[發明專利]一種輪腿機器人及其腿部關節驅動裝置

在審

• 申請號: 202011427718.0
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112460085A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 胡小東;徐彬;秦也辰;劉輝;項昌樂;楊海洋;劉春桃
• 申請（專利權）人: 北京理工大學重慶創新中心;北京理工大學
• 主分類號: F15B11/08
• 分類號: F15B11/08;F15B1/02;F15B13/044;F15B13/02;F15B13/08;F15B21/08;B62D57/028
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠

本發明公開了一種輪腿機器人及其腿部關節驅動裝置，屬于輪腿機器人技術領域，包括液壓控制系統；所述液壓控制系統包括液壓缸、活塞桿、主油路、次油路、伺服電機和液壓泵；所述液壓缸內設有承載腔和非承載腔；所述活塞桿分隔承載腔和非承載腔；所述伺服電機用于驅動液壓泵；所述非承載腔、主油路、液壓泵、次油路和承載腔依次連通；所述活塞桿相對液壓缸的伸長量隨著承載腔和非承載腔內的液壓油容量的改變而改變。本發明的一種輪腿機器人及其腿部關節驅動裝置，沒有溢流損耗，無節流損耗，節約系統功率，液壓系統傳遞效率高，能量利用率高，緩沖性能好，壽命長。

技術領域

本發明屬于輪腿機器人技術領域，具體地說涉及一種輪腿機器人及其腿部關節驅動裝置。

背景技術

輪腿式機器人是指在機器人腿的末端加上了輪子，此種機器人充分結合了輪與腿的優勢，既能夠快速高效的通過車輛路面，又能夠利用腿的步態翻越障礙物，實現非結構環境下的通過。相對于足式機器人來講在路面環境下，具有更快的行進速度，故輪腿式機器人的研究得到了越來越廣泛的關注。

目前，輪腿機器人的研究主要集中于小型的輪腿機器人平臺，機器人本體及負載能力均較小，可應用電機于減速器組合來進行腿部關節的驅動；針對中/大型的輪腿機器人的腿部關節驅動，則采用伺服閥控缸來進行驅動，伺服閥安裝于液壓缸上，液壓缸活塞桿通過連桿來驅動腿部關節，伺服閥的壓力油液由一個集中式的泵站進行供給，通過控制伺服閥閥芯開口的方向及大小來控制液壓缸的輸出力/速度，進而控制腿部關節的扭矩/轉速。

中/大型輪腿機器人采用伺服閥控缸作為關節驅動裝置存在以下問題:

1、采用伺服閥控缸作為輪腿機器人關節執行器的液壓系統中，采用集中式泵站作為動力源，泵站部分為了維持恒定的系統壓力，需要采用溢流閥進行溢流來維持壓力恒定，此種方式使泵站部分一直存在溢流損耗，由此而帶來了系統的功率損耗。

2、伺服閥控缸是通過伺服閥的節流來對液壓缸實現精確的輸出力/速度的控制，存在較大的節流功率損耗，液壓系統傳遞效率低，機器人的有效能量利用率低。一般的當輪腿機器人在行駛過程中，其關節驅動裝置的輸出扭矩需要克服自身的重力及慣性力，故此時需要較大的扭矩，需采用液壓執行器來驅動，能夠達到較高的功率密度比；但當輪腿機器人在執行步態跨越障礙時，此時對于關節驅動裝置來將只需克服腿部重量即可，故此時需要的關節驅動裝置的輸出扭矩較小，若采用伺服閥控缸執行器，伺服閥閥口處會產生極大的壓差，產生較大的節流損耗。

3、由伺服閥控缸以及集中泵站組成的關節驅動裝置系統組成復雜，伺服閥抗油液污染能力差，導致整個關節驅動裝置可靠性差。

4、伺服閥控缸是由伺服閥與液壓缸組成的剛性執行機構，當輪腿機器人在地面行駛過程中遇到突起物時會對關節執行器產生瞬時的力沖擊，伺服閥控缸由于沒有被動緩沖裝置，故在此瞬時力沖擊下液壓缸內部會產生瞬時的壓力峰值，此壓力峰值會對液壓元器件及密封產生破壞。

5、伺服閥控缸驅動裝置在機器人系統一旦失電后，就無法正常工作，不方便運輸。

6、由伺服閥控缸以及集中泵站組成的關節驅動裝置系統組成復雜，伺服閥抗油液污染能力差，導致整個關節驅動裝置可靠性差。

發明內容

本發明的目的是針對上述不足之處提供一種輪腿機器人及其腿部關節驅動裝置，擬解決如何在應用于中/大型輪腿機器人的腿部關節驅動中，取消伺服閥控缸，實現無節流損耗，同時在行駛過程中的減振時，提高關節驅動器的效率，提高機器人的有效能量利用率，延長機器人的巡航時間等問題。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：