流回外部液压油箱13，蓄能器10则在高速电磁换向阀9密封下存储了回收的能量；
如图5所示，当腿部完全压缩要离地时，伺服阀8控制主液压缸1活塞杆弹出，此时高速电磁换向阀9换向至两个辅助液压缸2内腔油口与蓄能器10连通端，蓄能器10与两个辅助液压缸2内油腔连通，由于蓄能器10瞬时释放大流量的液压油进入两个辅助液压缸2内油腔中，故而体现在辅助液压缸2为瞬时爆发出力；
如图6所示，足底完全离地后，高速电磁换向阀9打开至两个辅助液压缸2内腔油口与外部液压油箱13连通端，两辅助液压缸2活塞杆不受液压油限制而自由运动，此时伺服阀8控制主液压缸1活塞杆按照一定规律运动，高压油通过减压阀11与单向阀12给蓄能器10补充油液使其恢复到初始状态，直到足底再次落地产生冲击力，进入下一个循环。

Claims (2)

1.一种足式机器人用高功率密度辅助增力液压缸，包括外壳，其特征在于，所述的外壳内部固定安装有主液压缸、两个辅助液压缸和LVDT位移传感器，外壳外壁固定安装有蓄能器、单向阀，减压阀，高速电磁换向阀和伺服阀，两只辅助液压缸位于主液压缸的左右两侧，主液压缸的活塞杆通过活塞杆连接件和两侧辅助液压缸的活塞杆并联，主液压缸活塞杆顶端安装有力传感器，LVDT位移传感器的拉杆伸出外壳与活塞杆连接件固定连接，力传感器及LVDT位移传感器分别用来监测主液压缸活塞杆输出的力矩和位移，所述的主液压缸为单出杆液压缸，所述的辅助液压缸为柱塞式液压缸，两只辅助液压缸的内油腔与高速电磁换向阀的第1控制油口连通，高速电磁换向阀的第2控制油口与外部液压油箱连通构成低压回路，高速电磁换向阀的第3控制油口分别与蓄能器、单向阀的出油口连通，单向阀的进油口与减压阀的出油口连通，减压阀的进油口与外部高压油路连通，减压阀的泄油口与外部液压油箱连通，主液压缸的上内油腔与伺服阀的第一控制口连接，主液压缸的下内油腔与伺服阀的第二控制口连接，外部高压油路与伺服阀的P口连通，外部液压油箱与伺服阀的T口连通。
2.根据权利要求1所述的一种足式机器人用高功率密度辅助增力液压缸，其特征在于：本辅助增力液压安装在足式机器人的腿部，作为腿部运动驱动器，
当足端由空中落地产生剧烈冲击后，冲击力沿着腿部机构传递到主液压缸的活塞杆，该冲击力并通过活塞杆连接件将冲击力传递到两个辅助液压缸的活塞杆上，两个辅助液压缸的活塞杆被压回，此时高速电磁换向阀换向至两个辅助液压缸内腔油口与蓄能器连通端，两个辅助液压缸的油路与蓄能器连通，两个辅助液压缸内液压油沿油路流回蓄能器被存储起来，实现了冲击力能量的回收；
腿部冲击力与蓄能器中所存储的液压油所产生的压力平衡后，蓄能器不再回收能量，高速电磁换向阀换向至两个辅助液压缸内腔油口与外部液压油箱连通端，两个辅助液压缸油路与外部液压油箱连通，此时剩余的冲击力所产生的液压油流回外部液压油箱，蓄能器则在高速电磁换向阀密封下存储了回收的能量；
当腿部完全压缩要离地时，伺服阀控制主液压缸活塞杆弹出，此时高速电磁换向阀换向至两个辅助液压缸内腔油口与蓄能器连通端，蓄能器与两个辅助液压缸内油腔连通，由于蓄能器瞬时释放大流量的液压油，进入两个辅助液压缸内油腔中，故而体现在辅助液压缸为瞬时爆发出力；
足底完全离地后，高速电磁换向阀打开至两个辅助液压缸内腔油口与外部液压油箱连通端，辅助液压缸活塞杆不受液压油限制而自由运动，此时伺服阀控制主液压缸活塞杆按照一定规律运动，高压油通过减压阀与单向阀给蓄能器补充油液使其恢复到初始状态，直到足底再次落地产生冲击力，进入下一个循环。
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