CN114211526B - 基于液压驱动系统的机器人减震系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了基于液压驱动系统的机器人减震系统,包括液压驱动模块、液压减震模块、机械减震模块、受力传感模块、位移传感模块以及控制模块;所述受力传感模块用于监测机械减震模块的受力大小以及受力变化时间,并将实时数据传递至控制模块,所述位移传感模块用于监测机械减震模块的位移数据,并将实时数据传递至控制模块;所述液压驱动模块为机器人行动提供动力的同时,为液压减震模块提供液压油;所述液压减震模块包括复原腔、压缩腔以及连通复原腔与压缩腔的节流管,所述控制模块通过对受力传感模块与位移传感模块传递的数据进行分析,实时调节复原腔的压强以及节流管的流通量。

Description

基于液压驱动系统的机器人减震系统
技术领域
本发明涉及机器人减震技术领域,尤其涉及基于液压驱动系统的机器人减震系统。
背景技术
随着科技进步,社会生产力迅猛发展,机器人行业得到了蓬勃发展,其中液压四足机器人发展迅速,并得到了广泛应用。四足机器人是一种仿生机器人,在跨越地形障碍方面具有很大优势,可以在各种崎岖不平的复杂路面上行进。近年来,四足式机器人以其灵活机动的特性在野外勘测、信息传递和运输物资等方面都发挥了重要的作用。
四足机器人虽发展速度迅猛、应用范围广泛,具有非常广阔的发展前景,但当下也面临着诸多问题和挑战,现有技术中的仿生机器人在稳定性和灵活性上依然存在着缺陷,减震性能好的话容易在路不平的情况下倾倒,而支撑性能好的情况下,减震较差,容易损坏机器人;因此需要在机器人的减震性能与支撑性能找到平衡点,才能使机器人适应多种地形。
足式机器人有多种驱动方式,包括电机、气动以及液压等。电机和气动驱动由于其功率体积比小,在大负载、高动态机器人领域受到限制。液压驱动的足式机器人是实现大负载、高动态行走的有效解决方案。但是,传统液压驱动是典型的刚性驱动,其位置控制刚度大,在进行环境接触时将产生较大冲击力,带来机器人上平台的不稳定。因此,为实现液压足式机器人的大负载高动态行走,首先要解决其足端与环境之间的接触力问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供了基于液压驱动系统的机器人减震系统。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的:
基于液压驱动系统的机器人减震系统,包括液压驱动模块、液压减震模块、机械减震模块、受力传感模块、位移传感模块以及控制模块;
所述受力传感模块用于监测机械减震模块的受力大小以及受力变化时间,并将实时数据传递至控制模块,所述位移传感模块用于监测机械减震模块的位移数据,并将实时数据传递至控制模块;
所述液压驱动模块为机器人行动提供动力的同时,为液压减震模块提供液压油;
所述液压减震模块包括复原腔、压缩腔以及连通复原腔与压缩腔的节流管,所述控制模块通过对受力传感模块与位移传感模块传递的数据进行分析,实时调节复原腔的压强以及节流管的流通量。
作为上述技术方案的改进,在提高减震效果的状态下,机械减震模块的受力变大、受力变化时间越短,提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量,受力变化时间越长,则降低复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;
在机械减震模块的受力变小时、受力变化时间越短,降低复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量,受力变化时间越长,则提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;
在提高支撑效果的状态下,机械减震模块的受力变大、受力变化时间越短,提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量,受力变化时间越长,则提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;
在机械减震模块的受力变小时、受力变化时间越短,提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量,受力变化时间越长,则提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;
通过控制模块控制节流管的流通量,使其与位移传感模块监测的位移数据大小成正比。
基于液压驱动系统的机器人减震系统的工作方法,包括以下步骤:
步骤一、选择提高减震效果或提高支撑效果,若选择提高减震效果进行步骤二,否则进行步骤五;
步骤二、受力传感模块检测到机械减震模块受力变化,受力变大则进行步骤三,受力变小则进行步骤四;
步骤三、通过受力传感模块检测受力变化时间,若小于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量;若大于设定值,控制模块降低复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;
步骤四、通过受力传感模块检测受力变化时间,若小于设定值,控制模块降低复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量;若大于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;
步骤五、受力传感模块检测到机械减震模块受力变化,受力变大则进行步骤六,受力变小则进行步骤七;
步骤六、通过受力传感模块检测受力变化时间,若小于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;若大于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量;
步骤七、通过受力传感模块检测受力变化时间,若小于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量;若大于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量。
带有减震系统的机器人,包括躯干机构、髋部机构以及行走机构,所述髋部机构设置在躯干机构和行走机构之间,所述行走机构包括大腿单元、小腿单元以及足部单元;所述大腿单元一端与髋部机构转动连接,另一端与小腿单元转动连接,所述小腿单元另一端与足部单元转动连接;所述液压驱动模块驱动行走机构,所述控制模块设置在躯干机构上,所述液压减震模块、机械减震模块、受力传感模块以及位移传感模块各设置有若干个,分别对应设置在大腿单元与髋部机构之间、大腿单元与小腿单元之间以及小腿单元与足部单元之间且并联设置。
作为上述技术方案的改进,所述足部单元包括连接部以及行走部,所述连接部与行走部之间设置有液压减震模块、机械减震模块、受力传感模块以及位移传感模块。
作为上述技术方案的改进,所述行走部远离连接部一侧设置有半球状的橡胶垫,且橡胶垫表面设置有花纹。
本发明的有益效果:通过将液压驱动模块与液压减震模块连通,并通过控制模块对液压油的供给量以及供给速度进行调节,为液压减震模块提供合适的弹性、减震效果;通过受力传感模块、位移传感模块对机械减震模块进行监测,将受力大小、受力变化时间以及位移数据传递至控制模块,从而使控制模块能够实时对液压减震模块的减震效果进行调节;使得机器人能够适应不同环境,并能够实时进行减震调节,保证通过性能以及减震性能。
附图说明
图1为本发明实施例3所述带有减震系统的机器人的结构示意图;
图2为图1中A区域的局部放大示意图;
躯干机构1,髋部机构2,行走机构3,大腿单元31,小腿单元32,足部单元33,连接部331,行走部332,橡胶垫333。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
实施例1
本实施例所述基于液压驱动系统的机器人减震系统,包括液压驱动模块、液压减震模块、机械减震模块、受力传感模块、位移传感模块以及控制模块;
所述受力传感模块用于监测机械减震模块的受力大小以及受力变化时间,并将实时数据传递至控制模块,所述位移传感模块用于监测机械减震模块的位移数据,并将实时数据传递至控制模块;
所述液压驱动模块为机器人行动提供动力的同时,为液压减震模块提供液压油;
所述液压减震模块包括复原腔、压缩腔以及连通复原腔与压缩腔的节流管,所述控制模块通过对受力传感模块与位移传感模块传递的数据进行分析,实时调节复原腔的压强以及节流管的流通量。
通过将液压驱动模块与液压减震模块连通,并通过控制模块对液压油的供给量以及供给速度进行调节,为液压减震模块提供合适的弹性、减震效果;通过受力传感模块、位移传感模块对机械减震模块进行监测,将受力大小、受力变化时间以及位移数据传递至控制模块,从而使控制模块能够实时对液压减震模块的减震效果进行调节;使得机器人能够适应不同环境,并能够实时进行减震调节,保证通过性能以及减震性能。
在提高减震效果的状态下,机械减震模块的受力变大、受力变化时间越短,提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量,受力变化时间越长,则降低复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量。
在减震要求较高的情况下,受力变大但是变化时间较短时,需要液压减震系统能够快速的反应,并通过提高节流管的流通量来提高减震性能;受力变大但是变化时间较长时,通过降低复原腔与压缩腔的压强差以及节流管的流通量,来获得较好的减震效果以及支撑效果。
在机械减震模块的受力变小时、受力变化时间越短,降低复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量;降低复原腔与压缩腔的压强差来提高减震效果,提高节流管的流通量来提高液压减震模块的反应速度来获得较好的减震效果。
受力变化时间越长,则提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量。提高复原腔与压缩腔的压强差来提高较好的支撑性能以及较长的减震行程,降低节流管的流通量来延长液压减震模块的反应时间来获得较好的支撑性能。
在提高支撑效果的状态下,机械减震模块的受力变大、受力变化时间越短,提高复原腔与压缩腔的压强差来获得较好的支撑效果,提高节流管的流通量来保证液压减震模块的反应速度,保证减震性能。
受力变化时间越长,则提高复原腔与压缩腔的压强差,用于获得较好的支撑效果,降低节流管的流通量,来延长液压减震模块的反应时间来获得较好的支撑性能。
在机械减震模块的受力变小时、受力变化时间越短,提高复原腔与压缩腔的压强差来提高支撑性能,提高节流管的流通量来提高液压减震模块的反应速度,获得较好的减震性能。
受力变化时间越长,则提高复原腔与压缩腔的压强差,来提高支撑性能;降低节流管的流通量,延长液压减震模块的反应时间来获得较好的支撑性能。
通过控制模块控制节流管的流通量,使其与位移传感模块监测的位移数据大小成正比。
在位移较长时,需要提高节流管的流通量来提高液压油的通过速度,以保证支撑性能与减震性能。
实施例2
基于液压驱动系统的机器人减震系统的工作方法,包括以下步骤:
步骤一、选择提高减震效果或提高支撑效果,若选择提高减震效果进行步骤二,否则进行步骤五;
步骤二、受力传感模块检测到机械减震模块受力变化,受力变大则进行步骤三,受力变小则进行步骤四;
步骤三、通过受力传感模块检测受力变化时间,若小于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量;若大于设定值,控制模块降低复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;
步骤四、通过受力传感模块检测受力变化时间,若小于设定值,控制模块降低复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量;若大于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;
步骤五、受力传感模块检测到机械减震模块受力变化,受力变大则进行步骤六,受力变小则进行步骤七;
步骤六、通过受力传感模块检测受力变化时间,若小于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;若大于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量;
步骤七、通过受力传感模块检测受力变化时间,若小于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量;若大于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量。
实施例3
如图1所示,带有减震系统的机器人,包括躯干机构1、髋部机构2以及行走机构3,所述髋部机构2设置在躯干机构1和行走机构3之间,所述行走机构3包括大腿单元31、小腿单元32以及足部单元33;所述大腿单元31一端与髋部机构2转动连接,另一端与小腿单元32转动连接,所述小腿单元32另一端与足部单元33转动连接;所述液压驱动模块驱动行走机构3,所述控制模块设置在躯干机构1上,所述液压减震模块、机械减震模块、受力传感模块以及位移传感模块各设置有若干个,分别对应设置在大腿单元31与髋部机构2之间、大腿单元31与小腿单元32之间以及小腿单元32与足部单元33之间且并联设置。
使得控制模块分别对大腿单元31与髋部机构2、大腿单元31与小腿单元32以及小腿单元32与足部单元33单独进行减震调节,从而提高机器人的适应性能,并且在部分模块出现问题时不影响机器人的整体减震性能。
如图2所示,所述足部单元33包括连接部331以及行走部332,所述连接部331与行走部332之间设置有液压减震模块、机械减震模块、受力传感模块以及位移传感模块。
如图2所示,所述行走部332远离连接部331一侧设置有半球状的橡胶垫333,且橡胶垫333表面设置有花纹。
需要说明的是,在本文中,如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.基于液压驱动系统的机器人减震系统,其特征在于:包括液压驱动模块、液压减震模块、机械减震模块、受力传感模块、位移传感模块以及控制模块;
所述受力传感模块用于监测机械减震模块的受力大小以及受力变化时间,并将实时数据传递至控制模块,所述位移传感模块用于监测机械减震模块的位移数据,并将实时数据传递至控制模块;
所述液压驱动模块为机器人行动提供动力的同时,为液压减震模块提供液压油;
所述液压减震模块包括复原腔、压缩腔以及连通复原腔与压缩腔的节流管,所述控制模块通过对受力传感模块与位移传感模块传递的数据进行分析,实时调节复原腔的压强以及节流管的流通量;
在提高减震效果的状态下,机械减震模块的受力变大、受力变化时间越短,提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量,受力变化时间越长,则降低复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;
在机械减震模块的受力变小时、受力变化时间越短,降低复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量,受力变化时间越长,则提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;
在提高支撑效果的状态下,机械减震模块的受力变大、受力变化时间越短,提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量,受力变化时间越长,则提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;
在机械减震模块的受力变小时、受力变化时间越短,提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量,受力变化时间越长,则提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;
所述的基于液压驱动系统的机器人减震系统的工作方法包括以下步骤:
步骤一、选择提高减震效果或提高支撑效果,若选择提高减震效果进行步骤二,否则进行步骤五;
步骤二、受力传感模块检测到机械减震模块受力变化,受力变大则进行步骤三,受力变小则进行步骤四;
步骤三、通过受力传感模块检测受力变化时间,若小于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量;若大于设定值,控制模块降低复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;
步骤四、通过受力传感模块检测受力变化时间,若小于设定值,控制模块降低复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量;若大于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;
步骤五、受力传感模块检测到机械减震模块受力变化,受力变大则进行步骤六,受力变小则进行步骤七;
步骤六、通过受力传感模块检测受力变化时间,若小于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量;若大于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量;
步骤七、通过受力传感模块检测受力变化时间,若小于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,提高节流管的流通量;若大于设定值,控制模块提高复原腔与压缩腔的压强差,降低节流管的流通量。
2.带有减震系统的机器人,其特征在于,包括躯干机构(1)、髋部机构(2)、行走机构(3)及权利要求1所述的机器人减震系统,所述髋部机构(2)设置在躯干机构(1)和行走机构(3)之间,所述行走机构(3)包括大腿单元(31)、小腿单元(32)以及足部单元(33);所述大腿单元(31)一端与髋部机构(2)转动连接,另一端与小腿单元(32)转动连接,所述小腿单元(32)另一端与足部单元(33)转动连接;所述液压驱动模块驱动行走机构(3),所述控制模块设置在躯干机构(1)上,所述液压减震模块、机械减震模块、受力传感模块以及位移传感模块各设置有若干个,分别对应设置在大腿单元(31)与髋部机构(2)之间、大腿单元(31)与小腿单元(32)之间以及小腿单元(32)与足部单元(33)之间且并联设置。
3.根据权利要求2所述的带有减震系统的机器人,其特征在于,所述足部单元(33)包括连接部(331)以及行走部(332),所述连接部(331)与行走部(332)之间设置有液压减震模块、机械减震模块、受力传感模块以及位移传感模块。
4.根据权利要求3所述的带有减震系统的机器人,其特征在于,所述行走部(332)远离连接部(331)一侧设置有半球状的橡胶垫(333),且橡胶垫(333)表面设置有花纹。
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