一种液压机器人主动柔顺足部机构制造技术

本发明专利技术涉及一种液压机器人主动柔顺足部机构，属于液压足式机器人领域。本发明专利技术的目的是为了解决足端与地面接触力大以及震荡导致上平台不稳定的问题，提供一种液压机器人主动柔顺足部机构。足部机构中的足部套筒为底端开口的中空套筒，顶部有突台，突台上开有插销孔用于与机器人腿部关节连接，足部套筒的筒壁上设有开口，开口与液压缸相对应；液压缸置于足部套筒内部，液压缸缸筒与足部套筒固定连接；位移传感器位于液压缸内；伺服阀通过足部套筒的开口与液压缸固定连接；液压缸缸杆依次与力传感器、滑块、弹簧、足端杆和足端半球连接；预紧螺丝用于固定足端杆，且调节弹簧的预紧力；本发明专利技术还能够实现变负载情况下的阻尼以及刚度可调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种液压机器人主动柔顺足部机构，属于液压足式机器人领域。
技术介绍
足式机器人相对于轮式、履带式等机器人具有更强的地形适应能力。对于仿人的双足机器人或者仿动物的四足或多足机器人，其足部都是机器人与环境进行接触的重要机构。在进行环境接触时，希望机器人与环境间的相互作用力小，震荡次数少，即实现机器人与环境之间的柔顺性接触。因此，设计合理的机器人足部机构是减小相互作用力和震荡次数的关键。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。传统的足式机器人足部结构一般为无柔顺或被动柔顺结构，如刚性结构或刚性结构加柔性足端，或者足端加入不可变刚度的弹簧。这些方法不具备任何适应环境变化的能力，不能主动调整足端的刚度以及阻尼。在负载以及环境变化时，足端与环境的接触过程也不可以主动调整，从而产生较大的相互作用力或者产生机器人上平台震荡。中国专利CNIO2582714A公开了一种具有负重能力的液压驱动双足机器人下肢机构，采用纯刚性足部，在与地面接触时将产生较大的接触力从而影响机器人上平台稳定。中国专利CNIO3407514A公开了一种四足仿生机器人腿，其足端采用刚性结构加弹簧的方式来进行缓冲和减震。其弹簧刚度不可调，没有加入阻尼，从而在负载变化时需要手动更换弹簧以适应负载，并且无阻尼的触地过程将导致机器人平台的多次震荡。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决足端与地面接触力大以及震荡导致上平台不稳定的问题，提供一种液压机器人主动柔顺足部机构，该结构还能够实现变负载情况下的阻尼以及刚度可调。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。一种液压机器人主动柔顺足部机构，包括：足部套筒，液压缸，伺服阀，力传感器，滑块，弹簧，预紧螺丝，足端杆，足端半球，位移传感器；所述液压缸由液压缸缸筒和液压缸缸杆组成；还包括减压阀，液压泵，溢流阀，油箱；所述足部套筒为底端开口的中空套筒，顶部有突台，突台上开有插销孔用于与机器人腿部关节连接，足部套筒的筒壁上设有开口，开口与液压缸相对应；液压缸置于足部套筒内部，液压缸缸筒与足部套筒固定连接；位移传感器位于液压缸内；伺服阀通过足部套筒的开口与液压缸固定连接；液压缸缸杆依次与力传感器、滑块、弹簧、足端杆和足端半球连接；预紧螺丝用于固定足端杆，且调节弹簧的预紧力；液压泵将液压油从油箱中泵出；液压油通过减压阀减压后流经伺服阀的进油口，进而流入液压缸中；液压油通过溢流阀溢流回油箱；所述足端杆为T形结构或十字形结构；所述滑块为一字形结构或T形结构；所述的力传感器一侧为内螺纹一侧为外螺纹，内螺纹与所述液压缸缸杆相连，外螺纹与所述滑块相连。所述足端半球采用橡胶材料增大与地面摩擦力。工作过程具体步骤如下：步骤一、为整个系统上电，通过液压泵将液压油通过减压阀泵入伺服阀，多余的液压油从溢流阀溢流回油箱。步骤二、通过位移传感器检测液压缸缸杆的位置信息，将该位置信息反馈到液压缸的控制系统。控制系统通过伺服阀对液压缸进行位置控制，使得液压缸缸杆到达给定的位置。步骤三、当足端半球与地面发生接触时，带动足端杆、弹簧和滑块向上运动，弹簧被压缩，力传感器检测到冲击力。将力传感器检测到的冲击力反馈到液压缸的控制系统，通过算法控制伺服阀，使得液压缸缸杆向上缩回，以减小冲击力。步骤四、结合位移传感器和力传感器的信息，通过伺服阀控制液压油的流量，以调节液压缸缸杆的伸出和缩回，使得足端连杆上下运动，以适应不同的足端半球与地面的接触力。有益效果本专利技术的一种液压机器人主动柔顺足部机构，在足端触地以后，通过弹簧进行缓冲，并将力传感器检测的冲击力和位置传感器检测的位置信号引入液压缸的控制系统，利用主动柔顺控制方法控制液压缸缸杆的伸出和缩回，从而为足部机构加入可调整的刚度和阻尼。当足端半球触地导致受力变化时，力传感器将力的变化实时传递给液压缸的控制器，从而通过伺服阀调节液压缸缸杆的位置，实现所述主动柔顺足部的对外界受力的适应性。附图说明图1是本专利技术足部机构三维装配图；图2是本专利技术足部机构装配图；图3是本专利技术的液压原理示意图；图4是本专利技术的液压缸主动柔顺控制方法示意图。图中：1—足部套筒，2—液压缸，3—伺服阀，4—力传感器，5—滑块，6—弹簧，7—预紧螺丝，8—足端杆，9—足端半球，10—位移传感器，11—液压缸缸筒，12—液压缸缸杆，13—减压阀，14—液压泵，15—溢流阀，16—油箱。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。实施例1一种液压机器人主动柔顺足部机构，如图1和图2所示，包括：足部套筒1，液压缸2，伺服阀3，力传感器4，滑块5，弹簧6，预紧螺丝7，足端杆8，足端半球9，位移传感器10；所述液压缸2由液压缸缸筒11和液压缸缸杆12组成；还包括减压阀13，液压泵14，溢流阀15，油箱16；所述足部套筒1为底端开口的中空套筒，顶部有突台，突台上开有插销孔用于与机器人腿部关节连接，足部套筒1的筒壁上设有开口，开口与液压缸2相对应；液压缸2置于足部套筒1内部，液压缸缸筒11与足部套筒1固定连接；位移传感器10位于液压缸2内；伺服阀3通过足部套筒1的开口与液压缸2固定连接；液压缸缸杆12依次与力传感器4、滑块5、弹簧6、足端杆8和足端半球9连接；预紧螺丝7用于固定足端杆8，且调节弹簧6的预紧力；液压泵14将液压油从油箱16中泵出；液压油通过减压阀13减压后流经伺服阀3的进油口，进而流入液压缸2中；液压油通过溢流阀15溢流回油箱16；所述足端杆8为十字形结构，上端端突起用于固定弹簧6；所述滑块5为T形结构，下端突起用于固定弹簧6；所述的力传感器4一侧为内螺纹一侧为外螺纹，内螺纹与所述液压缸缸杆12相连，外螺纹与所述滑块5相连。所述足端半球9采用橡胶材料增大与地面摩擦力。工作过程：步骤一：系统上电和供油为整个系统上电，采用图3所示的液压油路，通过液压泵14将液压油通过减压阀13泵入伺服阀3，多余的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液压机器人主动柔顺足部机构，其特征在于：包括：足部套筒(1)，液压缸(2)，伺服阀(3)，力传感器(4)，滑块(5)，弹簧(6)，预紧螺丝(7)，足端杆(8)，足端半球(9)，位移传感器(10)；所述液压缸(2)由液压缸缸筒(11)和液压缸缸杆(12)组成；所述足部套筒(1)为底端开口的中空套筒，顶部有突台，突台上开有插销孔用于与机器人腿部关节连接，足部套筒(1)的筒壁上设有开口，开口与液压缸(2)相对应；液压缸(2)置于足部套筒(1)内部，液压缸缸筒(11)与足部套筒(1)固定连接；位移传感器(10)位于液压缸(2)内；伺服阀(3)通过足部套筒(1)的开口与液压缸(2)固定连接；液压缸缸杆(12)依次与力传感器(4)、滑块(5)、弹簧(6)、足端杆(8)和足端半球(9)连接；预紧螺丝(7)用于固定足端杆(8)，且调节弹簧(6)的预紧力。

【技术特征摘要】
1.一种液压机器人主动柔顺足部机构，其特征在于：包括：足部套筒(1)，
液压缸(2)，伺服阀(3)，力传感器(4)，滑块(5)，弹簧(6)，预紧螺丝(7)，
足端杆(8)，足端半球(9)，位移传感器(10)；所述液压缸(2)由液压缸缸
筒(11)和液压缸缸杆(12)组成；
所述足部套筒(1)为底端开口的中空套筒，顶部有突台，突台上开有插销
孔用于与机器人腿部关节连接，足部套筒(1)的筒壁上设有开口，开口与液压
缸(2)相对应；液压缸(2)置于足部套筒(1)内部，液压缸缸筒(11)与足
部套筒(1)固定连接；位移传感器(10)位于液压缸(2)内；伺服阀(3)通
过足部套筒(1)的开口与液压缸(2)固定连接；液压缸缸杆(12)依次与力
传感器(4)、滑块(5)、弹簧(6)、足端杆(8)和足端半球(9)连接；预
紧螺丝(7)用于固定足端杆(8)，且调节弹簧(6)的预紧力。
2.如权利要求1所述的一种液压机器人主动柔顺足部机构，其特征在于：
还包括减压阀(13)，液压泵(14)，溢流阀(15)，油箱(16)；液压泵(14)
将液压油从油箱(16)中泵出；液压油通过减压阀(13)减压后流经伺服阀(3)
的进油口，进而流入液压缸(2)中；液压油通过溢流阀(15)溢流回油箱(16)。
3.如权利要求1所述的一种液压机器人主动柔顺足部机构，其特征在于：
所述足端杆(8)为T形结构或十字形结构；所述滑块(5)为一字形结构或T<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军政，何玉东，汪首坤，沈伟，李金仓，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11