一种液电混合驱动的行走机器人制造技术

本发明专利技术一种液电混合驱动的行走机器人，采用电液机械缸或液压机械缸代替传统活塞缸，采用液电混合驱动方式驱动，恒压变量泵为系统提供高压油，高压油流入电液机械缸或者液压机械缸从而驱动各个关节的转动，电液机械缸和液压机械缸都含有一个变量泵/马达，通过调节变量泵/马达的斜盘倾角来控制各个腿的运动状态。本发明专利技术可以有效解决传统行走机器人驱动系统中能量损失大的不足，降低系统发热，提高能量利用率。

A walking robot driven by liquid electric hybrid

The invention relates to a walking robot driven by a hydraulic-electric mixture, which adopts an electro-hydraulic mechanical cylinder or a hydraulic-mechanical cylinder instead of a traditional piston cylinder, adopts a hydraulic-electric hybrid driving mode, provides a high-pressure oil for the system by a constant pressure variable displacement pump, and the high-pressure oil flows into an electro-hydraulic mechanical cylinder or a hydraulic mechanical cylinder to drive the rotation of each joint, and an electro-hydraulic machinery. Both cylinders and hydraulic cylinders contain a variable pump/motor, which controls the movement of each leg by adjusting the inclination angle of the variable pump/motor swashplate. The invention can effectively solve the deficiency of large energy loss in the traditional walking robot driving system, reduce the heating of the system, and improve the energy utilization ratio.

【技术实现步骤摘要】
一种液电混合驱动的行走机器人
本专利技术涉及机器人
，具体涉及一种液电混合驱动的行走机器人。
技术介绍
随着科技的发展，对于一些复杂的、具有危险性的特殊任务，人们往往求助于机器人完成，它们在人类生活中扮演着越来越重要的角色。其中，行走机器人对工作环境的要求较低，能够跨越障碍、沟壑以及上下台阶，并能适应崎岖的地面环境，具有较强的适应性，因此拥有广阔的应用前景。行走机器人机构简单且灵活，承载能力强、稳定性好，既能以静态步行方式实现慢速行走，又能以动态步行方式实现高速行走，因而受到国内外研究人员的广泛重视。目前，行走机器人腿部驱动方式通常有电机驱动和液压驱动。电机驱动具有控制简单、控制精度高、工作噪声小等优点，但具有承载能力差、功率密度小等缺点。液压驱动通过高压油来进行驱动，具有很高的功率/密度比、高带宽、快速响应和输出力矩大等特性，但液压驱动具有能耗大，效率低等缺点。结合电机驱动和液压驱动方式的特点，申请号为CN105156382A的中国专利申请，公开了一种四足机器人电动伺服液压源驱动系统。该专利中的电液伺服驱动系统中采用了发动机驱动定量齿轮泵为液压系统提供高压油，并且在分油路上有伺服电机带动定量泵为油路增压，从而满足不同腿的压力需求，并且通过伺服阀来控制不同腿的活塞驱动缸的运动状态，此液压回路为闭式回路，采用软体油囊为补油装置。但是，在上述液压系统中存在大量的节流损失和活塞杆的动能损失，能量利用率低。
技术实现思路
为解决上述行走机器人驱动动能损失大，能量利用率低的问题，本专利技术旨在提供一种液电混合驱动的行走机器人，采用电液机械缸或液压机械缸代替传统活塞缸，采用液电混合驱动方式驱动，能有效解决传统行走机器人驱动系统中能量损失大的不足，降低系统发热，提高能量利用率。一种液电混合驱动的行走机器人，包括：机体(39)和安装在机体上结构相同的左后腿(38)、左前腿、右后腿及右前腿，其中每条腿均包括：大腿组件(35)、小腿组件(36)，纵向髋关节(33)、横向髋关节(34)和膝关节(32)，机体与大腿组件之间通过纵向髋关节和横向髋关节相连，大腿组件与小腿组件之间通过膝关节相连；还包括第Ⅰ液电混合驱动回路，其中：第Ⅰ液电混合驱动回路(40)包括：动力源(1)、恒压变量泵(2)、第Ⅰ过滤器(3)、第Ⅱ过滤器(31)、油箱(4)、第Ⅰ溢流阀(5)、第Ⅱ溢流阀(7)、第Ⅰ单向阀(6)、第Ⅱ单向阀(29)、第Ⅲ单向阀(30)、第Ⅰ蓄能器(8)、压力传感器(9)、右前腿第Ⅰ液压机械缸(15)、右前腿第Ⅱ液压机械缸(19)、右前腿第Ⅲ液压机械缸(20)、右后腿第Ⅰ电液机械缸(10)、右后腿第Ⅱ电液机械缸(21)、右后腿第Ⅲ电液机械缸(22)、左前腿第Ⅰ电液机械缸(27)、左前腿第Ⅱ电液机械缸(28)、左前腿液压机械缸(26)、左后腿电液机械缸(25)、左后腿第Ⅰ液压机械缸(23)、左后腿第Ⅱ液压机械缸(24)、压力切换阀(46)、第Ⅱ蓄能器(47)和第Ⅲ溢流阀(48)；所述动力源和恒压变量泵同轴布置；恒压变量泵的出油口和第Ⅰ单向阀的进油口相连，右前腿第Ⅰ液压机械缸进油口B、右前腿第Ⅱ液压机械缸进油口C、右前腿第Ⅲ液压机械缸进油口D、右后腿第Ⅰ电液机械缸进油口A、右后腿第Ⅱ电液机械缸进油口E、右后腿第Ⅲ液压机械缸进油口F、左前腿第Ⅰ电液机械缸进油口P、左前腿第Ⅱ电液机械缸进油口Q、左前腿液压机械缸进油口O、左后腿电液机械缸进油口M、左后腿第Ⅰ液压机械缸进油口K、左后腿第Ⅱ液压机械缸进油口L和第Ⅰ单向阀的出油口通过液压管路连通，右前腿第Ⅰ液压机械缸的出油口、右前腿第Ⅱ液压机械缸的出油口、右前腿第Ⅲ液压机械缸的出油口、右后腿第Ⅰ电液机械缸的出油口、右后腿第Ⅱ电液机械缸的出油口、右后腿第Ⅲ电液机械缸的出油口、左前腿第Ⅰ电液机械缸的出油口、左前腿第Ⅱ电液机械缸的出油口、左前腿液压机械缸的出油口、左后腿电液机械缸的出油口、左后腿第Ⅰ液压机械缸的出油口、左后腿第Ⅱ液压机械缸的出油口、第Ⅱ单向阀的出油口和第Ⅲ单向阀的进油口通过液压管路连通；恒压变量泵的进油口和第Ⅰ过滤器的出油口相连，第Ⅱ单向阀的进油口和第Ⅱ过滤器的出油口相连，第Ⅲ单向阀的出油口、第Ⅰ过滤器的进油口和第Ⅱ过滤器的进油口均与油箱相连；第Ⅰ溢流阀的进油口和恒压变量泵的出油口相连，第Ⅰ溢流阀的出油口和油箱相连；第Ⅰ单向阀的出油口、第Ⅱ溢流阀的进油口和第Ⅰ蓄能器通过液压管路连通，压力传感器和第Ⅰ单向阀的出油口相连；压力切换阀的第Ⅰ工作油口R与第Ⅰ单向阀的出油口相连，第Ⅱ工作油口S、第Ⅰ蓄能器的油口和第Ⅱ溢流阀的进油口相连，第Ⅲ工作油口U、第Ⅱ蓄能器的油口和第Ⅲ溢流阀的进油口相连，第Ⅱ溢流阀的出油口、第Ⅲ溢流阀的出油口均与油箱相连；右前腿第Ⅰ液压机械缸、右后腿第Ⅰ电液机械缸、左前腿液压机械缸、左后腿第Ⅰ液压机械缸分别与右前腿、右后腿、左前腿和左后腿的横向髋关节相连；右前腿第Ⅱ液压机械缸、右后腿第Ⅱ电液机械缸、左前腿第Ⅰ电液机械缸、左后腿第Ⅱ液压机械缸分别与右前腿、右后腿、左前腿和左后腿的纵向髋关节相连；右前腿第Ⅲ液压机械缸、右后腿第Ⅲ电液机械缸、左前腿第Ⅱ电液机械缸、左后腿电液机械缸分别与右前腿、右后腿、左前腿和左后腿的膝关节相连；所述右后腿第Ⅰ电液机械缸包括第Ⅰ变量泵/马达(11)、电动机(12)、第Ⅰ传动箱(13)和第Ⅰ机械缸(14)；第Ⅰ变量泵/马达、电动机和第Ⅰ传动箱的输入端同轴连接，连接的方式是第Ⅰ变量泵/马达-电动机-第Ⅰ传动箱输入端或电动机-第Ⅰ变量泵/马达-第Ⅰ传动箱输入端；第Ⅰ传动箱的输出端和第Ⅰ机械缸的输入端同轴连接；第Ⅰ变量泵/马达与电动机通过第Ⅰ传动箱连接至第Ⅰ机械缸；右后腿第Ⅱ电液机械缸、右后腿第Ⅲ电液机械缸、左前腿第Ⅰ电液机械缸、左前腿第Ⅱ电液机械缸、左后腿电液机械缸和右后腿第Ⅰ电液机械缸的组成和连接方式与右后腿第Ⅰ电液机械缸的组成和连接方式相同；所述右前腿第Ⅰ液压机械缸包括第Ⅱ变量泵/马达(16)、第Ⅱ传动箱(17)和第Ⅱ机械缸(18)；第Ⅱ变量泵/马达和第Ⅱ传动箱的输入端同轴连接，第Ⅱ传动箱的输出端和第Ⅱ机械缸的输入端同轴连接；第Ⅱ变量泵/马达通过第Ⅱ传动箱连接至第Ⅱ机械缸；右前腿第Ⅱ液压机械缸、右前腿第Ⅲ液压机械缸、左前腿液压机械缸、左后腿第Ⅰ液压机械缸、左后腿第Ⅱ液压机械缸的组成和连接方式与右前腿第Ⅰ液压机械缸的组成和连接方式相同。所述的液电混合驱动系统用于不同自由度的行走机器人，驱动系统根据行走机器人的足数扩展。所述电液机械缸与液压机械缸根据需要互换使用。所述的第Ⅰ蓄能器和第Ⅱ蓄能器可以分别是一个液压蓄能器，或两个及两个以上的液压蓄能器构成的液压蓄能器组。所述的动力源是柴油机或电动机。所述的电动/发电机是交流异步电机，步进电机，开关磁阻电机，直流电机和伺服电机中的一种。所述的第Ⅰ传动箱和第Ⅱ传动箱是齿轮传动箱或带传动箱。所述的第Ⅰ机械缸和第Ⅱ机械缸中采用行星滚珠丝杠，滚柱丝杠或梯形丝杠中的任意一种形式传动。与现有技术相比，本专利技术提供的一种液电混合驱动的行走机器人，具有以下优点：1、本专利技术创新性地为电动缸的电动机增设了液压马达，或直接将电动机替换为液压马达，克服了电动缸无法承受较大负载的问题，可以使四足机器人适应于更多的工况。2、本专利技术采用两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液电混合驱动的行走机器人，包括：机体(39)和安装在机体上结构相同的左后腿(38)、左前腿、右后腿及右前腿，其中每条腿均包括：大腿组件(35)、小腿组件(36)，纵向髋关节(33)、横向髋关节(34)和膝关节(32)，机体与大腿组件之间通过纵向髋关节和横向髋关节相连，大腿组件与小腿组件之间通过膝关节相连；其特征在于：还包括第Ⅰ液电混合驱动回路，其中：第Ⅰ液电混合驱动回路(40)包括：动力源(1)、恒压变量泵(2)、第Ⅰ过滤器(3)、第Ⅱ过滤器(31)、油箱(4)、第Ⅰ溢流阀(5)、第Ⅱ溢流阀(7)、第Ⅰ单向阀(6)、第Ⅱ单向阀(29)、第Ⅲ单向阀(30)、第Ⅰ蓄能器(8)、压力传感器(9)、右前腿第Ⅰ液压机械缸(15)、右前腿第Ⅱ液压机械缸(19)、右前腿第Ⅲ液压机械缸(20)、右后腿第Ⅰ电液机械缸(10)、右后腿第Ⅱ电液机械缸(21)、右后腿第Ⅲ电液机械缸(22)、左前腿第Ⅰ电液机械缸(27)、左前腿第Ⅱ电液机械缸(28)、左前腿液压机械缸(26)、左后腿电液机械缸(25)、左后腿第Ⅰ液压机械缸(23)、左后腿第Ⅱ液压机械缸(24)、压力切换阀(46)、第Ⅱ蓄能器(47)和第Ⅲ溢流阀(48)；所述动力源和恒压变量泵同轴布置；恒压变量泵的出油口和第Ⅰ单向阀的进油口相连，右前腿第Ⅰ液压机械缸进油口B、右前腿第Ⅱ液压机械缸进油口C、右前腿第Ⅲ液压机械缸进油口D、右后腿第Ⅰ电液机械缸进油口A、右后腿第Ⅱ电液机械缸进油口E、右后腿第Ⅲ液压机械缸进油口F、左前腿第Ⅰ电液机械缸进油口P、左前腿第Ⅱ电液机械缸进油口Q、左前腿液压机械缸进油口O、左后腿电液机械缸进油口M、左后腿第Ⅰ液压机械缸进油口K、左后腿第Ⅱ液压机械缸进油口L和第Ⅰ单向阀的出油口通过液压管路连通，右前腿第Ⅰ液压机械缸的出油口、右前腿第Ⅱ液压机械缸的出油口、右前腿第Ⅲ液压机械缸的出油口、右后腿第Ⅰ电液机械缸的出油口、右后腿第Ⅱ电液机械缸的出油口、右后腿第Ⅲ电液机械缸的出油口、左前腿第Ⅰ电液机械缸的出油口、左前腿第Ⅱ电液机械缸的出油口、左前腿液压机械缸的出油口、左后腿电液机械缸的出油口、左后腿第Ⅰ液压机械缸的出油口、左后腿第Ⅱ液压机械缸的出油口、第Ⅱ单向阀的出油口和第Ⅲ单向阀的进油口通过液压管路连通；恒压变量泵的进油口和第Ⅰ过滤器的出油口相连，第Ⅱ单向阀的进油口和第Ⅱ过滤器的出油口相连，第Ⅲ单向阀的出油口、第Ⅰ过滤器的进油口和第Ⅱ过滤器的进油口均与油箱相连；第Ⅰ溢流阀的进油口和恒压变量泵的出油口相连，第Ⅰ溢流阀的出油口和油箱相连；第Ⅰ单向阀的出油口、第Ⅱ溢流阀的进油口和第Ⅰ蓄能器通过液压管路连通，压力传感器和第Ⅰ单向阀的出油口相连；压力切换阀的第Ⅰ工作油口R与第Ⅰ单向阀的出油口相连，第Ⅱ工作油口S、第Ⅰ蓄能器的油口和第Ⅱ溢流阀的进油口相连，第Ⅲ工作油口U、第Ⅱ蓄能器的油口和第Ⅲ溢流阀的进油口相连，第Ⅱ溢流阀的出油口、第Ⅲ溢流阀的出油口均与油箱相连；右前腿第Ⅰ液压机械缸、右后腿第Ⅰ电液机械缸、左前腿液压机械缸、左后腿第Ⅰ液压机械缸分别与右前腿、右后腿、左前腿和左后腿的横向髋关节相连；右前腿第Ⅱ液压机械缸、右后腿第Ⅱ电液机械缸、左前腿第Ⅰ电液机械缸、左后腿第Ⅱ液压机械缸分别与右前腿、右后腿、左前腿和左后腿的纵向髋关节相连；右前腿第Ⅲ液压机械缸、右后腿第Ⅲ电液机械缸、左前腿第Ⅱ电液机械缸、左后腿电液机械缸分别与右前腿、右后腿、左前腿和左后腿的膝关节相连；所述右后腿第Ⅰ电液机械缸包括第Ⅰ变量泵/马达(11)、电动机(12)、第Ⅰ传动箱(13)和第Ⅰ机械缸(14)；第Ⅰ变量泵/马达、电动机和第Ⅰ传动箱的输入端同轴连接，连接的方式是第Ⅰ变量泵/马达‑电动机‑第Ⅰ传动箱输入端或电动机‑第Ⅰ变量泵/马达‑第Ⅰ传动箱输入端；第Ⅰ传动箱的输出端和第Ⅰ机械缸的输入端同轴连接；第Ⅰ变量泵/马达与电动机通过第Ⅰ传动箱连接至第Ⅰ机械缸；右后腿第Ⅱ电液机械缸、右后腿第Ⅲ电液机械缸、左前腿第Ⅰ电液机械缸、左前腿第Ⅱ电液机械缸、左后腿电液机械缸和右后腿第Ⅰ电液机械缸的组成和连接方式与右后腿第Ⅰ电液机械缸的组成和连接方式相同；所述右前腿第Ⅰ液压机械缸包括第Ⅱ变量泵/马达(16)、第Ⅱ传动箱(17)和第Ⅱ机械缸(18)；第Ⅱ变量泵/马达和第Ⅱ传动箱的输入端同轴连接，第Ⅱ传动箱的输出端和第Ⅱ机械缸的输入端同轴连接；第Ⅱ变量泵/马达通过第Ⅱ传动箱连接至第Ⅱ机械缸；右前腿第Ⅱ液压机械缸、右前腿第Ⅲ液压机械缸、左前腿液压机械缸、左后腿第Ⅰ液压机械缸、左后腿第Ⅱ液压机械缸的组成和连接方式与右前腿第Ⅰ液压机械缸的组成和连接方式相同。...

【技术特征摘要】
1.一种液电混合驱动的行走机器人，包括：机体(39)和安装在机体上结构相同的左后腿(38)、左前腿、右后腿及右前腿，其中每条腿均包括：大腿组件(35)、小腿组件(36)，纵向髋关节(33)、横向髋关节(34)和膝关节(32)，机体与大腿组件之间通过纵向髋关节和横向髋关节相连，大腿组件与小腿组件之间通过膝关节相连；其特征在于：还包括第Ⅰ液电混合驱动回路，其中：第Ⅰ液电混合驱动回路(40)包括：动力源(1)、恒压变量泵(2)、第Ⅰ过滤器(3)、第Ⅱ过滤器(31)、油箱(4)、第Ⅰ溢流阀(5)、第Ⅱ溢流阀(7)、第Ⅰ单向阀(6)、第Ⅱ单向阀(29)、第Ⅲ单向阀(30)、第Ⅰ蓄能器(8)、压力传感器(9)、右前腿第Ⅰ液压机械缸(15)、右前腿第Ⅱ液压机械缸(19)、右前腿第Ⅲ液压机械缸(20)、右后腿第Ⅰ电液机械缸(10)、右后腿第Ⅱ电液机械缸(21)、右后腿第Ⅲ电液机械缸(22)、左前腿第Ⅰ电液机械缸(27)、左前腿第Ⅱ电液机械缸(28)、左前腿液压机械缸(26)、左后腿电液机械缸(25)、左后腿第Ⅰ液压机械缸(23)、左后腿第Ⅱ液压机械缸(24)、压力切换阀(46)、第Ⅱ蓄能器(47)和第Ⅲ溢流阀(48)；所述动力源和恒压变量泵同轴布置；恒压变量泵的出油口和第Ⅰ单向阀的进油口相连，右前腿第Ⅰ液压机械缸进油口B、右前腿第Ⅱ液压机械缸进油口C、右前腿第Ⅲ液压机械缸进油口D、右后腿第Ⅰ电液机械缸进油口A、右后腿第Ⅱ电液机械缸进油口E、右后腿第Ⅲ液压机械缸进油口F、左前腿第Ⅰ电液机械缸进油口P、左前腿第Ⅱ电液机械缸进油口Q、左前腿液压机械缸进油口O、左后腿电液机械缸进油口M、左后腿第Ⅰ液压机械缸进油口K、左后腿第Ⅱ液压机械缸进油口L和第Ⅰ单向阀的出油口通过液压管路连通，右前腿第Ⅰ液压机械缸的出油口、右前腿第Ⅱ液压机械缸的出油口、右前腿第Ⅲ液压机械缸的出油口、右后腿第Ⅰ电液机械缸的出油口、右后腿第Ⅱ电液机械缸的出油口、右后腿第Ⅲ电液机械缸的出油口、左前腿第Ⅰ电液机械缸的出油口、左前腿第Ⅱ电液机械缸的出油口、左前腿液压机械缸的出油口、左后腿电液机械缸的出油口、左后腿第Ⅰ液压机械缸的出油口、左后腿第Ⅱ液压机械缸的出油口、第Ⅱ单向阀的出油口和第Ⅲ单向阀的进油口通过液压管路连通；恒压变量泵的进油口和第Ⅰ过滤器的出油口相连，第Ⅱ单向阀的进油口和第Ⅱ过滤器的出油口相连，第Ⅲ单向阀的出油口、第Ⅰ过滤器的进油口和第Ⅱ过滤器的进油口均与油箱相连；第Ⅰ溢流阀的进油口和恒压变量泵的出油口相连，第Ⅰ溢流阀的出油口和油箱相连；第Ⅰ单向阀的出油口、第Ⅱ溢流阀的进油口和第Ⅰ蓄能器通过液压管路连通，压力传感器和第Ⅰ单向阀的出油口相连；压力切换阀的第Ⅰ工作油口R与第Ⅰ单向阀的出油口相连，第Ⅱ工作油口S、第Ⅰ蓄能器的油口和第Ⅱ溢流阀的进油口相连，第Ⅲ工作油口U、第Ⅱ蓄能器的油口和第Ⅲ溢...

【专利技术属性】
技术研发人员：权龙，葛磊，李会妨，王波，李泽鹏，夏连鹏，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14