JP7576868B2 - 電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット - Google Patents

Description

本出願は、ロボットの技術分野に関し、特に電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボットに関する。

インテリジェント機器の発展に伴い、ロボットはますます広く人々の作業生活に使用されている。ロボットには車輪型ロボットと脚足ロボットがあるが、脚足ロボットは地形への適応性が高いため、検査などの場面で広く使用されている。

関連技術は出願番号２０２２２２６０９６５５．１の特許に開示され、油圧ポンプ制御防爆４脚ロボットを開示しており、油圧構造と機械構造を含み、機械構造は防爆倉と脚足コンポーネントを含み、脚足コンポーネントは側方揺動ユニット、股ユニットおよび膝ユニットを含み、油圧構造はアキュムレータおよび駆動ユニットを含み、駆動ユニットは順次接続されたサーボモータ、油圧ポンプおよび油圧シリンダを含み、各側方揺動ユニット、股ユニットまたは膝ユニットはそれぞれ駆動ユニットによって制御される。

上記関連技術に対して、４脚ロボットを可燃性・爆発性環境で検査作業に使用する場合、４脚ロボットの各関節モータが動作するとき爆発を誘発する可能性があり、ロボットは防爆性能を有しない。

電気制御を含む現在のロボットが可燃性・爆発性環境下で作業する場合防爆性能を有しないという問題を改善するために、本出願は、電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボットを提供する。

本出願が提供する電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボットは以下の技術的解決策を採用する。

電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボットは、正圧チャンバーと脚足アセンブリを含み、脚足アセンブリは油圧シリンダを含む電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボットであって、チャンバー内にサーボポンプが設けられ、油圧シリンダはチャンバーの外側に位置し、チャンバーの壁にサーボポンプと油圧シリンダの連通のためのオイル出入口が開設され、

脚足アセンブリは、取付ブラケット、脚足前後揺動機構、股関節機構および脚足機構を含み、脚足前後揺動機構と股関節機構は取付ブラケットを介してチャンバーの外側に接続され、股関節機構は脚足機構に接続されて脚足機構を内外揺動駆動可能であり、脚足前後揺動機構は股関節機構に伝達可能に接続され、脚足前後揺動機構は股関節機構を回転可能に駆動する。

上記技術的解決策によれば、チャンバーは正圧設計を採用し、外部の可燃性・爆発性ガスがチャンバー内に侵入して電気部品に接触する可能性を排除し、防爆効果を実現する。油圧シリンダはチャンバー外部に位置し、制御ユニットとサーボポンプはチャンバー内に位置し、電気油圧駆動システムの下で電気油圧分離の効果を発揮し、可燃性・爆発性ガスが電気に接触して爆発する可能性を排除することができ、ロボットが防爆性能を有する。
脚足前後揺動機構は股関節機構に同軸に伝達可能に接続され、ロボット制御アルゴリズムプログラムの最適化に寄与する。

制御アルゴリズムの簡略化された原理は次のように説明され、隣接する２つの関節伝達を例にして、３次元直交座標系１（ｘ１,ｙ１,ｚ１）をｚ１軸周りにθ１で回転させ、３次元直交座標系２（ｘ２,ｙ２,ｚ２）をｘ２軸周りにθ２で回転させ、一般的な２つの関節変換については、座標系１を基準座標系として、座標系２は座標系１に対する空間座標は次のように表され：
２つの関節軸線の原点が一致する点として２つの関節座標系が交差するとき、行列では２つの関節座標系の原点距離を示すｘ_２、ｙ_２、ｚ_２は０となり、伝達制御ソフトウェア中の行列式を簡略化でき、簡略化後の空間座標は

以上のように、本出願は以下の有益な技術的効果を有する。
１、電気油圧分離設計および正圧倉により、ロボットは防爆性能を有する。
２、ロボット脚足アセンブリ関節の同軸伝達設計により、制御アルゴリズムの難易度を下げることができる。

本出願の実施例の電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボットの構造を示す概略図である。 図１の上面図である。 本出願の実施例のロボット脚部アセンブリの構造を示す概略図である。 取付ブラケットの構造を示す概略図である。 図４の上面図である。 図５中のＡ－Ａ方向の断面図である。 脚足前後揺動機構の構造を示す概略図である。 図７の上面図である。 図８中のＢ－Ｂ方向の断面図である。 スライドレスト位置の接続構造を示す概略図である。 駆動ギアコンポーネントの構造を示す概略図である。 取付座の構造を示す概略図である。 股関節機構と大腿アームの接続構造を示す概略図である。 接続部材の構造を示す概略図である。 図１４の左側面図である。 図１５中のＣ－Ｃ方向の断面図である。 側方揺動駆動コンポーネントの構造を示す概略図である。 股関節機構の断面図である。 脚足機構の構造を示す概略図である。 図１９中のＤ－Ｄ面の断面図である。 大腿アームの構造を示す概略図である。 図２１中のＥ－Ｅ面の断面図である。 下腿アームの構造を示す概略図である。 図２３中のＦ－Ｆ面の断面図である。 足関節部分の局所構造を示す概略図である。 チャンバーと取付ブラケットの接続構造を示す概略図である。 第１オイルシリンダ、取付ブラケットと第１サーボポンプの接続構造を示す断面図である。 取付ブラケットの第２油路と第３サーボポンプの接続構造を示す断面図である。 チャンバー上部カバー付属品の取付構造を示す概略図である。 図２９の上面図である。 本考案の股関節機の構側方揺動とピッチ用のＥＨＡ閉鎖型油圧システムを示す図である。 本考案の膝関節のＥＨＡ閉鎖型油圧システムを示す図である。 負荷力と油圧シリンダのピストンロッドの速度方向におけるＦＶ図である。 膝関節の負荷作動状態を示す図である。 第１油圧シリンダの負荷作動状態を示す概略図である。 第２油圧シリンダの負荷作動状態を示す概略図である。

以下、図面１～３６を参照しながら本出願をさらに詳細に説明する。

本出願の実施例は、電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボットを提供する。

図１～図３を参照すると、電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボットは、制御アセンブリ１と複数の脚部アセンブリを含み、各脚部アセンブリは取付ブラケット２、脚足前後揺動機構３、股関節機構および脚足機構を含み、股関節機構は接続部材４および側方揺動駆動機構５を含み、脚足機構は大腿アーム６および下腿アーム７を含み、接続部材４は取付ブラケット２に回転可能に接続され、側方揺動駆動機構５は接続部材４に取り付けられ、側方揺動駆動機構５は大腿アーム６に接続されて大腿アーム６を内外揺動可能に駆動し、脚足前後揺動機構３は股関節機構を回転させて脚足機構を前後揺動させるように駆動し、脚足前後揺動機構３と股関節機構は取付ブラケット２に取り付けられて同軸に伝達可能であり、制御システムアルゴリズムの難易度を簡略化する。

図４～図６を参照すると、取付ブラケット２は第１側板２１、第２側板２２および接続座２３を含み、第１側板２１は第２側板２２と平行に設けられ、接続座２３は第１側板２１と第２側板２２間に固定される。

第２側板２２と第１側板２１の中部に対応して第１軸孔２５が開設され、第２側板２２と第１側板２１の一端に対応して第２軸孔２６が開設され、第１軸孔２５と第２軸孔２６の中心線は接続座２３の長さ方向と平行である。

取付ブラケット２の全体重量を減らすために、第１側板２１と第２側板２２にそれぞれ軽量化孔が開設され、第１側板２１と第２側板２２は中空構造となっている。第２軸孔２６に対応する第１側板２１と第２側板２２の端部の輪郭は丸みを帯びている。

第２側板２２の第２軸孔２６から離れた一端は第１側板２１よりもさらに延伸して固定部２４を形成し、第２側板２２の接続座２３から離れた一側に固定孔２２１が開設される。第１側板２１の第２軸孔２６から離れた一端は台形状に設けられる。取付ブラケット２の接続座２３と第２軸孔２６間にある領域に取付溝２７が設けられる。取付ブラケット２は第１軸孔２５と第２軸孔２６の周囲に釘孔が開設され、取付ブラケット２は第２軸孔２６の周囲に複数の接続リブがさらに設けられる。接続座２３に釘孔が開設される。

図７～図９を参照すると、脚足前後揺動機構３は前後揺動駆動コンポーネントおよび駆動ギアコンポーネントを含み、前後揺動駆動コンポーネントは駆動ギアコンポーネントを駆動して伝達を実現する。

前後揺動駆動コンポーネントは、第１油圧シリンダ３１、第１スライドレール３２、スライドレストおよび第１連結ロッド３５を含む。第１スライドレール３２はボルトを介して取付ブラケット２の接続座２３に固定され、第１スライドレール３２の長さ方向は第１軸孔２５の軸線に垂直であり、スライドレストは第１スライドレール３２の長さ方向に沿って相対的に摺動し、第１油圧シリンダ３１のシリンダはボルトを介して取付ブラケット２の固定部２４に固定され、第１油圧シリンダ３１のピストンロッド３１１はスライドレストに接続され、第１油圧シリンダ３１はスライドレストを第１スライドレール３２に沿って往復移動させるように駆動する。第１油圧シリンダ３１はダブルアクション油圧シリンダを採用してもよい。

図１０を参照して、スライドレストは、固定的に接続されたスライドブロック３３と接続ブロック３４を含み、スライドブロック３３と接続ブロック３４の固定方法は、ボルト接続、係合接続、埋め込み、溶接または一体成形などであり得る。スライドブロック３３に、第１スライドレール３２と嵌合するシュートが形成され、スライドブロック３３は第１スライドレール３２の長さ方向に沿って相対的に摺動することが可能である。ここで、接続ブロック３４はボルトを介してスライドブロック３３に固定され、着脱や交換に便利である。

接続ブロック３４の一端に挿入口３４１が開設され、第１油圧シリンダ３１のピストンロッド３１１の端部が挿入口３４１に挿入されて固定され、接続ブロック３４の他端に第１耳板３４２が固定され、第１連結ロッド３５の端部はピンロッドを介して第１耳板３４２とヒンジで接続され、ピンロッドの軸線は第１スライドレール３２に垂直で接続ブロック３４の第１スライドレール３２から離れた平面に平行であり、第１連結ロッド３５は第１スライドレール３２を通過する平面上で回転することができる。

第１耳板３４２が設けられた接続ブロック３４の領域の厚さは、挿入口３４１が設けられた接続ブロック３４の領域の厚さよりも小さく、第１連結ロッド３５の回転に対する接続ブロック３４の影響を低減するために、挿入口３４１と第１耳板３４２間にある接続ブロック３４の位置に傾斜面３４３が設けられる。

図１１および図１２を参照すると、駆動ギアコンポーネントは、取付座３６および歯付き板３７を含み、取付座３６は、第３軸孔３６４を有する軸スリーブを含み、軸スリーブの周方向外壁に、接続歯付き板３７を固定するための接続部３６１が設けられ、歯付き板３７は接続部３６１に着脱可能に固定され、歯付き板３７上の歯の外縁の中心軸は軸スリーブの中心と一致している。

取付座３６は、第３軸孔３６４および回転軸３８を介して取付ブラケット２の第１軸孔２５に回転可能に接続され、取付座３６は回転軸３８の周りに回転可能であり、回転軸３８と取付ブラケット２は軸受を介して接続され、取付座３６に固定された歯付き板３７は取付溝２７に位置し、歯車回転動作を行うことができる。歯付き板３７上の歯が摩耗または損傷して交換する必要である場合、歯付き板３７を接続部３６１から取り外して新しい歯付き板３７を取り付け、駆動ギアコンポーネントは依然として機能することができ、全体的な耐用年数を延長する。歯付き板３７と取付座３６は、係合接続、挿入、ジョグリング、埋め込みなどの他の着脱可能な方法で接続することもできる。

接続部３６１に少なくとも１つの接続孔が設けられ、歯付き板３７は接続孔に設けられたボルトを介して接続部３６１に固定的に接続される。ここで、４つの接続孔が設けられ、４つの接続孔は均一に分布することができる。他の実施形態では、接続孔の数は１、２、３、５またはそれ以上などであってもよく、具体的に、実際のニーズに応じて選択すればよい。

駆動ギアコンポーネントが完全な円運動を行う必要がなく、部分的な円運動を行うだけの場合に、歯付き板３７を円弧状板とすることができ、これに対応して、接続部３６１も円弧状板とすることもできる。

軸スリーブの外壁に第２耳板３６２が固定され、第２耳板３６２は、第１連結ロッド３５とヒンジで接続され、第１油圧シリンダ３１により、スライドレストを移動させて駆動ギアコンポーネントにトルクを加える。

第１連結ロッド３５は取付座３６の中間位置にあるとき、第１連結ロッド３５が取付座３６と干渉して回転に影響を与えるのを防止するために、軸スリーブの中部に、周方向の湾曲面に沿って開口３１３が開設され、第２耳板３６２は開口に対応する軸スリーブ外壁の領域に配置される。第２耳板３６２は開口３１３の一端に設けられ、取付座３６をより大きな角度で回転させることができる。他の実施形態では、第２耳板３６２は、開口３１３に対応する軸スリーブの中間のある位置に配置されてもよい。

歯付き板３７を取り付けた後、駆動ギアコンポーネント全体の重心移動をできるだけ小さくするために、ここで、２つの第２耳板３６２は開口３１３の両側に分布している。接続部３６１は開口３１３に対向する軸スリーブの湾曲面領域に配置される。接続部３６１の一側の端面は開口３１３の中間断面に近接して設けられ、接続部３６１の他側の端面は開口３１３から離れて設けられる。

回転軸３８と取付座３６の取付・着脱を容易にするために、取付座３６に径方向に側壁を貫通する固定孔３１５が形成される。これにより、取付座３６が回転軸３８に嵌設された後、ボルトを固定孔３１５に挿通して締め付け固定する。

ボルトのキャップと取付座３６の外壁の接触気密性をため、ボルトの緩み可能性を低減するために、取付座３６の軸スリーブの外壁の固定孔３１５の周囲領域は平面である。

本出願の実施例の他の実施形態では、１つの第２耳板３６２は取付座３６の一側に位置し、このとき、取付座３６に開口３１３が開設されなくてもよく、取付時、第１連結ロッド３５は取付座３６の側端から第２耳板３６２にヒンジで接続される。

本出願の実施例の他の実施形態では、接続部３６１は２つ以上であってもよく、複数の接続部３６１は取付座３６の周方向に沿って分布し、複数の接続部３６１に接続された歯付き板３７は不完全歯車に形成することができる。または、少なくとも２つの接続部３６１は軸スリーブの軸線方向に沿って設けられ、これにより、取付座３６の回転時、配列された複数の接続部３６１を回転させるように駆動することができ、駆動ギアコンポーネントはデュプレックスギア構造に形成することもできる。

必要に応じて、歯付き板３７は円弧状板または扇形板であってもよく、円形板であってもよい。歯付き板３７上の歯係数は調整可能であり、これにより、異なる伝達比要求に適合できる。

第１油圧シリンダ３１は、スライドレストを第１スライドレール３２に沿って移動させるように駆動するとき、第１連結ロッド３５は駆動ギアコンポーネントに偏心して接続され、スライドレストは第１連結ロッド３５を介して駆動ギアコンポーネントを回転させるように駆動し、スライドレストが第１スライドレール３２で直線的に往復移動することにより、駆動ギアコンポーネントは自身の軸線周りに往復揺動し、駆動ギアコンポーネントと噛み合っている股関節機構を回転させて脚足前後揺動を実現する。第１油圧シリンダ３１はスライドレストを直線的に移動させるように駆動するため、従来のモータ駆動により生成したトルク影響は発生せず、制御が容易である。

図１３を参照すると、股関節機構は接続部材４および側方揺動駆動機構５を含み、側方揺動駆動機構５は大腿アーム６を内外揺動させるように駆動する。

図１４～図１６を参照すると、接続部材４は同軸に固定的に接続された取付管４１および連結リング４２を含み、連結リング４２の取付管４１から離れた一端に一対の支持アーム４３が固定され、支持アーム４３は大腿アーム６に回転可能に接続される。

図１７を参照すると、側方揺動駆動機構５は第２油圧シリンダ５１、第２スライドレール５２、スライドレスト５３および第２連結ロッド５４を含み、第２油圧シリンダ５１は、取付管４１の連結リング４２から離れた一端に同軸に接続され、第２スライドレール５２は取付管４１の軸方向に沿って取付管４１の内壁に固定され、スライドレスト５３は第２スライドレール５２に接続されて第２スライドレール５２に対して摺動し、第２油圧シリンダ５１のピストンロッドはスライドレスト５３に接続され、第２連結ロッド５４の一端はスライドレスト５３にヒンジで接続され、第２連結ロッド５４の他端は大腿アーム６にヒンジで接続される。

支持アーム４３は大腿アーム６に回転可能に接続されて予備支持を形成し、接続部材４は軸受４５を介して取付ブラケット２の第２軸孔２６に回転可能に接続され、第２油圧シリンダ５１のピストンロッドの伸縮により、取付管４１内のスライドレスト５３を第２スライドレール５２上を摺動させるように駆動し、スライドレスト５３は第２連結ロッド５４を介して大腿アーム６を回転軸の周りに揺動させるように駆動する。これにより、ロボットが移動するとき、股関節の第２油圧シリンダ５１の軸線は比較的変化しないようにすることができ、位置基準が簡略化され、ロボット制御アルゴリズムプログラムを最適化するのに便利である。

支持アーム４３の取付管４１から離れた一端に第４軸孔４３１が開設され、第４軸孔４３１の軸線は取付管４１の軸線に垂直である。大腿アーム６の端部に内耳板６３が設けられ、支持アーム４３は第４軸孔４３１の回転軸を挿入にして大腿アーム６に回転可能に接続され、第２連結ロッド５４はピン軸を介して内耳板６３に回転可能に接続される。

図１４～図１６を参照すると、取付管４１の側壁に径方向に沿って挿通孔４１５が設けられ、取付管４１の外部に従動ギア４４が固定的に嵌設され、従動ギア４４は、周方向の摺動を防止するために、挿通孔４１５に挿通されたネジによって固定される。従動ギア４４は歯付き板３７の外縁と噛み合い、これにより、股関節機構が駆動ギアコンポーネントを介して前後揺動駆動コンポーネントに接続された後、股関節機構全体は同期して取付管４１の軸線の周りに回転し、歯車伝達により、脚足の前後揺動の精度を高めることができる。複数の挿通孔４１５は取付管４１の周方向に沿って均一に分布し、従動ギア４４と取付管４１の接続箇所に均等な力がかかり、確実な固定を実現することができる。

図１４～図１６を参照すると、取付管４１の内壁に軸方向に沿って取付溝４１３が設けられ、取付溝４１３における取付管４１の領域に固定孔４１６が開設され、第２スライドレール５２は、固定孔４１６を挿通するネジによって取付管４１に固定される。取付溝４１３の断面は段付け状であってもよく、矩形、台形状、半円形、円形などの他の形状であってもよい。

本出願の実施例の他の実施形態では、第２スライドレール５２は取付管４１に埋め込まれるか、または一体成形されてもよい。

取付管４１は、取付孔４１１を形成するために内部が中空であり、取付管４１の連結リング４２から離れた一端の内壁に位置決めリング４１２が固定され、第２油圧シリンダ５１のシリンダ端部は位置決めリング４１２に当接されて軸受を介して取付管４１に接続される。

操作や観察を容易にするために、取付管４１に操作口４１４がさらに開設され、操作口４１４は位置決めリング４１２の近くに設けられる。挿通孔４１５と位置決めリング４１２は、取付管４１の軸方向における操作口４１４の両端に位置する。

連結リング４２の外壁は段付け構造であってもよく、軸受４５は、ロボット脚足股関節が取付ブラケット２に回転可能に支持されるように、連結リング４２に嵌設される。軸受４５を保護するために、連結リング４２にエンドキャップ４６がさらに嵌設され、エンドキャップ４６はネジを介して取付ブラケット２の第２軸孔２６に固定される。連結リング４２の輪郭の外径は取付管４１の外径よりも大きく、連結リング４２は支持アーム４３と取付管４１の接続部の構造強度を高めることができる。

図１４～図１６を参照すると、支持アーム４３上の第４軸孔４３１の高さは取付孔４１１に対応して設けられる。支持アーム４３は第４軸孔４３１の径方向に沿ってピン孔４３２が設けられ、回転軸はピン孔４３２を通過した後ネジによって固定され、支持アーム４３に対する回転軸の固定を達成し、大腿アーム６のみが回転可能である。

ロボット脚足の移動時にラインが絡まって故障の原因となることを低減するために、支持アーム４３にケーブルが挿通するためのワイヤチャンネル４３４が開設され、ワイヤチャンネル４３４は取付管４１の軸方向に沿って設けられる。ワイヤチャンネル４３４は１つの支持アーム４３に分布してもよく、２つの支持アーム４３に分布してもよい。各支持アーム４３に１、２または３つのワイヤチャンネルが分布してもよく、具体的に必要に応じて設計すればよい。

図１６～図１８を参照すると、大腿アーム６が回転軸の軸周りに揺動するとき、大腿アーム６の頂端が支持アーム４３と干渉して揺動範囲に影響を与えるのを防止するために、支持アーム４３には、第４軸孔４３１の連結リング４２に近い一側の縁に退避溝４３３が形成される。

脚足アセンブリが内外揺動駆動および前後揺動を行う過程は次の通りであり：第１油圧シリンダ３１はスライドブロック３３を第１スライドレール３２上で往復移動させるように駆動し、接続ブロック３４に接続された第１連結ロッド３５は取付座３６を往復揺動させるように偏心的に引っ張り、歯付き板３７が往復揺動し、これに伴って歯付き板３７と噛み合っている従動ギア４４が往復回転する。

接続部材４は従動ギア４４に同軸に固定されて接続され、接続部材４は往復回転し、接続部材４に回転可能に接続された大腿アーム６は前後揺動する。股関節機構は、歯車伝達を介して前後揺動駆動コンポーネント２の動力下で回転し、取付管４１の軸線周りに大腿アーム６が揺動するように正確に制御される。

第２油圧シリンダ５１が作動してスライドレスト５３を第２スライドレール５２に沿って往復摺動させるように駆動し、スライドレスト５３に接続された第２連結ロッド５４は大腿アーム６上の内耳板６３を往復揺動させるように引っ張り、大腿アーム６の内外揺動を実現する。

ロボット脚足の運動過程全体において、側方揺動駆動機構５の第２油圧シリンダ５１の軸線および脚足前後揺動機構３の第１油圧シリンダ３１の軸線は不変であり、ロボット制御アルゴリズムプログラムの最適化に寄与する。

制御アルゴリズム簡略化の原理を以下に説明する。隣接する２つの関節伝達を例にして、３次元直交座標系１（ｘ１,ｙ１,ｚ１）をｚ１軸周りにθ１で回転させ、３次元直交座標系２（ｘ２,ｙ２,ｚ２）をｘ２軸周りにθ２で回転させ、一般に、２つの関節を変換するとき、座標系１を基準座標系とし、座標系１に対する座標系２の空間座標は次のように示され：
２つの関節軸線の原点が一致する点として２つの関節座標系が交差するとき、行列の２つの関節座標系の原点距離を示すｘ_２、ｙ_２、ｚ_２は０となり、伝達制御ソフトウェア中の行列表現を簡略化することができ、簡略化された空間座標は次のように示される。

図１９および図２０を参照すると、脚足機構は、大腿アーム６、下腿アーム７および膝関節９を含み、膝関節９は第３油圧シリンダ９１、第１接続部９２および第２接続部９３を含み、大腿アーム６は下腿アーム７に回転可能に接続され、第３油圧シリンダ９１のシリンダ９１１は大腿アーム６に回転可能に接続され、第３油圧シリンダ９１のピストンロッド９１２に、第１接続部９２および第２接続部９３が回転可能に接続され、第１接続部９２の他端は大腿アーム６に回転可能に接続され、第２接続部９３の他端は下腿アーム７に回転可能に接続され、大腿アーム６と下腿アーム７の回転軸点、第１接続部９２と大腿アーム６の回転軸点、第２接続部９３と下腿アーム７の回転軸点および第１接続部９２と第２接続部９３の回転軸点は、四辺形を形成する。

膝関節９は、４リンク構造を使用して伝達し、下腿アーム７の展開角度が同じ状態では、４リンク構造の第３油圧シリンダ９１の揺動幅がより小さくなる。

第３油圧シリンダ９１は双方向油圧オイルシリンダであり、ここで２ロッド油圧シリンダを採用する。第３油圧シリンダ９１のピストンロッド９１２を保護するために、第３油圧シリンダ９１のシリンダ９１１に取付ブラケット９１３が固定接続され、取付ブラケット９１３は大腿アーム６内にヒンジで接続された円筒ロッドであり得、円筒ロッドのシリンダ９１１に接続された一端に、軸線に沿ってピストンロッド９１２を収納するための空洞が開設される。取付ブラケット９１３はシリンダ９１１とネジを介して固定される。

第１接続部９２および第２接続部９３はいずれも円弧状板であり、円弧状板の凹部は大腿アーム６と下腿アーム７の回転軸点に向かって設けられ、構造部品の応力伝達経路に適しており、耐用年数を延ばすことができる。他の実施形態では、第１接続部９２および第２接続部９３は直線板、Ｓ字形板、Ｖ字形板などであってもよい。

図２１および図２２を参照すると、大腿アーム６の全体的な外輪郭は四角柱構造であり、大腿アーム６の内部に空洞が形成される。さらに軽量化するために、大腿アーム６の表面に複数の第１軽量化孔１１が開設されて中空構造を形成する。

大腿アーム６の一端の対向する両側壁に一対の外耳板６２が設けられ、外耳板６２上に軸孔が設けられる。２つの外耳板６２間に内耳板６３が固定され、内耳板６３も２つであってもよく、２つの外耳板６２は２つの内耳板６３と平行に配置される。アングルモニタを取り付けるために、軸孔に対応する外耳板６２の外側に取付溝６４が開設される。

大腿アーム６の内耳板６３に近い位置にピン孔６５が開設され、ピン孔６５の軸線は内耳板６３の軸孔と垂直に設けられ、取付ブラケット３３の端部はピン孔６５にヒンジで接続され、第３油圧シリンダ９１全体は大腿アーム６内部の空洞に収納され得る。

大腿アーム６の他端の対向する両側壁に一対の第１膝耳板６６が形成され、第１膝耳板６６上に軸孔が設けられる。第１膝耳板６６と外耳板６２はそれぞれ大腿アーム６の異なる側面に位置し、第１膝耳板６６上の軸孔は外耳板６２上の軸孔の軸線と垂直に配置される。

大腿アーム６のさらなる軽量化を達成するために、大腿アーム６は外耳板６２に近い一端から他端に向かって断面積が徐々に小さくなる。

大腿アーム６の外耳板６２に近い一端にワイヤ孔６８がさらに設けられ、ワイヤ孔６８は、ケーブルが大腿アーム６の内部に配線されるように通るように構成され、脚足運動時のライン絡まりを低減し、脚足システムの安定した動作を保護する。

大腿アーム６の第１膝耳板６６に近い位置に貫通孔６７が開設され、貫通孔６７の軸線は第１膝耳板６６の軸孔軸線と平行である。貫通孔６７は、第１接続部９２が大腿アーム６とヒンジで接続されるために使用される。

大腿アーム６は外耳板６２上の軸孔を介して接続部材４の支持アーム４３に回転可能に接続され、大腿アーム６は外部動力下で内外揺動する。大腿アーム６は第１膝耳板６６上の軸孔を介して下腿アーム７に回転可能に接続され、大腿アーム６と下腿アーム７の間で、人間の膝位置における回動と同様の回動が実現される。大腿アーム６の構造は簡単であり、脚足全体の構造を最適化する。

図２３および図２４を参照すると、下腿アーム７は全体として四角柱構造に類似し、下腿アーム７の内部が中空であり、下腿アーム７のさらなる軽量化を達成するために、下腿アーム７の表面に複数の第２軽量化孔７１が開設されて中空構造を形成する。

下腿アーム７の一端の対向する両側壁に一対の第２膝耳板７２が形成され、第２膝耳板７２に軸孔が開設され、下腿アーム７と大腿アーム６は、第１膝耳板６６を介して第２膝耳板７２の軸孔と一致させて軸棒によって回転可能に接続される。

下腿アーム７の第２膝耳板７２に近い軸孔に挿通孔７３が開設され、挿通孔７３の軸線は第２膝耳板７２の軸孔軸線と平行に設けられ、挿通孔７３は、第２接続部９３が下腿アーム７とヒンジで接続されるために使用される。第２膝耳板７２の幅は挿通孔７３の部分から軸孔部分に向かって徐々に小さくなる。

下腿アーム７の他端は湾曲して円弧セグメントを形成し、下腿アーム７の第２膝耳板７２から離れた一端は足接続端７４となり、足接続端７４は正方形錐台構造である。足接続端７４の端面に、下腿アーム７の内部空洞と連通する取付孔７５が開設され、下腿アーム７には、取付孔７５の周囲に釘孔が形成される。

人体シミュレーション科学によりよく適合させて脚足移動の支持性を強化するために、下腿アーム７の足接続端７４に近い円弧セグメントは一方側に向かって湾曲し、湾曲部の内側半径はＲ２であり、内側円弧中心角はβであり、湾曲部の外側半径はＲ３であり、外側円弧中心角はγである。具体的に、Ｒ２＝５４ｍｍ、β＝５２°、Ｒ３＝８０ｍｍ、γ＝２０°とする。下腿アーム７の軸孔に近い面の一部が湾曲し、湾曲半径はＲ１であり、湾曲面中心角はαであり、具体的に、Ｒ１＝１００ｍｍ、α＝２６°とする。図２４を参照すると、Ｒ１の中心ＯとＲ２の中心Ｍは下腿アーム７の両側に位置し、Ｒ１とＲ２に対応する湾曲面はそれぞれ下腿アーム７の対向する両面に位置する。本出願の実施例の他の実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、α、β、γはすべて、実際のニーズに応じて適切に選択すればよい。

下腿アーム７の重量をできるだけ軽減するために、下腿アーム７には、取付孔７５の縁に延長溝７６が開設される。

図２５を参照すると、足接続端７４に足関節８が接続される。足関節８は足スリーブ８１とカバープレート８３を含み、足スリーブ８１はゴム製のスリーブであり得、カバープレート８３はネジを介して足接続端７４に固定され、足スリーブ８１はカバープレート８３に接着、溶接またはネジにより固定され得る。足スリーブ８１の表面に複数の滑り止め溝８１１が形成される。

足関節８の応力状態を簡便に検出するために、足関節８は弾性内側カプセル８２をさらに含み、内側カプセル８２に作動油などの流体媒体が充填され、内側カプセル８２は足スリーブ８１によって包まれ、内側カプセル８２にネジセグメント８２１が固定され、ネジセグメント８２１はカバープレート８３を貫通して固定ナット８４によって固定される。内側カプセル８２には、ネジセグメント８２１において圧力センサ８５が接続され、圧力センサ８５はケーブル１０を介してチップやコンピュータなどの外部の中央処理装置に接続される。足スリーブ８１に応力をかけて変形させ、内側カプセル８２圧迫すると、内側カプセル８２の油圧が上昇し、圧力センサ８５は圧力値を検出し、ケーブル１０を介して中央処理装置に送信する。

ロボットの歩行過程において、足スリーブ８１は外部物体によって圧迫されるとある程度の変形を生じ、足スリーブ８１は弾性内側カプセル８２を内側に圧迫し、内側カプセル８２中の圧力が変化し、圧力センサ８５はこの圧力変化をリアルタイムで検出することができる。足スリーブ８１の異なる方向からのすべての圧力は最終的に内側カプセル８２に伝達されるため、圧力センサ８５は異なる方向の応力状況を検出することができる。

図２６を参照すると、制御アセンブリ１はチャンバー１１および制御ユニット１２を含み、脚足アセンブリは取付ブラケット２を介してチャンバー１１に接続され、チャンバー１１に第１サーボポンプ１３が取り付けられ、第２サーボポンプ１５および第３サーボポンプ１４、制御ユニット１２はそれぞれ第１サーボポンプ１３、第２サーボポンプ１５および第３サーボポンプ１４に接続されて制御を行い、第１サーボポンプ１３は第１油圧シリンダ３１に接続され、第２サーボポンプ１５は第２油圧シリンダ５１に接続され、第３サーボポンプ１４は第３油圧シリンダ９１に接続され、第１油圧シリンダ３１は脚足を前後揺動させるように駆動し、第２油圧シリンダ５１は脚足を内外揺動可能に駆動し、第３油圧シリンダ９１は膝関節部分を屈曲するように駆動する。

チャンバー１は長方体のシェル構造であり、チャンバー１の四隅にそれぞれ４組の脚足アセンブリが取り付けられて４脚ロボットを形成する。各組の脚足アセンブリは１組の第１サーボポンプ１３、第２サーボポンプ１５および第３サーボポンプ１４に対応し、制御ユニット１２は中央処理装置またはチップであり得、制御ユニット１２は４組の油圧ポンプにそれぞれ接続されて制御を行う。

第１サーボポンプ１３、第３サーボポンプ１４および第２サーボポンプ１５はチャンバー１の長さ方向に沿って順次配置される。チャンバー１の長さ方向に沿った側壁に釘孔が開設され、第１サーボポンプ１３および第２サーボポンプ１５はそれぞれボルトを介してチャンバー１の長さ方向に沿った側壁に取り付けられる。チャンバー１の幅方向に沿った側壁にも釘孔が開設され、第３サーボポンプ１４はボルトを介してチャンバー１の幅方向に沿った側壁に開設される。

従来の油圧ポンプと油圧シリンダはフレキシブルなオイルパイプを介して接続され、ロボットの歩行中、フレキシブルなオイルパイプが絡まったりまたは外部の異物に引っ掛かったりして、ロボットの安定動作に影響を与える可能性がある。ロボットの動作安定性を向上させるために、本出願は、オイルパイプの使用を中止または削減することによって最適化される。

図６、図２６および図２７を参照すると、取付ブラケット２はボルトを介してチャンバー１１の長さ方向の側壁に固定され、第１油圧シリンダ３１はボルトを介して取付ブラケット２に固定され、第２油圧シリンダ５１はボルトを介してチャンバー１１の幅方向の側壁に固定される。

チャンバー１１の長さ方向に沿った側壁に第１オイル出口１１１および第１オイル入口１１２が開設され、第１サーボポンプ１３にオイル入口およびオイル出口が設けられ、第１オイル出口１１１および第１オイル入口１１２の位置および間隔は、第１サーボポンプ１３のオイル出入口に対応しており、第１サーボポンプ１３が取り付けられた後、第１サーボポンプ１３上のオイル入口はチャンバー１１の側壁の第１オイル入口１１２に一致し、第１サーボポンプ１３上のオイル出口はチャンバー１１の側壁の第１オイル出口１１１に一致するようになっている。第１サーボポンプ１３と第１オイル出口１１１および第１オイル入口１１２の接触位置は、シールリングによって封止される。

固定部２４に位置する取付ブラケット２の領域に２つの第１油路２９が開設され、２つの第１油路２９の間隔は第１オイル出口１１１と第１オイル入口１１２の間隔と同じであり、取付ブラケット２がチャンバー１１の側壁に固定された後、一方の第１油路２９は第１オイル出口１１１と一致し、他方の第１油路２９は第１オイル入口１１２と一致する。取付ブラケット２は第１オイル出口１１１および第１オイル入口１１２との接触位置はシールリングによって封止される。シールリングを収納するために、チャンバー１１には、第１オイル出口１１１および第１オイル入口１１２の周囲にシール溝が開設され、シールリングはシール溝に配置される。

第１油圧シリンダ３１のシリンダにもオイル入出口が設けられ、第１油圧シリンダ３１のオイル入口は、第１油路２９、第１オイル入口１１２と連通し、第１油圧シリンダ３１のオイル出口は、第１油路２９、第１オイル出口１１１と連通する。

理解できるように、第１油圧シリンダ３１および第１サーボポンプ１３の仕様および設計の理由により、第１油圧シリンダ３１上のオイル出入口の間隔は、第１サーボポンプ１３上のオイル出入口の間隔と異なる可能性があり、このとき、加工チャンバー１１上の第１オイル出口１１１および第１オイル入口１１２の一方、例えば第１サーボポンプ１３上のオイル出入口間隔に基づいて、第１油圧シリンダ３１上のオイル出入口間隔が大きいとき、第１オイル出口１１１および／または第１オイル入口１１２の軸線はチャンバー１１の側壁の法線から鋭角をなして斜めに配置される。第１油圧シリンダ３１上のオイル出入口間隔と第１サーボポンプ１３上のオイル出入口間隔は同じであるとき、第１オイル出口１１１および第１オイル入口１１２の軸線はチャンバー１１の側壁と垂直である。

同様に、チャンバー１１の幅方向に沿った側壁にもオイル入出口が開設され、第２サーボポンプ１５および第２油圧シリンダ５１を連通するために使用される。

図２、図５および図７を参照すると、チャンバー１１の側壁に第２オイル出口１１３および第２オイル入口１１４がさらに開設され、第２オイル出口１１３および第２オイル入口１１４は第３サーボポンプ１４上のオイル入出口に対応して接続される。

第３油圧シリンダ９１は大腿アーム６に位置し、フレキシブルなオイルパイプの長さを短くするために、取付ブラケット２に２つの第２油路２８がさらに開設され、第２油路２８は取付ブラケット２の第１側板２１および第２側板２２を貫通し、２つの第２油路２８の間隔は第２オイル出口１１３および第２オイル入口１１４の間隔と同じである。取付ブラケット２は第２オイル出口１１３および第２オイル入口１１４との接触位置はシールリングによって封止される。チャンバー１１には、第２オイル出口１１３および第２オイル入口１１４の周囲にシール溝が開設され、シールリングはシール溝に配置される。

第２オイル出口１１３および第２オイル入口１１４のチャンバー１１から離れた一端に、それぞれオイルパイプを介して第３油圧シリンダ９１のオイル入出口に対応して接続され、オイルパイプは取付ブラケット２の内部に敷設され得、オイルパイプの長さを短くすることができる一方、オイルパイプが外部異物によって引っ掛かったり絡まったりする可能性を低減することができる。

図２９および図３０を参照すると、ロボットの防爆性能を向上させるために、チャンバー１１の内部気圧は正圧として設計され、チャンバー１１内に保護ガスを封入するためにチャンバー１１の上部カバーにエアノズルが開設される。制御ユニット１２および第１サーボポンプ１３、第２サーボポンプ１５および第３サーボポンプ１４のサーボモータはチャンバー１１内に配置されるために、第１オイルシリンダ３、第２オイルシリンダ４および第３オイルシリンダ５はチャンバー１１の外部に配置され、ロボットの電気部品はチャンバー１１によって絶縁保護され、電気油圧分離の効果が達成され、ロボットの防爆性能が向上する。

ロボットの機能要件に従って、チャンバー１１の上部カバーに、レーザーレーダー１６、ＲＴＫアンテナ１７、防爆ボタン１８および防爆音光警報器１９のうちの少なくとも１つがさらに取り付けられる。ここで、レーザーレーダー１６の外部用ガラスカバーによって封止されており、防爆性能を高め、ＲＴＫアンテナ１７、防爆ボタン１８および防爆音光警報器１９は防爆回路を採用し、回路がチャンバー１１を貫通する部分に接着剤を塗布して封止され、防爆性能を向上させる。

チャンバー１１の側壁に設計されたオイル入出口により、各油圧ポンプは直接チャンバー１１上のオイル出入口に接続され、第１油圧シリンダ３１および第２油圧シリンダ５１はそれぞれチャンバー１１の側壁に設計されたオイル入出口に接続され、油路の使用を減らし、ロボットの動作安定性を向上させることができる。

油圧システムの構成を簡略化して体積を縮小することにより、チャンバー１１の体積およびロボットの体積を縮小することができ、ロボットの耐荷重および応用を容易にするために、本出願はＥＨＡ閉鎖型油圧システムを採用する。

図３１および図３２を参照すると、ＥＨＡ閉鎖型油圧システムは、双方向ポンプｋ１、双方向ポンプｋ１を回転させるためのモータｋ２、メイン油路１ｋ３、メイン油路２ｋ４、アキュムレータｋ５および対称作動ユニットｋ６を含み、双方向ポンプｋ１の２つの吸込ポートはそれぞれメイン油路１ｋ３およびメイン油路２ｋ４と連通し、双方向ポンプｋ１はアキュムレータｋ５と連通し、
一方向平衡バルブ１ｋ７、一方向平衡バルブ２ｋ８および双方向ポンプｋ１とアキュムレータｋ５の一方と連通する油充填口ｋ９をさらに含み、一方向平衡バルブ１ｋ７と一方向平衡バルブ２ｋ８の第１バルブポートｋ１０はそれぞれ対称作動ユニットｋ６のオイルポート１およびオイルポート２と連通し、一方向平衡バルブ１ｋ７と一方向平衡バルブ２ｋ８の第２バルブポートｋ１３はそれぞれメイン油路１ｋ３およびメイン油路２ｋ４の油入口と連通し、
一方向平衡バルブ１ｋ７の制御バルブポートｋ１４は一方向平衡バルブ２ｋ８の第２バルブポートｋ１３前のメイン油路２ｋ４と連通し、一方向平衡バルブ２ｋ８の制御バルブポートｋ１４は一方向平衡バルブ１ｋ７の第２バルブポートｋ１３前のメイン油路１ｋ３と連通し、
一方向平衡バルブ１ｋ７の第１バルブポートｋ１０はオーバーフローバルブを介して一方向平衡バルブ２ｋ８の第１バルブポートｋ１０と双方向連通し、
アキュムレータｋ５は一方向バルブｋ１６を介してそれぞれ一方向平衡バルブ１ｋ７および一方向平衡バルブ２ｋ８の第２バルブポートｋ１３と連通する。

双方向ポンプｋ１が時計回りに回転すると、双方向ポンプｋ１からの油液は一方向平衡バルブ１ｋ７の第２バルブポートｋ１３、第１バルブポートｋ１０を介して対称作動ユニットｋ６の上部空洞に入り、対称作動ユニットｋ６に負荷がかかると、この回路は時間的に高圧油となる。対称作動ユニットｋ６の下部空洞の油戻り路では、一方向平衡バルブ１ｋ７の第２バルブポートｋ１３よりも前の油路の高圧作動油の圧力制御により、一方向平衡バルブ２ｋ８の制御バルブポートｋ１４がオンされたときのみ、油液が平衡バルブ２の第１バルブポートｋ１０、第２バルブポートｋ１３を介して双方向ポンプｋ１に戻り、対称作動ユニットｋ６の上部空洞の圧力が低下すると、一方向平衡バルブ２ｋ８の制御バルブポートｋ１４はオンされず、対称作動ユニットｋ６はその位置を維持する。

双方向ポンプｋ１が反時計回りに回転すると、双方向ポンプｋ１からの油液は一方向平衡バルブ２ｋ８の第２バルブポートｋ１３、第１バルブポートｋ１０を介して対称作動ユニットｋ６の下部空洞に入り、対称作動ユニットｋ６に負荷がかかると、この回路は時間的に高圧油となる。対称作動ユニットｋ６の下部空洞の油戻り路では、一方向平衡バルブ１ｋ７の第２バルブポートｋ１３より前の油路の高圧作動油の圧力制御により、一方向平衡バルブ１ｋ７の制御バルブポートｋ１４がオンされたときのみ、油液が一方向平衡バルブの第１バルブポートｋ１０、第２バルブポートｋ１３を介して双方向ポンプｋ１に戻り、下部空洞の圧力が低下すると、一方向平衡バルブ１ｋ７の制御バルブポートｋ１４はオンされず、対称作動ユニットｋ６はその位置を維持し、同時に、一方向平衡バルブ２ｋ８も一方向流動状態または閉鎖状態にあり、このとき、システムモータｋ２は回転を停止することができ、対称作動ユニットｋ６は任意の移動範囲内でその位置を維持することができる。一方向平衡バルブ１ｋ７と一方向平衡バルブ２ｋ８間に接続された双方向オーバーフローバルブは保護機能を果たし、システム圧力を一定値内に制限し、システム過圧を防止し、一側が過圧になると、この側のオーバーフローバルブがオンになり、油液が低圧側に流れる。

アキュムレータｋ５は、閉鎖型油圧回路で必要とされた油液および作動油の漏れによるシステムへの補給油を蓄える一方、双方向ポンプｋ１の吸油圧を維持し、低圧吸油側に油を補給するように構成される。油充填口ｋ９は一方向バルブｋ１６を介してシステムに油を補給し、アキュムレータｋ５は一方向バルブｋ１６を介して双方向ポンプｋ１の低圧側に油を補給するように構成される。

本実施例では、双方向ポンプｋ１は歯車ポンプであり、歯車ポンプは互いに噛み合う駆動ギアと従動ギアを含む。平衡バルブは流路がコンパクトで体積が小さいという利点を有するプラグイン方式を採用しており、ポンプバルブ一体型装置の体積をさらに減少し、全体構造をよりコンパクトにすることができる。アキュムレータｋ５は、スプリング式アキュムレータ、ピストン式アキュムレータまたは耐油性エラストマ式アキュムレータである。耐油性エラストマ式アキュムレータは、エアバッグ式またはダイヤフラム式アキュムレータである。本実施例ではスプリング式アキュムレータを採用し、このアキュムレータは、スプリングの圧縮・伸長により油圧エネルギーを蓄圧・解放し、スプリングと圧力油はピストンによって隔離され、スプリングの力はピストンによって作動油に作用する。

上部空洞と下部空洞の容積と流量が異なるため、システムの複雑さを増加させる非対称油圧シリンダよりも、本発明では対称油圧シリンダに基づく静電回路を採用する。本システムは、二重油圧制御一方向バルブと大型アキュムレータで構成される油補給回路が不要であるため、回路原理が大幅に簡略化され、本システムを４脚ロボットの脚部関節に適用する場合、回路上の平衡バルブは２つの目的を達成し：第１に、ロボットの電源が切れているかどうかに関係なく、ロボットの関節を関節角度範囲内の任意の角度でロックし、この機能により、電源が切れた場合でも、ロボットは安定した姿勢で長時間立ち続けることができ、第２に、第４象限に対応するしゃがみ負負荷状態に適合させ、ロボットがスムーズにしゃがみを実施できるようにすることができる。作業状態の要求が実現されるだけでなく、システムがシンプルであるため、油圧システムに必要な体積と重量が大幅に削減され、システムの信頼性が向上し、電源オフ状態でも安定した姿勢での起立が可能である。

本実施例では、対称作動ユニットｋ６は具体的にダブルピストンロッド油圧シリンダであり、このシステムの双方向ポンプｋ１は定量歯車ポンプを採用し、システムが可変流量を必要とする作動状態にあるとき、具体的に、モータｋ２の回転数および回転方向を変化させることにより、流量の変化および油液流動方向の変化を実現することができ、モータｋ２は、エンコーダーを介してドライバ４４により制御され、モータｋ２の回転数の閉ループ制御を実現し、回転数と回転方向を正確に制御することができる。オーバーフローバルブは、オーバーフローバルブ１１１とオーバーフローバルブ２１２を含む。

ＥＨＡ閉鎖型油圧システムは、それぞれ一方向平衡バルブ１ｋ７と一方向平衡バルブ２ｋ８の第１バルブポートｋ１０に接続された圧力センサｋ１７をさらに含んでもよい。２つの圧力センサｋ１７はそれぞれシステム中のメイン油路１ｋ３とメイン油路２ｋ４の油油圧力を測定するために使用され、油圧システムおよびアクチュエーター機構の動的制御を実現する。

ＥＨＡ閉鎖型油圧システムは、メイン油路１およびメイン油路２にそれぞれ接続された温度センサｋ１８をさらに含んでもよい。温度センサｋ１８は、システムの油漏れおよび油補給温度を測定するために使用され、油温度はシステムの温度警報信号の設置に使用される。

本装置は、すべての構成要素および部品を１つのバルブブロックに統合され、歯車ポンプは独立したシェルを持たず、歯車ポンプの定格回転数は３０００ｒ／ｍｉｎ、ピーク回転数は４０００ｒ／ｍｉｎに達する。ダブルピストンロッド油圧シリンダの最大油液流量は３Ｌ／ｍｉｎであり、システムの最大作業圧力は２０ＭＰａである。モータの伝達軸も一緒に設計・加工され、歯車ポンプの伝達軸として、伝達軸はカプラを介して歯車ポンプの駆動ギアに接続される。

従来の油圧システムの設計では、標準モータ、カプラ、ベルカバーおよび歯車ポンプを使用する必要があり、体積が大幅に増加する。本解決策中のポンプバルブ一体装置は、従来の油圧システムと比較して、閉鎖型システムの体積や外形が大きくなりすぎるという問題を解決し、歩行ロボットに適用した場合、油圧システムが大きすぎるために製品全体の体積が大きくなりすぎ、その結果、耐荷重や適用が困難になるという事実を回避することができる。

本解決策は、４脚ロボットの関節応用作動状態に従って、関節電気油圧式複合伝達ソリューションを提供する。ロボットの脚部関節は主に股側方揺動関節、股回転関節および膝関節に分けられる。地面環境は平地、坂道、階段の３つの環境に分けられ、どのような環境であっても、脚式ロボットは４本の脚が地面に接して姿勢を調整するという作動状態を備え、ロボットの体幹については、６つの空間自由度の方向に重心の姿勢を調整し、股側方揺動、股回転および膝回転の３つの異なる関節については、異なる位置に配置されているため、４本の脚が地面に接して姿勢を調整する場合、それぞれの負荷作動状態も異なり、第２油圧シリンダ５１および第１油圧シリンダ３１は両方とも体幹に配置されているため、対応する作動状態は同様である。しかし、膝関節９の第３油圧シリンダ９１は脚に取り付けられているため、その作動状態は他の２つの油圧シリンダとは異なる。

膝関節９の油圧シリンダ９１の作動状態は次のとおりである。

４脚ロボットの足先がすべて地面に接するとき、膝関節９には２つの作動状態があり：第１に、ロボット体幹および負荷作用下で油圧シリンダピストンロッドが収縮し、対応する膝関節９の角度が小さくなり、負の負荷作動状態であり、第２に、ロボット体幹および負荷重量を克服して油圧シリンダピストンロッドが伸び、対応する膝関節９の角度が大きくなり、これは正の負荷作動状態である。

４脚ロボットのある足先が地面から離れ、空中で一定の軌道を実行する場合、脚を持ち上げられる過程で、膝回転関節は脚の重量を克服して油圧シリンダピストンロッドを収縮させ、対応する関節角度が小さくなり、これは正の負荷作動状態であり、脚の着地過程で、脚は一般に計量設計が採用されるため、脚の重量はその時点では小さく、足先の着地速度を速めるために、膝関節９の油圧シリンダが伸び、その時点、油圧ポンプがポンプ状態になり、油圧シリンダが負荷作動状態になる可能性があり、同時に、外力によって膝関節９が引っ張られるような極端な状態も考慮する必要がある。上記の分析により、４脚ロボットでは、膝関節９の負荷作動状態は図３３、図３４に示される。

図３３は、４脚ロボットの関節配置を示す概略図であり、膝関節９は油圧シリンダ＋連結ロッドの回転駆動モードを採用している。負荷力Ｆと油圧シリンダピストンロッド速度ｖで構成される平面座標系において、膝関節９の第３油圧シリンダ９１の負荷作動状態は第１、第２、第３、第４象限に集中し、各象限で対応の機能を完成し、負荷力と油圧シリンダピストンロッド速度の方向は、図３３のＦＶ線図のとおりである。

本考案中のＥＨＡ閉鎖型油圧システムは、対称作動ユニットの閉鎖型油圧システムを採用し、非対称油圧シリンダよりも、二重油圧制御一方向バルブと大型アキュムレータで構成される油補給回路が不要であるため、回路原理が大幅に簡略化され、回路に一方向平衡バルブ１ｋ７および一方向平衡バルブ２ｋ８が取り付けられ、平衡バルブは２つの目的を達成し：第１に、ロボットの電源が切れているかどうかに関係なく、ロボットの関節を関節角度範囲内の任意の角度でロックし、この機能により、電源が切れた場合でも、ロボットは安定した姿勢で長時間立ち続けることができ、第２に、第４象限に対応するしゃがみ負負荷状態に適合させ、ロボットがスムーズにしゃがみを実施できるようにすることができる。作業状態の要求が実現されるだけでなく、システムがシンプルであるため、油圧システムに必要な体積と重量が大幅に削減され、システムの信頼性が向上し、電源オフ状態でも安定した姿勢での起立が可能である。

股関節機構の油圧シリンダ側方揺動とピッチ作動状態は次のとおりである。

図３５（ａ）は、股ピッチ関節の足先が地面に接する作動状態を示し、図３５（ｂ）は股ピッチ関節の足先が地面から離れた作動状態を示し、図３６（ａ）は股側方揺動関節の足先が地面に接する作動状態を示し、図３６（ｂ）は股側方揺動関節の足先が地面から離れた作動状態を示す。

股側方揺動関節は、股側方揺動関節の角度によって、その負荷作動状態が変化する。

足先が地面に接するとき、地面の足先に対する作用力が上方に向き、チャンバー１１に対する脚の異なる位置によって、股側方揺動と股ピッチ関節で発生するトルク方向が異なる。図３５（ａ）の股ピッチ関節足先が地面に接する作動状態と図３６（ａ）の股側方揺動関節足先が地面に接する作動状態に示すように、脚がＯＢに示すような中心線ＯＡの左側位置にあるとき、地面によって股側方揺動関節と股ピッチ関節に作用するトルクは時計回り方向であり、脚がＯＢ′に示すような中心線ＯＡの右側にあるとき、地面によって股側方揺動と股ピッチ関節に作用するトルクは反時計回り方向である。したがって、股側方揺動と股ピッチ関節がＯＢまたはＯＢ′位置で双方向揺動するとき、四象限の負荷作動状態、正負荷および負負荷作動状態がすべて現れることになる。

足先が地面から離れたとき、脚全体の重力が常に下方に向き、図３５（ｂ）の股ピッチ関節足先が地面から離れた作動状態と図３６（ｂ）の股側方揺動関節足先が地面から離れた作動状態に示すように、脚が中心線ＯＡの左側ＯＢ位置にあるとき、脚重力によって発生するトルクは股側方揺動中心に沿って反時計回り方向であり、脚が中心線ＯＡの右側ＯＢ′位置にあるとき、脚重力によって発生するトルクは股側方揺動中心に沿って時計回り方向である。脚全体が計量設計を採用しているため、股側方揺動関節アクチュエーターの摩擦力によって発生するトルクが重力によって発生するトルクよりも大きいとき、２つの正負荷作動状態しか存在しない。

本考案のＥＨＡ閉鎖型油圧システムを４脚ロボットに適用する場合、４脚ロボットの股ピッチ関節、股側方揺動関節、膝回転関節の油圧原理が統一され、外力によって膝関節が引っ張られる極端な状態およびすべての関節双方向負負荷の状況が考慮され、その後の構成要素と部品の共通使用やメンテナンスに利便性がもたらされる。

油圧回路上の一方向平衡バルブ１ｋ７と一方向平衡バルブ２ｋ８は、負負荷作動状態において、双方向ポンプｋ１がモータとなり、モータが発電機となる状態を回避することができ、その後の電気エネルギー制御に支障をきたすことを回避することができる。例えば、次のような作動状態において、油圧シリンダの合力方向が運動方向と同じで共に下向きであるばあ、作業状態が負負荷作動状態となり、油圧シリンダの上部空洞の圧力が低下し、一方向平衡バルブ２ｋ８の制御油路圧力が不足し、一方向平衡バルブ２ｋ８をオンすることができないと、下部空洞の油液は油圧シリンダの油室と管路内に密閉され、双方向ポンプｋ１に戻らず、油圧シリンダが負負荷の作動状態でもその位置を維持し、双方向ポンプｋ１の異常作動を回避することができる。

以上は本出願の好ましい実施例に過ぎず、本出願の保護範囲を限定することを意図するものではないため、本出願の構造、形状および原理に従ってなされた等価変更は、すべて本出願の保護範囲に含まれるものとする。

１ 制御アセンブリ
１１ チャンバー
１１１ 第１オイル出口
１１２ 第１オイル入口
１１３ 第２オイル出口
１１４ 第２オイル入口
１２ 制御ユニット
１３ 第１サーボポンプ
１４ 第２サーボポンプ
１５ 第３サーボポンプ
１６ レーザーレーダー
１７ ＲＴＫアンテナ
１８ 防爆ボタン
１９ 防爆音光警報器
２ 取付ブラケット
２１ 第１側板
２２ 第２側板
２２１ 固定孔
２３ 接続座
２４ 固定部
２５ 第１軸孔
２６ 第２軸孔
２７ 取付溝
２８ 第２油路
２９ 第１油路
３ 脚足前後揺動機構
３１ 第１油圧シリンダ
３１１ ピストンロッド
３２ 第１スライドレール
３３ スライドブロック
３４ 接続ブロック
３４１ 挿入口
３４２ 第１耳板
３４３ 傾斜面
３５ 第１連結ロッド
３６ 取付座
３６１ 接続部
３６２ 第２耳板
３６３ 開口
３６４ 第３軸孔
３６５ 固定孔
３７ 歯付き板
３８ 回転軸
４ 接続部材
４１ 取付管
４１１ 取付孔
４１２ 位置決めリング
４１３ 取付溝
４１４ 操作口
４１５ 挿通孔
４１６ 固定孔
４２ 連結リング
４３ 支持アーム
４３１ 第４軸孔
４３２ ピン孔
４３３ 退避溝
４３４ ワイヤチャンネル
４４ 従動ギア
４５ 軸受
４６ エンドキャップ
５ 側方揺動駆動機構
５１ 第２油圧シリンダ
５２ 第２スライドレール
５３ スライドレスト
５４ 第２連結ロッド
６ 大腿アーム
６１ 第１軽量化孔
６２ 外耳板
６３ 内耳板
６４ 取付溝
６５ ピン孔
６６ 第１膝耳板
６７ 貫通孔
６８ ワイヤ孔
７ 下腿アーム
７１ 第２軽量化孔
７２ 第２膝耳板
７３ 挿通孔
７４ 足接続端
７５ 取付孔
７６ 延長溝
８ 足関節
８１ 足スリーブ
８１１ 滑り止め溝
８２ 内側カプセル
８２１ ネジセグメント
８３ カバープレート
８４ 固定ナット
８５ 圧力センサ
９ 膝関節
９１ 第３油圧シリンダ
９１１ シリンダ
９１２ ピストンロッド
９１３ 取付ブラケット
９２ 第１接続部
９３ 第２接続部
１０ ケーブル
ｋ１ 双方向ポンプ
ｋ２ モータ
ｋ３ メイン油路１
ｋ４ メイン油路２
ｋ５ アキュムレータ
ｋ６ 対称作動ユニット
ｋ７ 一方向平衡バルブ１
ｋ８ 一方向平衡バルブ２
ｋ９ 油充填口
ｋ１０ 第１バルブポート
ｋ１１ オーバーフローバルブ１
ｋ１２ オーバーフローバルブ２
ｋ１３ 第２バルブポート
ｋ１４ 制御バルブポート
ｋ１５ 第３バルブポート
ｋ１６ 一方向バルブ
ｋ１７ 圧力センサ
ｋ１８ 温度センサ

Claims (16)

1. 正圧チャンバー（１１）と脚足アセンブリを含み、脚足アセンブリは油圧シリンダを含む電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボットであって、チャンバー（１１）内にサーボポンプが設けられ、油圧シリンダはチャンバー（１１）の外側に位置し、チャンバー（１１）の壁にサーボポンプと油圧シリンダの連通のためのオイル出入口が開設され、
   脚足アセンブリは、取付ブラケット（２）、脚足前後揺動機構（３）、股関節機構および脚足機構を含み、脚足前後揺動機構（３）と股関節機構は取付ブラケット（２）を介してチャンバー（１１）の外側に接続され、股関節機構は脚足機構に接続されて脚足機構を内外揺動駆動可能であり、脚足前後揺動機構（３）は股関節機構に伝達可能に接続され、脚足前後揺動機構（３）は股関節機構を回転可能に駆動し、
   脚足前後揺動機構（３）は股関節機構に同軸伝達可能に接続され、
   股関節機構は接続部材（４）と側方揺動駆動機構（５）を含み、接続部材（４）は取付ブラケット（２）に回転可能に接続され、側方揺動駆動機構（５）は接続部材（４）と脚足機構間に接続され、側方揺動駆動機構（５）は脚足機構の内外揺動に動力を供給し、
   接続部材（４）上に従動ギア（４４）が同軸に嵌設されて固定され、脚足前後揺動機構（３）は、駆動ギアコンポーネントとパワーコンポーネントを含み、駆動ギアコンポーネントは取付ブラケット（２）に回転可能に接続されて従動ギア（４４）と噛み合い、パワーコンポーネントは、駆動ギアコンポーネントを回転可能に駆動する、ことを特徴とする電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
2. パワーコンポーネントは、第１油圧シリンダ（３１）、第１スライドレール（３２）、スライドレスト（３３、３４）および第１連結ロッド（３５）を含み、第１スライドレール（３２）は取付ブラケット（２）に固定され、第１スライドレール（３２）の長さ方向は接続部材（４）の回転軸線に垂直であり、第１油圧シリンダ（３１）のシリンダは取付ブラケット（２）に固定され、第１油圧シリンダ（３１）のピストンロッド（３１１）はスライドレスト（３３、３４）に接続されてスライドレスト（３３、３４）を第１スライドレール（３２）に沿って相対的に摺動させるように駆動し、第１連結ロッド（３５）の一端はスライドレスト（３３、３４）にヒンジで接続され、第１連結ロッド（３５）の他端は駆動ギアコンポーネントと偏心回転可能に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
3. 接続部材（４）は取付管（４１）と一対の支持アーム（４３）を含み、支持アーム（４３）は取付管（４１）の軸線に沿って設けられて取付管（４１）の一端に固定され、取付管（４１）は取付ブラケット（２）に回転可能に接続され、支持アーム（４３）の取付管（４１）から離れた一端に軸孔が開設され、軸孔の軸線は取付管（４１）の軸線に垂直である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
4. 側方揺動駆動機構（５）は、第２油圧シリンダ（５１）、第２スライドレール（５２）、スライドレスト（３３、３４）および第２連結ロッド（５４）を含み、第２スライドレール（５２）は軸線に沿って取付管（４１）の内壁に固定され、第２油圧シリンダ（５１）は取付管（４１）の支持アーム（４３）から離れた一端に接続され、第２油圧シリンダ（５１）はスライドレスト（３３、３４）を第２スライドレール（５２）に沿って相対的に摺動させるように駆動し、第２連結ロッド（５４）の一端はスライドレスト（３３、３４）にヒンジで接続され、第２連結ロッド（５４）の他端は取付管（４１）から支持アーム（４３）に向かって延出して設けられる、ことを特徴とする請求項３に記載の電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
5. チャンバー（１１）内に第１サーボポンプ（１３）が接続され、脚足前後揺動機構（３）は第１油圧シリンダ（３１）を含み、チャンバー（１１）の側壁に第１オイル出口（１１１）と第１オイル入口（１１２）が貫通して開設され、第１オイル出口（１１１）と第１オイル入口（１１２）は、第１サーボポンプ（１３）と第１油圧シリンダ（３１）の連通のために使用される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
6. チャンバー（１１）内に第２サーボポンプ（１５）が接続され、股関節機構は第２油圧シリンダ（５１）を含み、チャンバー（１１）の側壁に、第２サーボポンプ（１５）と第2油圧シリンダ（５１）の連通のためのオイル入出口が開設される、ことを特徴とする請求項５に記載の電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
7. 正圧チャンバー（１１）と脚足アセンブリを含み、脚足アセンブリは油圧シリンダを含む電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボットであって、チャンバー（１１）内にサーボポンプが設けられ、油圧シリンダはチャンバー（１１）の外側に位置し、チャンバー（１１）の壁にサーボポンプと油圧シリンダの連通のためのオイル出入口が開設され、
   脚足アセンブリは、取付ブラケット（２）、脚足前後揺動機構（３）、股関節機構および脚足機構を含み、脚足前後揺動機構（３）と股関節機構は取付ブラケット（２）を介してチャンバー（１１）の外側に接続され、股関節機構は脚足機構に接続されて脚足機構を内外揺動駆動可能であり、脚足前後揺動機構（３）は股関節機構に伝達可能に接続され、脚足前後揺動機構（３）は股関節機構を回転可能に駆動し、
   チャンバー（１１）内に第１サーボポンプ（１３）が接続され、脚足前後揺動機構（３）は第１油圧シリンダ（３１）を含み、チャンバー（１１）の側壁に第１オイル出口（１１１）と第１オイル入口（１１２）が貫通して開設され、第１オイル出口（１１１）と第１オイル入口（１１２）は、第１サーボポンプ（１３）と第１油圧シリンダ（３１）の連通のために使用され、
   第１油圧シリンダ（３１）は取付ブラケット（２）に固定され、取付ブラケット（２）上に第１オイル出口（１１１）と第１オイル入口（１１２）をそれぞれ接続するための第１油路（２９）が設けられる、ことを特徴とする電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
8. チャンバー（１１）内に第３サーボポンプ（１４）が接続され、脚足機構は第３油圧シリンダ（９１）を含み、チャンバー（１１）の側壁に第３サーボポンプ（１４）と連通するための第２オイル出口（１１３）および第２オイル入口（１１４）が開設される、ことを特徴とする請求項６に記載の電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
9. 正圧チャンバー（１１）と脚足アセンブリを含み、脚足アセンブリは油圧シリンダを含む電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボットであって、チャンバー（１１）内にサーボポンプが設けられ、油圧シリンダはチャンバー（１１）の外側に位置し、チャンバー（１１）の壁にサーボポンプと油圧シリンダの連通のためのオイル出入口が開設され、
   脚足アセンブリは、取付ブラケット（２）、脚足前後揺動機構（３）、股関節機構および脚足機構を含み、脚足前後揺動機構（３）と股関節機構は取付ブラケット（２）を介してチャンバー（１１）の外側に接続され、股関節機構は脚足機構に接続されて脚足機構を内外揺動駆動可能であり、脚足前後揺動機構（３）は股関節機構に伝達可能に接続され、脚足前後揺動機構（３）は股関節機構を回転可能に駆動し、
   チャンバー（１１）内に第１サーボポンプ（１３）が接続され、脚足前後揺動機構（３）は第１油圧シリンダ（３１）を含み、チャンバー（１１）の側壁に第１オイル出口（１１１）と第１オイル入口（１１２）が貫通して開設され、第１オイル出口（１１１）と第１オイル入口（１１２）は、第１サーボポンプ（１３）と第１油圧シリンダ（３１）の連通のために使用され、
   チャンバー（１１）内に第２サーボポンプ（１５）が接続され、股関節機構は第２油圧シリンダ（５１）を含み、チャンバー（１１）の側壁に、第２サーボポンプ（１５）と第2油圧シリンダ（５１）の連通のためのオイル入出口が開設され、
   チャンバー（１１）内に第３サーボポンプ（１４）が接続され、脚足機構は第３油圧シリンダ（９１）を含み、チャンバー（１１）の側壁に第３サーボポンプ（１４）と連通するための第２オイル出口（１１３）および第２オイル入口（１１４）が開設され、
   取付ブラケット（２）に第２オイル出口（１１３）と第２オイル入口（１１４）をそれぞれ接続するための第２油路（２８）がさらに開設され、第２油路（２８）は第３油圧シリンダ（９１）と連通する、ことを特徴とする電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
10. チャンバー（１１）のオイル入出口両端にシールリングが設けられる、ことを特徴とする請求項６に記載の電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
11. チャンバー（１１）上にシールリングを配置するためのシール溝が設けられる、ことを特徴とする請求項１０に記載の電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
12. 正圧チャンバー（１１）と脚足アセンブリを含み、脚足アセンブリは油圧シリンダを含む電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボットであって、チャンバー（１１）内にサーボポンプが設けられ、油圧シリンダはチャンバー（１１）の外側に位置し、チャンバー（１１）の壁にサーボポンプと油圧シリンダの連通のためのオイル出入口が開設され、
    脚足アセンブリは、取付ブラケット（２）、脚足前後揺動機構（３）、股関節機構および脚足機構を含み、脚足前後揺動機構（３）と股関節機構は取付ブラケット（２）を介してチャンバー（１１）の外側に接続され、股関節機構は脚足機構に接続されて脚足機構を内外揺動駆動可能であり、脚足前後揺動機構（３）は股関節機構に伝達可能に接続され、脚足前後揺動機構（３）は股関節機構を回転可能に駆動し、
    脚足機構は、大腿アーム（６）、下腿アーム（７）および膝関節（９）を含み、大腿アーム（６）は下腿アーム（７）に回転可能に接続され、膝関節（９）は第３油圧シリンダ（９１）、第１接続部（９２）および第２接続部（９３）を含み、第３油圧シリンダ（９１）のシリンダは大腿アーム（６）に回転可能に接続され、第１接続部（９２）の他端は大腿アーム（６）に回転可能に接続され、第２接続部（９３）の他端は下腿アーム（７）に回転可能に接続され、大腿アーム（６）と下腿アーム（７）の回転軸点、第１接続部（９２）と大腿アーム（６）の回転軸点、第２接続部（９３）と下腿アーム（７）の回転軸点および第１接続部（９２）と第２接続部（９３）の回転軸点とは四辺形を形成する、ことを特徴とする電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
13. 脚足機構は、足関節（８）を含み、足関節（８）は足スリーブ（８１）および足スリーブ（８１）内に設けられた弾性内側カプセル（８２）を含み、内側カプセル（８２）に圧力センサ（８５）が接続される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
14. チャンバー（１１）上にレーザーレーダー（１６）、ＲＴＫアンテナ（１７）、防爆ボタン（１８）、防爆音光警報器（１９）のうちの少なくとも１つが設けられる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
15. レーザーレーダー（１６）の周囲に密閉用ガラスカバーが設けられる、ことを特徴とする請求項１４に記載の防爆型電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。
16. ＲＴＫアンテナ（１７）、防爆ボタン（１８）および防爆音光警報器（１９）のラインは防爆ケーブルであり、防爆ケーブルがチャンバー（１１）を通過する部分に粘着シーリングが施されている、ことを特徴とする請求項１４に記載の防爆型電気油圧複合駆動式防爆脚足ロボット。