CN112550512B - 一种轮腿机器人及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮腿机器人及其驱动方法，属于轮腿机器人技术领域，包括车体、大腿、小腿、轮和两个液压控制系统；所述大腿一端和车体铰接，大腿另一端和小腿一端铰接；所述小腿另一端设有轮；所述两个液压控制系统分别控制车体和大腿之间的夹角大小、大腿和小腿之间的夹角大小；所述液压控制系统包括液压缸和活塞杆；所述液压缸内设有承载腔、非承载腔和弹簧；所述活塞杆分隔承载腔和非承载腔；所述弹簧用于使活塞杆的杆部有伸出液压缸的趋势。本发明的一种轮腿机器人及其驱动方法，没有溢流损耗，无节流损耗，节约系统功率，液压系统传递效率高，能量利用率高，缓冲性能好，寿命长。

Description

一种轮腿机器人及其驱动方法

技术领域

本发明属于轮腿机器人技术领域，具体地说涉及一种轮腿机器人及其驱动方法。

背景技术

轮腿式机器人是指在机器人腿的末端加上了轮子，此种机器人充分结合了轮与腿的优势，既能够快速高效的通过车辆路面，又能够利用腿的步态翻越障碍物，实现非结构环境下的通过。相对于足式机器人来讲在路面环境下，具有更快的行进速度，故轮腿式机器人的研究得到了越来越广泛的关注。

目前，轮腿机器人的研究主要集中于小型的轮腿机器人平台，机器人本体及负载能力均较小，可应用电机于减速器组合来进行腿部关节的驱动；针对中/大型的轮腿机器人的腿部关节驱动，则采用伺服阀控缸来进行驱动，伺服阀安装于液压缸上，液压缸活塞杆通过连杆来驱动腿部关节，伺服阀的压力油液由一个集中式的泵站进行供给，通过控制伺服阀阀芯开口的方向及大小来控制液压缸的输出力/速度，进而控制腿部关节的扭矩/转速。

中/大型轮腿机器人采用伺服阀控缸作为关节驱动装置存在以下问题:

1、采用伺服阀控缸作为轮腿机器人关节执行器的液压系统中，采用集中式泵站作为动力源，泵站部分为了维持恒定的系统压力，需要采用溢流阀进行溢流来维持压力恒定，此种方式使泵站部分一直存在溢流损耗，由此而带来了系统的功率损耗。

2、伺服阀控缸是通过伺服阀的节流来对液压缸实现精确的输出力/速度的控制，存在较大的节流功率损耗，液压系统传递效率低，机器人的有效能量利用率低。一般的当轮腿机器人在行驶过程中，其关节驱动装置的输出扭矩需要克服自身的重力及惯性力，故此时需要较大的扭矩，需采用液压执行器来驱动，能够达到较高的功率密度比；但当轮腿机器人在执行步态跨越障碍时，此时对于关节驱动装置来将只需克服腿部重量即可，故此时需要的关节驱动装置的输出扭矩较小，若采用伺服阀控缸执行器，伺服阀阀口处会产生极大的压差，产生较大的节流损耗。

3、由伺服阀控缸以及集中泵站组成的关节驱动装置系统组成复杂，伺服阀抗油液污染能力差，导致整个关节驱动装置可靠性差。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种轮腿机器人及其驱动方法，拟解决如何在应用于中/大型轮腿机器人的腿部关节驱动中，取消伺服阀控缸，实现无节流损耗，同时在行驶过程中的减振时，巧妙的利用弹簧来减小关节驱动装置的输入功率要求，减小对输入能量的需求，大大的提高关节驱动的效率，提高机器人的有效能量利用率，延长机器人的巡航时间等问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种轮腿机器人，包括车体35、大腿36、小腿37、轮38和两个液压控制系统；所述大腿36一端和车体35铰接，大腿36另一端和小腿37一端铰接；所述小腿37另一端设有轮38；所述两个液压控制系统分别控制车体35和大腿36之间的夹角大小、大腿36和小腿37之间的夹角大小；所述液压控制系统包括液压缸1和活塞杆2；所述液压缸1内设有承载腔9、非承载腔10和弹簧29；所述活塞杆2分隔承载腔9和非承载腔10；所述弹簧29用于使活塞杆2的杆部有伸出液压缸1的趋势。由上述结构可知，车体35为轮腿机器人的身体部分，车体35的行进状态主要由轮腿机器人腿部来完成，腿部可以有一对或两对，腿部即大腿36、小腿37、轮38的组合；大腿36一端和车体35铰接，这种铰接可以是直接通过转轴来铰接，也可以是通过髋关节间接铰接；大腿36另一端和小腿37一端铰接，这种铰接可以是直接通过转轴来铰接，也可以是通过膝关节间接铰接；小腿37另一端设有轮38，轮38的转动使腿部带着车体35前行或后退；一个腿部带有两个液压控制系统；一个液压控制系统控制车体35和大腿36之间的夹角大小，例如保持夹角大小不变，增大或减小；另一个液压控制系统控制大腿36和小腿37之间的夹角大小，例如保持夹角大小不变，增大或减小；两个液压控制系统分别控制车体35和大腿36之间的夹角大小、大腿36和小腿37之间的夹角大小，可以使轮38相对车体35向前移、向后移、向上移、向下移进行调节；车体35和大腿36对应的液压控制系统中，液压缸1和活塞杆2配合组件的两端分别和车体35、大腿36铰接，这样活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，则车体35和大腿36之间的夹角变小，活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，则车体35和大腿36之间的夹角变大，活塞杆2相对液压缸1的伸长量保持不变，则车体35和大腿36之间的夹角保持不变；大腿36和小腿37对应的液压控制系统中，液压缸1和活塞杆2配合组件的两端分别和大腿36、小腿37铰接，这样活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，则大腿36和小腿37之间的夹角变小，活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，则大腿36和小腿37之间的夹角变大，活塞杆2相对液压缸1的伸长量保持不变，则大腿36和小腿37之间的夹角保持不变；以此来实现两个液压控制系统分别控制车体35和大腿36之间的夹角大小、大腿36和小腿37之间的夹角大小，使轮38相对车体35向前移、向后移、向上移、向下移进行调节；所述液压缸1内设有承载腔9和非承载腔10；所述活塞杆2分隔承载腔9和非承载腔10；所述活塞杆2相对液压缸1的伸长量随着承载腔9和非承载腔10内的液压油容量的改变而改变；承载腔9的液压油容量增加、非承载腔10的液压油容量减少，则活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，承载腔9的液压油容量减少、非承载腔10的液压油容量增加，则活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，承载腔9和非承载腔10的液压油容量保持不变，则活塞杆2相对液压缸1的伸长量保持不变；轮38触地转动时，带动轮腿机器人行驶；当轮腿机器人行驶在平坦地面时，液压缸1和活塞杆2承受的负载力无波动，车体35无振动，弹簧29稳定承受活塞杆2的压力，减小承载腔9内液压油承受的压力；当轮腿机器人行驶在上坡地面时，液压缸1和活塞杆2承受的负载力变大，活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，承载腔9中的液压油压力升高，弹簧29的压缩量增加，使承载腔9中的液压油压力升高得到缓冲；当轮腿机器人行驶在下坡地面时，液压缸1和活塞杆2承受的负载力变小，活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，承载腔9中的液压油压力降低，弹簧29的压缩量减少，辅助活塞杆2的杆部伸出液压缸1；弹簧29实现了轮腿机器人行驶过程中进行减振，以保证车身的稳定性，吸收了振动能量，减少对轮腿机器人的影响，提高轮腿机器人的使用寿命。巧妙的利用弹簧来减小关节驱动装置的输入功率要求，减小对输入能量的需求，大大的提高关节驱动器的效率，提高机器人的有效能量利用率，延长机器人的巡航时间。

进一步的，所述液压控制系统还包括主油路、次油路、伺服电机7和液压泵8；所述伺服电机7用于驱动液压泵8；所述非承载腔10、主油路、液压泵8、次油路和承载腔9依次连通；所述活塞杆2相对液压缸1的伸长量随着承载腔9和非承载腔10内的液压油容量的改变而改变。由上述结构可知，所述非承载腔10、主油路、液压泵8、次油路和承载腔9依次构成的线路若连通，伺服电机7正转，承载腔9中的液压油被液压泵8吸至非承载腔10，活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变小；伺服电机7反转，非承载腔10中的液压油被液压泵8吸至承载腔9，活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变大。取消伺服阀控缸，实现无节流损耗。

进一步的，所述液压缸1内设有导向杆27；所述活塞杆2内部空心，并外套在导向杆27上；所述承载腔9位于导向杆27顶部，并被活塞杆2的杆部包围；所述导向杆27内设有导通路28；所述导通路28连通承载腔9和次油路；所述导向杆27上外套有弹簧29；所述非承载腔10位于活塞杆2的杆部和液压缸1之间。由上述结构可知，活塞杆2内部空心，并外套在导向杆27上，导向杆27对活塞杆2相对液压缸1的伸出和缩短移动进行导向；所述导向杆27内设有导通路28；所述导通路28连通承载腔9和次油路；当活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，承载腔9中的液压油压力升高，弹簧29承受的活塞杆2的塞部压力增加，弹簧29的压缩量增加，承载腔9中的液压油经过导通路28流至次油路，被液压泵8吸至非承载腔10；当活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，承载腔9中的液压油压力降低，弹簧29承受的活塞杆2的塞部压力降低，弹簧29的压缩量减少，辅助活塞杆2的杆部伸出液压缸1，非承载腔10中的液压油被液压泵8吸至承载腔9，使活塞杆2相对液压缸1的伸长量快速伸长。导向杆27上外套有弹簧29，使弹簧29始终压缩在活塞杆2的塞部和液压缸1的底部之间。

进一步的，所述液压控制系统还包括第三电磁阀24；所述主油路包括第一油路3和第二油路4；所述次油路包括第三油路5和第四油路6；所述第三电磁阀24为两位四通电磁开关阀；所述第三电磁阀24包括a3口、b3口、c3口和d3口；所述第一油路3两端分别连通a3口和非承载腔10；所述第二油路4两端分别连通b3口和液压泵8；所述第三油路5两端分别连通c3口和液压泵8；所述第四油路6两端分别连通d3口和导通路28；所述第三电磁阀24处于得电位时，除a3口和b3口导通，c3口和d3口导通外，其余口之间均不导通；所述第三电磁阀24处于失电位时，a3口和d3口导通外，其余口之间均不导通。由上述结构可知，所述第三电磁阀24处于得电位时，除a3口和b3口导通，c3口和d3口导通外，其余口之间均不导通，即a3口和c3口、d3口不导通，b3口和c3口、d3口不导通，非承载腔10、第一油路3、第二油路4、液压泵8、第三油路5、第四油路6和承载腔9构成的线路已经连通，液压泵8能够改变承载腔9和非承载腔10中的液压油的流向；所述第三电磁阀24处于失电位时，a3口和d3口导通外，其余口之间均不导通，所述承载腔9通过第一油路3、第四油路6和非承载腔10连通；承载腔9中的高压的液压油能够流向非承载腔10，使车体35下降，失电时轮腿机器人变小，方便搬运。

进一步的，所述第三电磁阀24处于失电位时，a3口和d3口导通的路径上设有第二节流阀25。由上述结构可知，第二节流阀25起到了减缓承载腔9中的液压油和非承载腔10交换的速度，所述承载腔9通过第一油路3、第四油路6和非承载腔10连通；承载腔9中的高压的液压油流向非承载腔10，并经过第二节流阀25节流，使车体35缓慢下降。

进一步的，所述液压控制系统还包括补油蓄能器13；所述补油蓄能器13和液压泵8的泄油口连通。由上述结构可知，补油蓄能器13和液压泵8的泄油口连通，补油蓄能器13能够收集液压泵8泄漏的液压油，减少油耗。

进一步的，所述液压控制系统还包括第一单向阀14和第二单向阀15；所述补油蓄能器13的出口连通第一单向阀14的进口和第二单向阀15的进口；所述第一单向阀14的出口连通主油路；所述第二单向阀15的出口连通次油路。由上述结构可知，若承载腔9中的液压油压力过低，则补油蓄能器13通过第二单向阀15向液压泵8补油，保证液压泵8持续吸入液压油；若非承载腔10中的液压油压力过低，则补油蓄能器13通过第一单向阀14向液压泵8补油，保证液压泵8持续吸入液压油；进而提高能量利用率和反应速度。

进一步的，所述液压控制系统还包括第一溢流阀11和第二溢流阀12；所述第一溢流阀11的进口连通主油路；所述第一溢流阀11的出口连通次油路；所述第二溢流阀12的进口连通次油路；所述第二溢流阀12的出口连通主油路。由上述结构可知，若承载腔9中的液压油压力过高，则第二溢流阀12进行泄压；若非承载腔10中的液压油压力过高，则第一溢流阀11进行泄压；确保液压控制系统的运行安全。

进一步的，所述液压控制系统还包括控制器和力传感器；所述力传感器、第三电磁阀24、伺服电机7分别和控制器电连接；所述力传感器用于监测活塞杆2的负载信号，并将负载信号传递给控制器；所述控制器用于控制第三电磁阀24的开关位以及伺服电机7的转速和方向。由上述结构可知，当轮腿机器人行驶在上坡地面时，液压缸1和活塞杆2承受的负载力变大，活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，承载腔9中的液压油压力升高，弹簧29的压缩量增加，使承载腔9中的液压油压力升高得到缓冲，与此同时力传感器监测到活塞杆2负载力变大的负载信号，并将负载信号传递给控制器；控制器控制伺服电机7正转，承载腔9中的液压油被液压泵8吸至非承载腔10，使活塞杆2相对液压缸1的伸长量快速缩短，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变小；当轮腿机器人行驶在下坡地面时，液压缸1和活塞杆2承受的负载力变小，活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，承载腔9中的液压油压力降低，弹簧29的压缩量减少，辅助活塞杆2的杆部伸出液压缸1，与此同时力传感器监测到活塞杆2负载力变小的负载信号，并将负载信号传递给控制器；控制器控制伺服电机7反转，非承载腔10中的液压油被液压泵8吸至承载腔9，使活塞杆2相对液压缸1的伸长量快速伸长，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变大。

一种轮腿机器人的驱动方法，采用上述的一种轮腿机器人，包括主动减振步骤；所述主动减振步骤具体为：轮38触地转动时，带动轮腿机器人行驶；当轮腿机器人行驶在平坦地面时，所述承载腔9和非承载腔10之间暂不进行液压油强制交换；液压缸1和活塞杆2承受的负载力无波动，车体35无振动，活塞杆2相对液压缸1的伸长量保持不变，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小保持不变，弹簧29承受活塞杆2的压力；当轮腿机器人行驶在上坡地面时，液压缸1和活塞杆2承受的负载力变大，活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，承载腔9中的液压油压力升高，弹簧29的压缩量增加，使承载腔9中的液压油压力升高得到缓冲，与此同时承载腔9和非承载腔10之间进行液压油强制交换，承载腔9中的液压油被液压泵8吸至非承载腔10，使活塞杆2相对液压缸1的伸长量快速缩短，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变小；当轮腿机器人行驶在下坡地面时，液压缸1和活塞杆2承受的负载力变小，活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，承载腔9中的液压油压力降低，弹簧29的压缩量减少，辅助活塞杆2的杆部伸出液压缸1，与此同时承载腔9和非承载腔10之间进行液压油强制交换，非承载腔10中的液压油被液压泵8吸至承载腔9，使活塞杆2相对液压缸1的伸长量快速伸长，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变大。

进一步的，还包括主动步态步骤；所述主动步态步骤具体为：当轮腿机器人行驶时遇到障碍物时，承载腔9和非承载腔10之间进行液压油强制交换；当轮腿机器人在抬腿过程中，承载腔9中的液压油被液压泵8吸至非承载腔10，使活塞杆2相对液压缸1的伸长量快速缩短，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变小；当轮腿机器人在落腿过程中，非承载腔10中的液压油被液压泵8吸至承载腔9，使活塞杆2相对液压缸1的伸长量快速伸长，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变大。

进一步的，还包括姿态调整步骤；所述姿态调整步骤具体为：当轮腿机器人需要调整车体35高度时，承载腔9和非承载腔10之间进行液压油强制交换；当轮腿机器人需要增加车体35高度时，非承载腔10中的液压油被液压泵8吸至承载腔9，活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变大；当轮腿机器人需要降低车体35高度时，承载腔9中的液压油被液压泵8吸至非承载腔10，活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变小；弹簧29始终承受活塞杆2的压力。

进一步的，还包括失电步骤；所述失电步骤具体为：当轮腿机器人失电时，承载腔9和非承载腔10之间进行液压油自由交换；承载腔9中的高压的液压油流向非承载腔10，使车体35缓慢下降；与此同时，弹簧29进行减振。由上述结构可知，本发明具有多种工作模式，在姿态调整步骤中，可以根据即将行驶的路面情况调整车体35高度；在主动减振步骤中，可以有效实现对上下坡路面的行驶减振，保证轮腿机器人在行驶过程中的稳定性；在主动步态步骤中，可以快速实现抬腿和落腿，越过障碍物，并保证车体35的平稳；弹簧29的缓冲功能，第一溢流阀11和第二溢流阀12的安全保护功能，使轮腿机器人运行更安全可靠，提高了使用寿命。本发明取消伺服阀控缸，实现无节流损耗，同时在行驶过程中的减振时，巧妙的利用弹簧来减小关节驱动装置的输入功率要求，减小对输入能量的需求，大大的提高关节驱动器的效率，提高机器人的有效能量利用率，延长机器人的巡航时间。

本发明的有益效果是：

本发明公开了一种轮腿机器人及其驱动方法，属于轮腿机器人技术领域，包括车体、大腿、小腿、轮和两个液压控制系统；所述大腿一端和车体铰接，大腿另一端和小腿一端铰接；所述小腿另一端设有轮；所述两个液压控制系统分别控制车体和大腿之间的夹角大小、大腿和小腿之间的夹角大小；所述液压控制系统包括液压缸和活塞杆；所述液压缸内设有承载腔、非承载腔和弹簧；所述活塞杆分隔承载腔和非承载腔；所述弹簧用于使活塞杆的杆部有伸出液压缸的趋势。本发明的一种轮腿机器人及其驱动方法，没有溢流损耗，无节流损耗，节约系统功率，液压系统传递效率高，能量利用率高，缓冲性能好，寿命长。

附图说明

图1是本发明液压控制系统结构示意图；

图2是本发明轮腿机器人在主动减振步骤和姿态调整步骤结构示意图；

图3是本发明轮腿机器人在主动步态步骤结构示意图；

附图中：1-液压缸、2-活塞杆、3-第一油路、4-第二油路、5-第三油路、6-第四油路、7-伺服电机、8-液压泵、9-承载腔、10-非承载腔、11-第一溢流阀、12-第二溢流阀、13-补油蓄能器、14-第一单向阀、15-第二单向阀、24-第三电磁阀、25-第二节流阀、27-导向杆、28-导通路、29-弹簧、35-车体、36-大腿、37-小腿、38-轮。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明，但是本发明不局限于以下实施例。

实施例一：

见附图1～3。一种轮腿机器人，包括车体35、大腿36、小腿37、轮38和两个液压控制系统；所述大腿36一端和车体35铰接，大腿36另一端和小腿37一端铰接；所述小腿37另一端设有轮38；所述两个液压控制系统分别控制车体35和大腿36之间的夹角大小、大腿36和小腿37之间的夹角大小；所述液压控制系统包括液压缸1和活塞杆2；所述液压缸1内设有承载腔9、非承载腔10和弹簧29；所述活塞杆2分隔承载腔9和非承载腔10；所述弹簧29用于使活塞杆2的杆部有伸出液压缸1的趋势。由上述结构可知，车体35为轮腿机器人的身体部分，车体35的行进状态主要由轮腿机器人腿部来完成，腿部可以有一对或两对，腿部即大腿36、小腿37、轮38的组合；大腿36一端和车体35铰接，这种铰接可以是直接通过转轴来铰接，也可以是通过髋关节间接铰接；大腿36另一端和小腿37一端铰接，这种铰接可以是直接通过转轴来铰接，也可以是通过膝关节间接铰接；小腿37另一端设有轮38，轮38的转动使腿部带着车体35前行或后退；一个腿部带有两个液压控制系统；一个液压控制系统控制车体35和大腿36之间的夹角大小，例如保持夹角大小不变，增大或减小；另一个液压控制系统控制大腿36和小腿37之间的夹角大小，例如保持夹角大小不变，增大或减小；两个液压控制系统分别控制车体35和大腿36之间的夹角大小、大腿36和小腿37之间的夹角大小，可以使轮38相对车体35向前移、向后移、向上移、向下移进行调节；车体35和大腿36对应的液压控制系统中，液压缸1和活塞杆2配合组件的两端分别和车体35、大腿36铰接，这样活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，则车体35和大腿36之间的夹角变小，活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，则车体35和大腿36之间的夹角变大，活塞杆2相对液压缸1的伸长量保持不变，则车体35和大腿36之间的夹角保持不变；大腿36和小腿37对应的液压控制系统中，液压缸1和活塞杆2配合组件的两端分别和大腿36、小腿37铰接，这样活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，则大腿36和小腿37之间的夹角变小，活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，则大腿36和小腿37之间的夹角变大，活塞杆2相对液压缸1的伸长量保持不变，则大腿36和小腿37之间的夹角保持不变；以此来实现两个液压控制系统分别控制车体35和大腿36之间的夹角大小、大腿36和小腿37之间的夹角大小，使轮38相对车体35向前移、向后移、向上移、向下移进行调节；所述液压缸1内设有承载腔9和非承载腔10；所述活塞杆2分隔承载腔9和非承载腔10；所述活塞杆2相对液压缸1的伸长量随着承载腔9和非承载腔10内的液压油容量的改变而改变；承载腔9的液压油容量增加、非承载腔10的液压油容量减少，则活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，承载腔9的液压油容量减少、非承载腔10的液压油容量增加，则活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，承载腔9和非承载腔10的液压油容量保持不变，则活塞杆2相对液压缸1的伸长量保持不变；轮38触地转动时，带动轮腿机器人行驶；当轮腿机器人行驶在平坦地面时，液压缸1和活塞杆2承受的负载力无波动，车体35无振动，弹簧29稳定承受活塞杆2的压力，减小承载腔9内液压油承受的压力；当轮腿机器人行驶在上坡地面时，液压缸1和活塞杆2承受的负载力变大，活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，承载腔9中的液压油压力升高，弹簧29的压缩量增加，使承载腔9中的液压油压力升高得到缓冲；当轮腿机器人行驶在下坡地面时，液压缸1和活塞杆2承受的负载力变小，活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，承载腔9中的液压油压力降低，弹簧29的压缩量减少，辅助活塞杆2的杆部伸出液压缸1；弹簧29实现了轮腿机器人行驶过程中进行减振，以保证车身的稳定性，吸收了振动能量，减少对轮腿机器人的影响，提高轮腿机器人的使用寿命。巧妙的利用弹簧来减小关节驱动装置的输入功率要求，减小对输入能量的需求，大大的提高关节驱动器的效率，提高机器人的有效能量利用率，延长机器人的巡航时间。

实施例二：

见附图1～3。在实施例一的基础上，所述液压控制系统还包括主油路、次油路、伺服电机7和液压泵8；所述伺服电机7用于驱动液压泵8；所述非承载腔10、主油路、液压泵8、次油路和承载腔9依次连通；所述活塞杆2相对液压缸1的伸长量随着承载腔9和非承载腔10内的液压油容量的改变而改变。由上述结构可知，所述非承载腔10、主油路、液压泵8、次油路和承载腔9依次构成的线路若连通，伺服电机7正转，承载腔9中的液压油被液压泵8吸至非承载腔10，活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变小；伺服电机7反转，非承载腔10中的液压油被液压泵8吸至承载腔9，活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变大。取消伺服阀控缸，实现无节流损耗。

所述液压缸1内设有导向杆27；所述活塞杆2内部空心，并外套在导向杆27上；所述承载腔9位于导向杆27顶部，并被活塞杆2的杆部包围；所述导向杆27内设有导通路28；所述导通路28连通承载腔9和次油路；所述导向杆27上外套有弹簧29；所述非承载腔10位于活塞杆2的杆部和液压缸1之间。由上述结构可知，活塞杆2内部空心，并外套在导向杆27上，导向杆27对活塞杆2相对液压缸1的伸出和缩短移动进行导向；所述导向杆27内设有导通路28；所述导通路28连通承载腔9和次油路；当活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，承载腔9中的液压油压力升高，弹簧29承受的活塞杆2的塞部压力增加，弹簧29的压缩量增加，承载腔9中的液压油经过导通路28流至次油路，被液压泵8吸至非承载腔10；当活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，承载腔9中的液压油压力降低，弹簧29承受的活塞杆2的塞部压力降低，弹簧29的压缩量减少，辅助活塞杆2的杆部伸出液压缸1，非承载腔10中的液压油被液压泵8吸至承载腔9，使活塞杆2相对液压缸1的伸长量快速伸长。导向杆27上外套有弹簧29，使弹簧29始终压缩在活塞杆2的塞部和液压缸1的底部之间。

所述液压控制系统还包括第三电磁阀24；所述主油路包括第一油路3和第二油路4；所述次油路包括第三油路5和第四油路6；所述第三电磁阀24为两位四通电磁开关阀；所述第三电磁阀24包括a3口、b3口、c3口和d3口；所述第一油路3两端分别连通a3口和非承载腔10；所述第二油路4两端分别连通b3口和液压泵8；所述第三油路5两端分别连通c3口和液压泵8；所述第四油路6两端分别连通d3口和导通路28；所述第三电磁阀24处于得电位时，除a3口和b3口导通，c3口和d3口导通外，其余口之间均不导通；所述第三电磁阀24处于失电位时，a3口和d3口导通外，其余口之间均不导通。由上述结构可知，所述第三电磁阀24处于得电位时，除a3口和b3口导通，c3口和d3口导通外，其余口之间均不导通，即a3口和c3口、d3口不导通，b3口和c3口、d3口不导通，非承载腔10、第一油路3、第二油路4、液压泵8、第三油路5、第四油路6和承载腔9构成的线路已经连通，液压泵8能够改变承载腔9和非承载腔10中的液压油的流向；所述第三电磁阀24处于失电位时，a3口和d3口导通外，其余口之间均不导通，所述承载腔9通过第一油路3、第四油路6和非承载腔10连通；承载腔9中的高压的液压油能够流向非承载腔10，使车体35下降，失电时轮腿机器人变小，方便搬运。

所述第三电磁阀24处于失电位时，a3口和d3口导通的路径上设有第二节流阀25。由上述结构可知，第二节流阀25起到了减缓承载腔9中的液压油和非承载腔10交换的速度，所述承载腔9通过第一油路3、第四油路6和非承载腔10连通；承载腔9中的高压的液压油流向非承载腔10，并经过第二节流阀25节流，使车体35缓慢下降。

所述液压控制系统还包括补油蓄能器13；所述补油蓄能器13和液压泵8的泄油口连通。由上述结构可知，补油蓄能器13和液压泵8的泄油口连通，补油蓄能器13能够收集液压泵8泄漏的液压油，减少油耗。

所述液压控制系统还包括第一单向阀14和第二单向阀15；所述补油蓄能器13的出口连通第一单向阀14的进口和第二单向阀15的进口；所述第一单向阀14的出口连通主油路；所述第二单向阀15的出口连通次油路。由上述结构可知，若承载腔9中的液压油压力过低，则补油蓄能器13通过第二单向阀15向液压泵8补油，保证液压泵8持续吸入液压油；若非承载腔10中的液压油压力过低，则补油蓄能器13通过第一单向阀14向液压泵8补油，保证液压泵8持续吸入液压油；进而提高能量利用率和反应速度。

所述液压控制系统还包括第一溢流阀11和第二溢流阀12；所述第一溢流阀11的进口连通主油路；所述第一溢流阀11的出口连通次油路；所述第二溢流阀12的进口连通次油路；所述第二溢流阀12的出口连通主油路。由上述结构可知，若承载腔9中的液压油压力过高，则第二溢流阀12进行泄压；若非承载腔10中的液压油压力过高，则第一溢流阀11进行泄压；确保液压控制系统的运行安全。

所述液压控制系统还包括控制器和力传感器；所述力传感器、第三电磁阀24、伺服电机7分别和控制器电连接；所述力传感器用于监测活塞杆2的负载信号，并将负载信号传递给控制器；所述控制器用于控制第三电磁阀24的开关位以及伺服电机7的转速和方向。由上述结构可知，当轮腿机器人行驶在上坡地面时，液压缸1和活塞杆2承受的负载力变大，活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，承载腔9中的液压油压力升高，弹簧29的压缩量增加，使承载腔9中的液压油压力升高得到缓冲，与此同时力传感器监测到活塞杆2负载力变大的负载信号，并将负载信号传递给控制器；控制器控制伺服电机7正转，承载腔9中的液压油被液压泵8吸至非承载腔10，使活塞杆2相对液压缸1的伸长量快速缩短，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变小；当轮腿机器人行驶在下坡地面时，液压缸1和活塞杆2承受的负载力变小，活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，承载腔9中的液压油压力降低，弹簧29的压缩量减少，辅助活塞杆2的杆部伸出液压缸1，与此同时力传感器监测到活塞杆2负载力变小的负载信号，并将负载信号传递给控制器；控制器控制伺服电机7反转，非承载腔10中的液压油被液压泵8吸至承载腔9，使活塞杆2相对液压缸1的伸长量快速伸长，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变大。

实施例三：

见附图1～3。一种轮腿机器人的驱动方法，采用实施例一所述的一种轮腿机器人，包括主动减振步骤；所述主动减振步骤具体为：轮38触地转动时，带动轮腿机器人行驶；当轮腿机器人行驶在平坦地面时，所述承载腔9和非承载腔10之间暂不进行液压油强制交换；液压缸1和活塞杆2承受的负载力无波动，车体35无振动，活塞杆2相对液压缸1的伸长量保持不变，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小保持不变，弹簧29承受活塞杆2的压力；当轮腿机器人行驶在上坡地面时，液压缸1和活塞杆2承受的负载力变大，活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，承载腔9中的液压油压力升高，弹簧29的压缩量增加，使承载腔9中的液压油压力升高得到缓冲，与此同时承载腔9和非承载腔10之间进行液压油强制交换，承载腔9中的液压油被液压泵8吸至非承载腔10，使活塞杆2相对液压缸1的伸长量快速缩短，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变小；当轮腿机器人行驶在下坡地面时，液压缸1和活塞杆2承受的负载力变小，活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，承载腔9中的液压油压力降低，弹簧29的压缩量减少，辅助活塞杆2的杆部伸出液压缸1，与此同时承载腔9和非承载腔10之间进行液压油强制交换，非承载腔10中的液压油被液压泵8吸至承载腔9，使活塞杆2相对液压缸1的伸长量快速伸长，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变大。

还包括主动步态步骤；所述主动步态步骤具体为：当轮腿机器人行驶时遇到障碍物时，承载腔9和非承载腔10之间进行液压油强制交换；当轮腿机器人在抬腿过程中，承载腔9中的液压油被液压泵8吸至非承载腔10，使活塞杆2相对液压缸1的伸长量快速缩短，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变小；当轮腿机器人在落腿过程中，非承载腔10中的液压油被液压泵8吸至承载腔9，使活塞杆2相对液压缸1的伸长量快速伸长，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变大。

还包括姿态调整步骤；所述姿态调整步骤具体为：当轮腿机器人需要调整车体35高度时，承载腔9和非承载腔10之间进行液压油强制交换；当轮腿机器人需要增加车体35高度时，非承载腔10中的液压油被液压泵8吸至承载腔9，活塞杆2相对液压缸1的伸长量伸长，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变大；当轮腿机器人需要降低车体35高度时，承载腔9中的液压油被液压泵8吸至非承载腔10，活塞杆2相对液压缸1的伸长量缩短，车体35和大腿36之间的夹角大小以及大腿36和小腿37之间的夹角大小均变小；弹簧29始终承受活塞杆2的压力。

还包括失电步骤；所述失电步骤具体为：当轮腿机器人失电时，承载腔9和非承载腔10之间进行液压油自由交换；承载腔9中的高压的液压油流向非承载腔10，使车体35缓慢下降；与此同时，弹簧29进行减振。由上述结构可知，本发明具有多种工作模式，在姿态调整步骤中，可以根据即将行驶的路面情况调整车体35高度；在主动减振步骤中，可以有效实现对上下坡路面的行驶减振，保证轮腿机器人在行驶过程中的稳定性；在主动步态步骤中，可以快速实现抬腿和落腿，越过障碍物，并保证车体35的平稳；弹簧29的缓冲功能，第一溢流阀11和第二溢流阀12的安全保护功能，使轮腿机器人运行更安全可靠，提高了使用寿命。本发明取消伺服阀控缸，实现无节流损耗，同时在行驶过程中的减振时，巧妙的利用弹簧来减小关节驱动装置的输入功率要求，减小对输入能量的需求，大大的提高关节驱动器的效率，提高机器人的有效能量利用率，延长机器人的巡航时间。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种轮腿机器人，其特征在于：包括车体（35）、大腿（36）、小腿（37）、轮（38）和两个液压控制系统；所述大腿（36）一端和车体（35）铰接，大腿（36）另一端和小腿（37）一端铰接；所述小腿（37）另一端设有轮（38）；所述两个液压控制系统分别控制车体（35）和大腿（36）之间的夹角大小、大腿（36）和小腿（37）之间的夹角大小；所述液压控制系统包括液压缸（1）和活塞杆（2）；所述液压缸（1）内设有承载腔（9）、非承载腔（10）和弹簧（29）；所述活塞杆（2）分隔承载腔（9）和非承载腔（10）；所述弹簧（29）用于使活塞杆（2）的杆部有伸出液压缸（1）的趋势；所述液压控制系统还包括主油路、次油路、伺服电机（7）和液压泵（8）；所述伺服电机（7）用于驱动液压泵（8）；所述非承载腔（10）、主油路、液压泵（8）、次油路和承载腔（9）依次连通；所述活塞杆（2）相对液压缸（1）的伸长量随着承载腔（9）和非承载腔（10）内的液压油容量的改变而改变；所述液压控制系统还包括第三电磁阀（24）；所述主油路包括第一油路（3）和第二油路（4）；所述次油路包括第三油路（5）和第四油路（6）；所述第三电磁阀（24）为两位四通电磁开关阀；所述第三电磁阀（24）包括a3口、b3口、c3口和d3口；所述第一油路（3）两端分别连通a3口和非承载腔（10）；所述第二油路（4）两端分别连通b3口和液压泵（8）；所述第三油路（5）两端分别连通c3口和液压泵（8）；所述第四油路（6）两端分别连通d3口和导通路（28）；所述第三电磁阀（24）处于得电位时，除a3口和b3口导通，c3口和d3口导通外，其余口之间均不导通，即a3口和c3口、d3口不导通，b3口和c3口、d3口不导通，非承载腔（10）、第一油路（3）、第二油路（4）、液压泵（8）、第三油路（5）、第四油路（6）和承载腔（9）构成的线路连通，通过液压泵（8）改变承载腔（9）和非承载腔（10）中的液压油的流向；所述第三电磁阀（24）处于失电位时，a3口和d3口导通外，其余口之间均不导通；所述承载腔（9）通过第一油路（3）、第四油路（6）和非承载腔（10）连通，承载腔（9）中的高压的液压油流向非承载腔（10），使车体（35）下降，轮腿机器人变小，方便搬运。

2.根据权利要求1所述的一种轮腿机器人，其特征在于：所述液压缸（1）内设有导向杆（27）；所述活塞杆（2）内部空心，并外套在导向杆（27）上；所述承载腔（9）位于导向杆（27）顶部，并被活塞杆（2）的杆部包围；所述导向杆（27）内设有导通路（28）；所述导通路（28）连通承载腔（9）和次油路；所述导向杆（27）上外套有弹簧（29）；所述非承载腔（10）位于活塞杆（2）的杆部和液压缸（1）之间。

3.根据权利要求1所述的一种轮腿机器人，其特征在于：所述第三电磁阀（24）处于失电位时，a3口和d3口导通的路径上设有第二节流阀（25）。

4.根据权利要求1所述的一种轮腿机器人，其特征在于：所述液压控制系统还包括补油蓄能器（13）；所述补油蓄能器（13）和液压泵（8）的泄油口连通。

5.根据权利要求4所述的一种轮腿机器人，其特征在于：所述液压控制系统还包括第一单向阀（14）和第二单向阀（15）；所述补油蓄能器（13）的出口连通第一单向阀（14）的进口和第二单向阀（15）的进口；所述第一单向阀（14）的出口连通主油路；所述第二单向阀（15）的出口连通次油路。

6.根据权利要求1所述的一种轮腿机器人，其特征在于：所述液压控制系统还包括第一溢流阀（11）和第二溢流阀（12）；所述第一溢流阀（11）的进口连通主油路；所述第一溢流阀（11）的出口连通次油路；所述第二溢流阀（12）的进口连通次油路；所述第二溢流阀（12）的出口连通主油路。

7.根据权利要求1所述的一种轮腿机器人，其特征在于：所述液压控制系统还包括控制器和力传感器；所述力传感器、第三电磁阀（24）、伺服电机（7）分别和控制器电连接；所述力传感器用于监测活塞杆（2）的负载信号，并将负载信号传递给控制器；所述控制器用于控制第三电磁阀（24）的开关位以及伺服电机（7）的转速和方向。

8.一种轮腿机器人的驱动方法，其特征在于：采用权利要求1所述的一种轮腿机器人，包括主动减振步骤；所述主动减振步骤具体为：轮（38）触地转动时，带动轮腿机器人行驶；当轮腿机器人行驶在平坦地面时，所述承载腔（9）和非承载腔（10）之间暂不进行液压油强制交换；液压缸（1）和活塞杆（2）承受的负载力无波动，车体（35）无振动，活塞杆（2）相对液压缸（1）的伸长量保持不变，车体（35）和大腿（36）之间的夹角大小以及大腿（36）和小腿（37）之间的夹角大小保持不变，弹簧（29）承受活塞杆（2）的压力；当轮腿机器人行驶在上坡地面时，液压缸（1）和活塞杆（2）承受的负载力变大，活塞杆（2）相对液压缸（1）的伸长量缩短，承载腔（9）中的液压油压力升高，弹簧（29）的压缩量增加，使承载腔（9）中的液压油压力升高得到缓冲，与此同时承载腔（9）和非承载腔（10）之间进行液压油强制交换，承载腔（9）中的液压油被液压泵（8）吸至非承载腔（10），使活塞杆（2）相对液压缸（1）的伸长量快速缩短，车体（35）和大腿（36）之间的夹角大小以及大腿（36）和小腿（37）之间的夹角大小均变小；当轮腿机器人行驶在下坡地面时，液压缸（1）和活塞杆（2）承受的负载力变小，活塞杆（2）相对液压缸（1）的伸长量伸长，承载腔（9）中的液压油压力降低，弹簧（29）的压缩量减少，辅助活塞杆（2）的杆部伸出液压缸（1），与此同时承载腔（9）和非承载腔（10）之间进行液压油强制交换，非承载腔（10）中的液压油被液压泵（8）吸至承载腔（9），使活塞杆（2）相对液压缸（1）的伸长量快速伸长，车体（35）和大腿（36）之间的夹角大小以及大腿（36）和小腿（37）之间的夹角大小均变大。

9.根据权利要求8所述的一种轮腿机器人的驱动方法，其特征在于：还包括主动步态步骤；所述主动步态步骤具体为：当轮腿机器人行驶时遇到障碍物时，承载腔（9）和非承载腔（10）之间进行液压油强制交换；当轮腿机器人在抬腿过程中，承载腔（9）中的液压油被液压泵（8）吸至非承载腔（10），使活塞杆（2）相对液压缸（1）的伸长量快速缩短，车体（35）和大腿（36）之间的夹角大小以及大腿（36）和小腿（37）之间的夹角大小均变小；当轮腿机器人在落腿过程中，非承载腔（10）中的液压油被液压泵（8）吸至承载腔（9），使活塞杆（2）相对液压缸（1）的伸长量快速伸长，车体（35）和大腿（36）之间的夹角大小以及大腿（36）和小腿（37）之间的夹角大小均变大。

10.根据权利要求8所述的一种轮腿机器人的驱动方法，其特征在于：还包括姿态调整步骤；所述姿态调整步骤具体为：当轮腿机器人需要调整车体（35）高度时，承载腔（9）和非承载腔（10）之间进行液压油强制交换；当轮腿机器人需要增加车体（35）高度时，非承载腔（10）中的液压油被液压泵（8）吸至承载腔（9），活塞杆（2）相对液压缸（1）的伸长量伸长，车体（35）和大腿（36）之间的夹角大小以及大腿（36）和小腿（37）之间的夹角大小均变大；当轮腿机器人需要降低车体（35）高度时，承载腔（9）中的液压油被液压泵（8）吸至非承载腔（10），活塞杆（2）相对液压缸（1）的伸长量缩短，车体（35）和大腿（36）之间的夹角大小以及大腿（36）和小腿（37）之间的夹角大小均变小；弹簧（29）始终承受活塞杆（2）的压力。

11.根据权利要求8所述的一种轮腿机器人的驱动方法，其特征在于：还包括失电步骤；所述失电步骤具体为：当轮腿机器人失电时，承载腔（9）和非承载腔（10）之间进行液压油自由交换；承载腔（9）中的高压的液压油流向非承载腔（10），使车体（35）缓慢下降；与此同时，弹簧（29）进行减振。