[發(fā)明專利]一種機器人及負載口獨立控制的高低壓切換型液壓機械腿

有效

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• 申請日: 2020-04-16
• 公開（公告）號: CN111608972B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設計）人: 金波;董峻魁;劉子祺;翟碩
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F15B11/08
• 分類號: F15B11/08;F15B13/04;B62D57/032
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權代理有限公司 33224
• 代理人: 何彬

本發(fā)明涉及一種機器人及負載口獨立控制的高低壓切換型液壓機械腿，屬于機器人技術領域。該機械腿包括相鄰接的兩腿桿、控制執(zhí)行器及用于驅使該兩腿桿相對擺動的液壓缸；控制執(zhí)行器包括均為三位三通閥的高壓端閥、第一低壓端閥及第二低壓端閥；高壓端閥的雙管接頭中的一者與油箱的進口連通，另一者與高壓液壓源連通；第一低壓端閥的雙管接頭中的一者與低壓液壓源連通，另一者與油箱連通，其單管接頭與高壓端閥的單管接頭通過三通管結構而與無桿油腔接口連通；第二低壓端閥的雙管接頭的一者與低壓液壓源連通，另一者與油箱連通，其單管接頭與有桿油腔接口連通。該結構能有效地提高機器人系統(tǒng)的能量利用率，可廣泛應用于多足機器人等技術領域中。

技術領域

本發(fā)明涉及機器人部件技術領域，具體地說，涉及一種負載口獨立控制的高低壓切換型液壓機械腿及以其構建的機器人。

背景技術

多足步行機器人作為一種能夠替代人類完成危險、復雜及高強度工作的機器人，獲得較為廣泛地發(fā)展與應用。對于多足步行機器人而言，其主要驅動方式有電驅動與液壓驅動。

與電驅動式機器人相比，采用液壓作為驅動方式的機器人具有功率密度大、負載高、高帶寬、響應快及抗擾動能力強等優(yōu)勢。例如，本申請人申請且已公開的公布號為CN109501881A的專利文獻所公開了一種四足機器人，如其附圖所示，其兩只前腿均包括由關節(jié)鉸接的大腿桿與小腿桿，及用于驅使該兩腿桿相對繞關節(jié)擺動的液壓缸。此外，申請人在公開號為CN104029745A公開了一種液壓機械腿，其可廣泛應用于四足或六足機器人。

當前，由于液壓缸通常為使用單個電液比例閥控制液壓缸的動作，導致其進出閥口存在耦合，而限制了系統(tǒng)的響應、提高整體系統(tǒng)的能量消耗；而且在工作過程中，液壓機械腿需要在支撐相與擺動相之間切換，且在支撐態(tài)需要承擔機器人自重及相關負載，導致需向其供給高壓油液，而在擺動相時，僅需供給低壓油液即可，此時閥口存在大量節(jié)流損失，使得能量利用率低；此外，為了滿足全程運動需求，目前定轉速泵源輸出流量要求大于所需的平均流量，但是機器人在運動過程中所需流量具有不均勻的特點，導致液壓機器人在運動過程中存在大量的溢流損失，進一步地降低了能量利用率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提供一種負載口獨立控制的高低壓切換型液壓機械腿，以解決目前進出閥口存在耦合的問題，從而有效地提高系統(tǒng)的響應，并降低系統(tǒng)的整體能量消耗的同時，有效地適應支撐相與擺動相之間所需壓力差，以減少節(jié)流損失，從而有效地提高其能量利用率；

本發(fā)明的另一目的是提供一種基于上述液壓機械腿所構建的多足步行機器人，以能有效地提高該機器人的能量利用率；

本發(fā)明的再一目的是提供一種負載口獨立控制的高低壓切換型液壓機械腿，能有效地減少運動過程中的溢流損失，而進一步提高其能量的利用率。

為了實現(xiàn)上述主要目的，本發(fā)明提供的負載口獨立控制的高低壓切換型液壓機械腿包括第一腿桿，與第一腿桿由連接關節(jié)鉸接的第二腿桿，用于驅使兩相鄰接腿桿繞連接關節(jié)擺動的液壓缸，及控制執(zhí)行器；液壓缸的缸體上設有無桿油腔接口與有桿油腔接口；控制執(zhí)行器包括高壓端三位三通閥、第一低壓端三位三通閥及第二低壓端三位三通閥；高壓端三位三通閥的雙管接頭中的一者用于與油箱的進口連通，另一者用于與高壓液壓源連通；第一低壓端三位三通閥的雙管接頭中的一者用于與低壓液壓源連通，另一者用于與所述油箱連通，其單管接頭與高壓端三位三通閥的單管接頭通過三通管結構與無桿油腔接口連通；第二低壓端三位三通閥的雙管接頭的一者與低壓液壓源連通，另一者用于與油箱連通，其單管接頭與有桿油腔接口連通。

基于上述方案中對控制執(zhí)行器結構的改進，具體為采用三個三位三通閥替代現(xiàn)有單個電液比例閥，且三個三位三通閥中一個構成高壓端控制閥，另兩個構成低壓端控制閥；從而在工作過程中，從而可對負載口進行獨立控制，從而可有效地解決目前進出閥口存在耦合的問題，以提高系統(tǒng)的響應，并降低系統(tǒng)的整體能量消耗；此外，基于該控制執(zhí)行器，能有效地利用高低壓液壓源為該機械腿在運動過程中的支撐相與擺動相提供適宜的壓力，即采用高低壓兩級供油方式，而能有效地降低閥口節(jié)流損失。