CN219388278U - 一种泵阀一体装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及液压控制技术领域，具体为泵阀一体装置，包括阀体、双向泵、用于驱动双向泵旋转的电机以及位于阀体内的主油路一、主油路二、蓄能器、单向平衡阀一、单向平衡阀二，在阀体上设有用于安装双向泵的安装端面、进出油口A、进出油口B、泄油孔、用作充油口的充油孔、用于与对称执行单元的油口一和油口二连通的油孔一和油孔二，本方案中的液压系统回路原理上大大的简化；并通过集成设计，形成一个结构紧凑、体积更小的泵阀一体单元；较常规的液压系统，解决了体积外形过大，不便于负重和应用的问题。

Description

一种泵阀一体装置

技术领域

本实用新型涉及液压控制技术领域，具体为一种泵阀一体装置。

背景技术

移动机器人作为一种发展较为成熟的机器人，不仅可以降低人类的工作强度，且可以代替人类完成危险的工作，其中轮式和履带式巡检机器人已经得到广泛应用，但它们只能在相对平坦的地面环境移动，而石油、化工、电力等行业巡检场景中存在崎岖不平的路面、楼梯、障碍等，限制了轮式和履带巡检机器人的移动，相较于轮式、履带式等其他移动方法，多足机器人在行走过程中仅需离散的落足点，且能像多足步行动物一样行走于具有障碍物的崎岖路面上，具有较强的复杂路面适应性。因此多足步行机器人能得到较快地发展与较为广泛地应用。

多足机器人的结构，通常包括躯干及多个液压机械腿，如专利号为CN202222609650.9的一种四足机器人液压泵缸控驱动系统，其公开了四足机器人的侧摆单元、髋单元、膝单元、伺服电机、液压泵、液压缸蓄能器，蓄能器通过管道与液压泵、液压缸连接。该系统中的液压缸采用了有杆腔油口和无杆腔油口的非对称液压缸，在工况下液压缸内的容积不同，进油和回油时流量不同，需要由双液控单向阀及大蓄能器组成的补油回路，这增加了液压系统回路设计的难度，增加液压系统体积。

另外，经过研究分析：机器人腿部关节主要分为髋侧摆关节，髋旋转关节以及膝旋转关节。地面环境可分为平地、斜坡、楼梯等三种环境，无论在哪一种环境下，足式机器人都存在四足触地调整姿态的工况，对于机器人躯干来讲是质心姿态在空间六个自由度方向上的调整，而对于髋侧摆、髋旋转以及膝旋转等三种不同的关节，由于所处的关节位置的不同，在四足触地调整姿态时其各自对应的负载工况也不同，其中髋侧摆和髋俯仰由于均在躯干上，所对应的工况类似，而膝关节液压缸其安装于腿上，工况与其他两种液压缸不同。如图10所示的四足机器人关节应用工况下以负载力F及液压缸活塞杆速度v组成的平面坐标系中，髋侧摆关节和髋俯仰关节的负载力、速度会在四个象限中变化，工况较为复杂，而膝旋转关节液压缸的负载工况集中在一、二、三、四象限，基于以上分析可知，在四足机器人不同姿态调整的工况需求下，其液压系统回路原理复杂程度高，这也导致了上述专利的液压系统体积大，整体产品体积过于庞大，不便于负重和应用。

为此，如何提供一种液压系统组成简单、体积小的泵阀一体单元成为有待解决的问题。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的液压系统复杂、体积大、不便负重和应用的问题，提出以下技术方案：

本实用新型提供了一种泵阀一体装置，包括阀体、双向泵、用于驱动双向泵旋转的电机以及位于阀体内的主油路一、主油路二、单向平衡阀一、单向平衡阀二，电机与阀块连接；在阀体上设有用于安装双向泵的安装端面、进出油口A、进出油口B、用作充油口的充油孔；单向平衡阀一和单向平衡阀二的第一阀口分别用于与对称执行单元的油口一和油口二连通；单向平衡阀一和单向平衡阀二的第二阀口分别与主油路一和主油路二的进油口连通；单向平衡阀一的控制阀口与单向平衡阀二的第二阀口前段的主油路二连通；单向平衡阀二的控制阀口与单向平衡阀一的第二阀口前段的主油路一连通；双向泵的两个吸压油口分别通过进出油口A、进出油口B与主油路一、主油路二连通，充油孔通过单向阀与双向泵连通。

较优的，阀体内还设有蓄能器，阀体上设有用作双向泵泄漏油口的泄油孔，单向平衡阀一的第一阀口通过溢流阀与单向平衡阀二的第一阀口双向连通；蓄能器通过单向阀分别与单向平衡阀一和单向平衡阀二的第二阀口连通；泄油孔与蓄能器连通；充油孔通过单向阀与蓄能器连通。

较优的，双向泵为齿轮泵，齿轮泵包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮对应安装在安装端面处；电机的传动轴与齿轮泵的主动齿轮传动连接；主动齿轮和从动齿轮的外侧设有齿轮端盖和轴套；轴套之间、泄油孔之间分别相连通，齿轮端盖内腔、轴套内腔、泄油孔内腔均与蓄能器连通。

较优的，在阀体上分别设有用于安装单向平衡阀一和单向平衡阀二的阀孔一和阀孔二，阀孔一设有与单向平衡阀一的第一阀口、第二阀口、控制阀口对应构成的油腔一、油腔二和油腔三，阀孔二设有与单向平衡阀二的第一阀口、第二阀口、控制阀口对应构成油腔一、油腔二和油腔三；油腔一均设有A1口、A2口和A3口；油腔二均设有B1口和B2口；油腔三上设有C口；阀孔一和阀孔二上的的A1口分别用于与对称执行单元的油口一和油口二连通。

阀孔一和阀孔二的B1口分别与主油路一和主油路二的进油口连通；

阀孔一的A2口通过溢流阀与阀孔二的A2口连通；

阀孔二的A3口通过溢流阀与阀孔一的A3口连通；

阀孔一的B1口与阀孔二的C口连通；阀孔二的B1口与阀孔一的C口连通；蓄能器分别通过单向阀与阀孔一和阀孔二B2口连通。

较优的，阀孔一和阀孔二的套孔位于阀体的侧面，单向平衡阀一和单向平衡阀二与阀孔一和阀孔二为拔插式连接。

较优的，蓄能器为弹簧式蓄能器、活塞式蓄能器或耐油弹性体式蓄能器。

较优的，还包括分别与单向平衡阀一和单向平衡阀二的第一阀口连接的压力传感器。

较优的，还包括分别与主油路一和主油路二连接的温度传感器。

本实用新型的工作原理在于：本装置内部采用了EHA闭式液压系统，可用于驱动对称执行单元，不需要由双液控单向阀及大蓄能器组成的补油回路，简化了回路原理。当双向泵顺时针旋转时，从双向泵出来的油液经过单向平衡阀一的第二阀口、第一阀口进入对称执行单元的上腔，如果对称执行单元带载，则此时此路为高压油。在对称执行单元下腔回油路上，需要单向平衡阀一的第二阀口前段油路高压的液压油压力控制打开单向平衡阀二的控制阀口时，油液才能由单向平衡阀二的第一阀口、第二阀口流回双向泵，一旦对称执行单元上腔的压力低于单向平衡阀二控制阀口的开启压力，则单向平衡阀二的控制阀口就不会被打开此时对称执行单元保持位置。

当双向泵逆时针旋转时，从双向泵出来的油液经过单向平衡阀二的第二阀口、第一阀口进入对称执行单元的下腔，如果对称执行单元带载，则此时此路为高压油。在对称执行单元上腔回油路上，就需要单向平衡阀二的第二阀口前段油路的高压的液压油压力控制打开单向平衡阀一的控制阀口时，油液才能由单向平衡阀一的第一阀口、第二阀口流回双向泵，一旦对称执行单元下腔的压力低于单向平衡阀一控制阀口的开启压力，则单向平衡阀一的控制阀口就不会被打开此时对称执行单元保持位置，同时单向平衡阀二也处于单向流动状态或处于关闭状态，此时系统电机可以停转，对称执行单元可以在任何行程范围内保持位置。

单向平衡阀一与单向平衡阀二之间双向连接的溢流阀起到保护作用，用于限制系统压力不超过一定的值；用于防止系统超压，一侧超压后将打开该侧的溢流阀将油液流至低压侧。

蓄能器一方面用于储存闭式液压回路所需的油液以及系统由于液压油外漏而需要补入的油，另一方面用于维持双向泵的吸油压力，向低压吸油侧进行补油。从充油口通过单向阀向系统冲油，蓄能器通过单向阀向双向泵的低压侧补油。

本方案中的泵阀一体装置通过集成化设计使得整体尺寸小，将双向泵和闭式液压系统的管道集成到一个阀块中，通过联轴器与电机相连接，电机也采用的是无框电机，采用单独设计的散热罩进行封装，使其体积尽可能小。区别于常规的液压系统中泵和电机基本上是单独的标准件，外形尺寸比较大的情况，本方案中的泵阀一体装置的结构形式新颖，紧凑，独特。

本实用新型的有益效果为：1、本方案通过集成设计，形成一个结构紧凑、体积更小的泵阀一体单元；较常规的液压系统，解决了体积外形过大，不便于负重和应用的问题；2、本方案中采用了基于对称执行单元的闭式液压系统，相比非对称液压缸，不需要由双液控单向阀及大蓄能器组成的补油回路，因此回路原理上大大的简化；有助于降低闭式液压系统的体积，以适用于液压驱动的各种小型化机器上；3、本方案在应用到四足机器人时，对四足机器人的髋关节俯仰、髋关节侧摆、膝关节旋转的液压原理进行了统一，同时考虑到了极端情况下有外力拉动膝关节以及所有关节双向负负载的情况，为后续零部件的通用和维护提供了方便；4、能够满足四足机器人关节液压系统不同的工况需求，系统组成简单，有助于减少系统所需的体积和重量，同时增强了系统的可靠性，还实现了停机状态下任意稳定姿态的站立。

附图说明

图1为本实用新型中髋关节侧摆和俯仰的EHA闭式液压系统图；

图2为本实用新型中膝关节的EHA闭式液压系统图；

图3为本实用新型中泵阀一体装置的整体结构示意图；

图4为本实用新型中泵阀一体装置的整体结构另一角度的示意图；

图5为本实用新型中泵阀一体装置的内部结构示意图；

图6为本实用新型中泵阀一体装置的内部结构另一视角的示意图；

图7为本实用新型中阀体的内部结构示意图；

图8为本实用新型中阀体的另一角度的内部结构示意图；

图9为本实用新型中单向平衡阀的结构示意图；

图10为负载力及液压缸活塞杆速度方向上的FV图；

图11为膝旋转关节的负载工况；

图12为髋关节侧摆和俯仰液压缸负载工况示意图一；

图13为髋关节侧摆和俯仰液压缸负载工况示意图二；

图14为本泵阀一体装置的使用状态图；

图中：1、双向泵；2、电机；3、主油路一；4、主油路二；5、蓄能器；6、对称执行单元；7、单向平衡阀一；8、单向平衡阀二；9、充油口；10、第一阀口；11、溢流阀一；12、溢流阀二；13、第二阀口；14、控制阀口；15、C口；16、单向阀；17、压力传感器；18、温度传感器；19、阀体；20、连接罩；21、安装端面；22、进出油口A；23、进出油口B；24、泄油孔；25、油孔一；26、油孔二；27、齿轮端盖；28、轴套；29、阀孔一；30、阀孔二；31、油腔一；32、油腔二；33、油腔三；34、A1口；35、A2口；36、A3口；37、A4口；38、B1口；39、B2口；40、躯干；41、髋关节俯仰液压缸；42、膝旋转关节液压缸；43、髋关节侧摆液压缸；44、驱动器；45、散热罩。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型泵阀一体装置作进一步说明。

如图1、图2所示，本装置内的EHA闭式液压系统，包括双向泵1、用于驱动双向泵1旋转的电机2、主油路一3、主油路二4、蓄能器5和对称执行单元6；双向泵1的两个吸压油口分别与主油路一3和主油路二4连通；双向泵1与蓄能器5连通；

还包括单向平衡阀一7、单向平衡阀二8以及与双向泵1和蓄能器5单向连通的充油口9；单向平衡阀一7和单向平衡阀二8的第一阀口10分别与对称执行单元6的油口一和油口二连通；单向平衡阀一7和单向平衡阀二8的第二阀口13分别与主油路一3和主油路二4的进油口连通；

单向平衡阀一7的控制阀口14与单向平衡阀二8的第二阀口13前段的主油路二4连通；单向平衡阀二8的控制阀口14与单向平衡阀一7的第二阀口13前段的主油路一3连通；

单向平衡阀一7的第一阀口10通过溢流阀与单向平衡阀二8的第一阀口10双向连通；

蓄能器5通过单向阀16分别与单向平衡阀一7和单向平衡阀二8的第二阀口13连通。

当双向泵1顺时针旋转时，从双向泵1出来的油液经过单向平衡阀一7的第二阀口13、第一阀口10进入对称执行单元6的上腔，如果对称执行单元6带载，则此时此路为高压油。在对称执行单元6下腔回油路上，需要单向平衡阀一7的第二阀口13前段油路高压的液压油压力控制打开单向平衡阀二8的控制阀口14时，油液才能由单向平衡阀二8的第一阀口10、第二阀口13流回双向泵1，一旦对称执行单元6上腔的压力低于单向平衡阀二8的控制阀口14的开启压力，则单向平衡阀二8的控制阀口14就不会被打开此时对称执行单元6保持位置。

当双向泵1逆时针旋转时，从双向泵1出来的油液经过单向平衡阀二8的第二阀口13、第一阀口10进入对称执行单元6的下腔，如果对称执行单元6带载，则此时此路为高压油。在对称执行单元6上腔回油路上，就需要单向平衡阀二8的第二阀口13前段油路的高压的液压油压力控制打开单向平衡阀一7的控制阀口14时，油液才能由单向平衡阀一7的第一阀口10、第二阀口13流回双向泵1，一旦对称执行单元下腔压力低于单向平衡阀一7的控制阀口的开启压力，则单向平衡阀一7的控制阀口14就不会被打开此时对称执行单元6保持位置，同时单向平衡阀二8也处于单向流动状态或处于关闭状态，此时系统电机2可以停转，对称执行单元6可以在任何行程范围内保持位置。单向平衡阀一7与单向平衡阀二8之间双向连接的溢流阀起到保护作用，用于限制系统压力不超过一定的值；用于防止系统超压，一侧超压后将打开该侧的溢流阀将油液流至低压侧。

蓄能器5一方面用于储存闭式液压回路所需的油液以及系统由于液压油外漏而需要补入的油，另一方面用于维持双向泵1的吸油压力，向低压吸油侧进行补油。充油口9通过单向阀16向系统充油，蓄能器5通过单向阀16向双向泵1的低压侧补油。

本方案中采用了基于对称液压缸的电静液回路，相比非对称液压缸，非对称液压缸的上腔和下腔容积不同，流量不同，将会增加系统的复杂程度。本系统不需要由双液控单向阀及大蓄能器组成的补油回路，因此回路原理上大大的简化；本系统在应用于四足机器人的腿部关节上时，在回路上的平衡阀有两个目的：第一是可将机器人关节锁死在其关节角度范围内的任意角度，无论是否停机的情况下，此功能意味着在停机情况下，机器人可在任意的稳定姿态下保持长久的站立；第二是可以适应第四象限所对应的下蹲负负载工况，使机器人平稳的实现下蹲。不仅实现了工况需求，而且系统组成简单，极大的减小了液压系统所需的体积及重量，同时增强了系统的可靠性，此外还实现了停机状态下任意稳定姿态的站立。

在本实施例中，对称执行单元6具体为双活塞杆液压缸；此系统的双向泵1采用定量齿轮泵，当系统在需要变流量的工况，具体可通过改变电机2的转速和旋转方向来实现流量变化和油液流动方向的改变，电机2上装有编码器，编码器用于检测电机2的运动信息，控制器通过与电机2后端的控制接口44连接，进而获取编码器采集到的运动信息进行电机的运动控制和转向，来实现闭环控制电机2转速，实现精准的转速和转动方向控制。溢流阀包括溢流阀一11和溢流阀二12。

还包括分别与单向平衡阀一7和单向平衡阀二8的第一阀口10连接的压力传感器17。两个压力传感器17分别用于测量系统中主油路一3和主油路二4的油液压力，便于液压系统和执行机构形成动态控制。

还包括分别与主油路一和主油路二连接的温度传感器18。

温度传感器18用于测量系统的泄漏油和补油温度，油温用于系统温度报警信号的设置。

如图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，一种泵阀一体装置，包括阀体19、双向泵1、用于驱动双向泵1旋转的电机2以及位于阀体19内的主油路一3、主油路二4、蓄能器5、单向平衡阀一7、单向平衡阀二8，电机2与阀块连接；在阀体19上设有用于安装双向泵1的安装端面21、进出油口A22、进出油口B23、用作双向泵泄漏油口的泄油孔24、用作充油口9的充油孔、用于与对称执行单元6的油口一和油口二连通的油孔一25和油孔二26；

单向平衡阀一7和单向平衡阀二8的第一阀口10分别与油孔一25和油孔二26连通；单向平衡阀一7和单向平衡阀二8的第二阀口13分别与主油路一3和主油路二4的进油口连通；单向平衡阀一7的控制阀口14与单向平衡阀二8的第二阀口13前段的主油路二4连通；单向平衡阀二8的控制阀口14与单向平衡阀一7的第二阀口13前段的主油路一3连通；单向平衡阀一7的第一阀口10通过溢流阀与单向平衡阀二8的第一阀口10双向连通；蓄能器5通过单向阀16分别与单向平衡阀一7和单向平衡阀二8的第二阀口13连通；双向泵1的两个吸压油口分别通过进出油口A22、进出油口B23与主油路一3、主油路二4连通，双向泵1通过泄油孔24与蓄能器5连通；充油孔通过单向阀16与蓄能器5和双向泵1连通；电机2上设有编码器。

在本实施例中，双向泵1为齿轮泵，齿轮泵包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮对应安装在安装端面21处；电机2的传动轴与齿轮泵的主动齿轮传动连接；主动齿轮和从动齿轮的外侧设有齿轮端盖27和轴套28；轴套28的两端分别相连通，齿轮端盖27内腔、轴套28内腔与泄油孔24内腔均与蓄能器5连通；当系统在需要变流量的工况，具体可通过改变电机2的转速和旋转方向来实现流量变化和油液流动方向的改变，编码器芯片用于检测电机的运动信息，控制器获取编码器采集到的运动信息进行电机的运动控制和换向，来实现闭环控制电机2转速，实现精准的转速和转动方向控制。

蓄能器5一方面用于储存闭式液压回路所需的油液、储存来自双向泵1的内漏油以及系统由于液压油外漏而需要补入的油，另一方面用于维持双向泵1的吸油压力，向双向泵低压吸油侧的油路进行补油。充油口9通过单向阀16向系统冲油，蓄能器5通过单向阀16向齿轮泵的低压侧的油路补油。

齿轮泵主动齿轮、从动齿轮的轴两侧分别安装在泄油孔24、轴套28内，泄油孔24为阀体上的孔道。齿轮泵的内泄漏主要有三个途径，端面泄露、径向泄露和啮合线泄露，齿轮泵在吸压油过程中的泄露油流入蓄能器5。齿轮泵在吸压油过程中的泄漏油通过泄油孔流入蓄能器，由于吸压油过程中，泵内相较于蓄能器为高压，因此蓄能器内储存的油此时不会流入泵中。在其它实施例中，双向泵1也可以为径向柱塞泵、内啮合摆线齿轮泵、内啮合渐开线齿轮泵等。

较优的，在阀体19上分别设有用于安装单向平衡阀一7和单向平衡阀二8的阀孔一29和阀孔二30，阀孔一29设有与单向平衡阀一7的第一阀口10、第二阀口13、控制阀口14对应构成的油腔一31、油腔二32和油腔三33，阀孔二30设有与单向平衡阀二8的第一阀口10、第二阀口13、控制阀口14对应构成油腔一31、油腔二32和油腔三33；油腔一31均设有A1口34、A2口35和A3口36；油腔二32均设有B1口38和B2口39；油腔三33上设有C口15；阀孔一29和阀孔二30上的A1口34分别与油孔一25和油孔二26连通；

阀孔一29和阀孔二30的B1口38分别与主油路一和主油路二的进油口连通；

阀孔一29的A2口35通过溢流阀与阀孔二30的A2口35连通；

阀孔二30的A3口36通过溢流阀与阀孔一29的A3口36连通；

阀孔一29的B1口38与阀孔二30的C口15连通；阀孔二30的B1口38与阀孔一29的C口15连通；蓄能器5分别通过单向阀16与阀孔一29和阀孔二30的B2口39连通。

在本实施例中，油腔一31上的A1口34、A2口35和A3口36；油腔二32上的B1口38和B2口39；油腔三33上的C口15均通过在阀体内加工出来的孔道与其他对应的元件连接，减少了硬管、软管的使用，使得到达执行机构的油路减少，提高整机的美观，提高了液压系统的响应速度。避免使用软管存在的容易疲劳破裂、使用寿命短的问题。在本实施例中，油腔一31上还设有A4口37，两个压力传感器17分别与阀孔一29和阀孔二30的A4口37连通。

较优的，如图5、图8、图9阀孔一29和阀孔二30的套孔位于阀体19的侧面，单向平衡阀一7和单向平衡阀二8与阀孔一29和阀孔二30为拔插式连接。

平衡阀采用拔插式设计具有流道紧凑，体积小的特点，有助于进一步减少泵阀一体装置的体积，整体结构更加紧凑。

较优的，蓄能器5为弹簧式蓄能器、活塞式蓄能器或耐油弹性体式蓄能器。

耐油弹性体式蓄能器可以为气囊式或隔膜式蓄能器。在本实施例中采用的为弹簧式蓄能器，该蓄能器是利用弹簧的压缩和伸长来储存和释放液压能的，弹簧和压力油之间由活塞隔开，弹簧的力通过活塞作用在液压油上。

如图14所示，本装置中将所有零部件将集成在一个阀块中，其中齿轮泵没有单独的壳体，两个齿轮在阀块安装端面21上。电机的传动轴也一起设计加工，作为齿轮泵的传动轴，传动轴通过联轴器与齿轮泵的主动齿轮相连。

常规的液压系统思路设计则需要使用标准电机，联轴器，钟形罩以及齿轮泵，体积将会增大很多。本方案中的泵阀一体装置较常规的液压系统，解决了闭式系统体积外形过大的问题，应用于行走机器人时，能够避免液压系统过大而造成整个产品体积过于庞大，不便于负重和应用。本方案中的泵阀一体装置整体尺寸尽可能的小，将齿轮泵定做于一个阀块中，通过联轴器和法兰与电机相连接，电机采用无框电机，并根据无框电机的形状使用单独设计的散热罩45进行封装，使其体积尽可能小。区别于常规的液压系统中泵和电机基本上是单独的标准件，外形尺寸比较大的情况，本方案中的泵阀一体装置的结构形式新颖，紧凑，独特。

本方案根据四足机器人的关节应用工况来提出其关节电液复合传动方案。机器人腿部关节主要分为髋侧摆关节，髋旋转关节以及膝旋转关节。地面环境可分为平地、斜坡、楼梯等三种环境，无论在哪一种环境下，足式机器人都存在四足触地调整姿态的工况，对于机器人躯干来讲是质心姿态在空间六个自由度方向上的调整，而对于髋侧摆、髋旋转以及膝旋转等三种不同的关节，由于所处的关节位置的不同，在四足触地调整姿态时其各自对应的负载工况也不同，其中髋关节侧摆液压缸43和髋关节俯仰液压缸41由于均在躯干上，所对应的工况类似。而膝旋转关节液压缸其42安装于腿上，工况与其他两种液压缸不同。

在膝关节液压缸42的工况下：

当四足机器人足端全部触地时，膝旋转关节存在两种工况：一种是在机器人躯干及负载作用下液压缸活塞杆收缩，对应膝关节角度变小，此为负负载工况；另一种是克服机器人躯干及负载重量液压缸活塞杆伸出，对应膝关节角度变大，此为正负载工况。

当四足机器人的某一足端离地在空中执行某一轨迹时，在抬腿过程中，膝旋转关节需要克服腿的重力使液压缸活塞杆缩回，对应关节角度变小，此为正负载工况；在腿落地过程中，由于腿一般采用轻量化设计，此时腿重力较小，为了加快足端落地速度，要是膝关节液压缸伸长，此时液压泵应工作于泵状态，在这种情况下液压缸可能处于负负载工况，同时也为了考虑极端情况下有外力拉动膝关节。通过上述分析，四足机器人中，膝旋转关节的负载工况如图10、图11所示：

图10表示了四足机器人的关节布置示意图，膝旋转关节采用液压缸+连杆的旋转驱动方式。在以负载力F及液压缸活塞杆速度v组成的平面坐标系中，膝旋转关节液压缸的负载工况集中在一、二、三、四象限，在每个象限中完成对应的功能，负载力及液压缸活塞杆速度方向在图10展示的FV图所示。

本实用新型中的EHA闭式液压系统，采用了基于对称执行单元的闭式液压系统，相比非对称液压缸，不需要双液控单向阀及大蓄能器组成的补油回路，因此回路原理能够大大简化，其次在回路上安装有单向平衡阀一7和单向平衡阀二8，平衡阀有两个目的：第一是可将机器人关节锁死在其关节角度范围内的任意角度，无论是否停机的情况下，此功能意味着在停机情况下，机器人可在任意的稳定姿态下保持长久的站立；第二是可以适应第四象限所对应的下蹲负负载工况，使机器人平稳的实现下蹲。不仅实现了工况需求，而且系统组成简单，极大的减小了液压系统所需的体积及重量，同时增强了系统的可靠性，此外还实现了停机状态下任意稳定姿态的站立。

在髋关节液压缸侧摆和俯仰工况下：

图12左侧图为髋俯仰关节足端触地工况，右侧图为髋俯仰关节足端离地工况；图13左侧图为髋侧摆关节足端触地工况，右侧图为髋侧摆关节足端离地工况。

对于髋侧摆关节，依据髋侧摆关节的角度不同，其负载工况会发生变化；

当足端触地时，地面对足端的作用力向上，依据腿相对于躯干40的不同位置，对髋侧摆和髋俯仰关节产生的扭矩方向不同。如图12(左)髋俯仰关节足端触地工况和图13(左)髋侧摆关节足端触地工况所示，当腿处于中线OA的左侧位置如OB所示时，髋侧摆关节和髋俯仰关节所受的地面对其扭矩沿顺时针方向，而当腿位于中线OA右侧如OB′所示位置时，髋侧摆和髋俯仰关节所受的地面对其扭矩沿逆时针方向。因此，当髋侧摆和髋俯仰关节在OB或者OB′位置双向摆动时，就会出现四象限的负载工况，正负载和负负载工况均会出现。

当足端离地时，整条腿的重力始终向下，如图12(右)髋俯仰关节足端离地工况和图13(右)髋侧摆关节足端离地工况所示，腿在中线OA左侧OB位置时，腿重力所产生的扭矩沿髋侧摆中心逆时针方向；腿在中线OA右侧OB′位置时，腿重力所产生的扭矩沿髋侧摆中心顺时针方向。由于整条腿需采用轻量化设计，如使髋侧摆关节执行器的摩擦力所产生的扭矩大于重力所产生的扭矩时，则此时只存在两种正负载工况。

本实用新型中的EHA闭式液压系统，在应用到四足机器人时，对四足机器人的髋俯仰关节、髋侧摆关节、膝旋转关节的液压原理进行了统一，同时考虑到了极端情况下有外力拉动膝关节以及所有关节双向负负载的情况，为后续零部件的通用和维护提供了方便。

液压回路上的单向平衡阀一7和单向平衡阀二8能够避免在负负载工况下，双向泵1变成马达的工况，避免电机变成发电机，从而避免对后续电能控制带来难度。比如在以下工况下：当液压缸的合力方向和运动方向相同，均为向下，此时就变成负负载工况，则液压缸的上腔压力会降低，单向平衡阀二8的控制油路压力不足以打开单向平衡阀二8，则下腔油液被封闭在液压缸的油腔和管路中，不会回流到双向泵1处，保证液压缸在负负载的工况下能够保持位置，避免双向泵1的不正常工作。

Claims (11)

1.一种泵阀一体装置，其特征在于，包括阀体(19)、双向泵(1)、用于驱动双向泵(1)旋转的电机(2)以及位于阀体(19)内的主油路一(3)、主油路二(4)、单向平衡阀一(7)、单向平衡阀二(8)，电机(2)与阀块连接；在阀体(19)上设有用于安装双向泵(1)的安装端面(21)、进出油口A(22)、进出油口B(23)、用作充油口(9)的充油孔；

单向平衡阀一(7)和单向平衡阀二(8)的第一阀口(10)分别用于与对称执行单元(6)的油口一和油口二连通；单向平衡阀一(7)和单向平衡阀二(8)的第二阀口(13)分别与主油路一(3)和主油路二(4)的进油口连通；单向平衡阀一(7)的控制阀口(14)与单向平衡阀二(8)的第二阀口(13)前段的主油路二(4)连通；单向平衡阀二(8)的控制阀口(14)与单向平衡阀一(7)的第二阀口(13)前段的主油路一(3)连通；双向泵(1)的两个吸压油口分别通过进出油口A(22)、进出油口B(23)与主油路一(3)、主油路二(4)连通，充油孔通过单向阀(16)与双向泵(1)连通。

2.如权利要求1所述的泵阀一体装置，其特征在于，单向平衡阀一(7)的第一阀口(10)通过溢流阀与单向平衡阀二(8)的第一阀口(10)双向连通。

3.如权利要求2所述的泵阀一体装置，其特征在于，阀体(19)内还设有蓄能器(5)，阀体(19)上设有用作双向泵泄漏油口的泄油孔(24)，蓄能器(5)通过单向阀(16)分别与单向平衡阀一(7)和单向平衡阀二(8)的第二阀口(13)连通；泄油孔(24)与蓄能器(5)连通；充油孔通过单向阀(16)与蓄能器(5)连通。

4.如权利要求3所述的泵阀一体装置，其特征在于，双向泵(1)为齿轮泵，齿轮泵包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮对应安装在安装端面(21)处；电机(2)的传动轴与齿轮泵的主动齿轮传动连接；主动齿轮和从动齿轮的外侧设有齿轮端盖(27)和轴套(28)；轴套(28)之间、泄油孔(24)之间分别相连通，齿轮端盖(27)内腔、轴套(28)内腔、泄油孔(24)内腔均与蓄能器(5)连通。

5.如权利要求3或4所述的泵阀一体装置，其特征在于，在阀体(19)上分别设有用于安装单向平衡阀一(7)和单向平衡阀二(8)的阀孔一(29)和阀孔二(30)，阀孔一(29)设有与单向平衡阀一(7)的第一阀口(10)、第二阀口(13)、控制阀口(14)对应构成的油腔一(31)、油腔二(32)和油腔三(33)，阀孔二(30)设有与单向平衡阀二(8)的第一阀口(10)、第二阀口(13)、控制阀口(14)对应构成油腔一(31)、油腔二(32)和油腔三(33)；油腔一(31)均设有A1口(34)、A2口(35)和A3口(36)；油腔二(32)均设有B1口(38)和B2口(39)；油腔三(33)上设有C口(15)；阀孔一(29)和阀孔二(30)上的A1口(34)分别用于与对称执行单元(6)的油口一和油口二连通；

阀孔一(29)和阀孔二(30)的B1口(38)分别与油路一和油路二的进油口连通；

阀孔一(29)的A2口(35)通过溢流阀与阀孔二(30)的A2口(35)连通；

阀孔二(30)的A3口(36)通过溢流阀与阀孔一(29)的A3口(36)连通；

阀孔一(29)的B1口(38)与阀孔二(30)的C口(15)连通；阀孔二(30)的B1口(38)与阀孔一(29)C口(15)连通；蓄能器(5)分别通过单向阀(16)与阀孔一(29)和阀孔二(30)的B2口(39)连通。

6.如权利要求5所述的泵阀一体装置，其特征在于，阀孔一(29)和阀孔二(30)的套孔位于阀体(19)的侧面，单向平衡阀一(7)和单向平衡阀二(8)与阀孔一(29)和阀孔二(30)为拔插式连接。

7.如权利要求3、4或6所述的泵阀一体装置，其特征在于，蓄能器(5)为弹簧式蓄能器、活塞式蓄能器或耐油弹性体式蓄能器。

8.如权利要求5所述的泵阀一体装置，其特征在于，蓄能器为弹簧式蓄能器、活塞式蓄能器或耐油弹性体式蓄能器。

9.如权利要求1、2、3、4、6或8所述的泵阀一体装置，其特征在于，还包括分别与单向平衡阀一(7)和单向平衡阀二(8)的第一阀口(10)连接的压力传感器(17)。

10.如权利要求5所述的泵阀一体装置，其特征在于，还包括分别与主油路一(3)和主油路二(4)连接的温度传感器(18)。

11.如权利要求7所述的泵阀一体装置，其特征在于，还包括分别与主油路一(3)和主油路二(4)连接的温度传感器(18)。