混合液压和电致动的移动式机器人制造技术

示例实施例可以涉及一种机器人系统，其包括均联接到机器人系统的关节的液压致动器和电致动器。致动器的操作可以基于各种因素，诸如基于期望的关节参数。例如，这些期望的关节参数可以包括期望的关节输出扭矩/力、期望的关节输出速度、期望的关节加速度，和/或期望的关节角度，以及其它可能参数。给定功耗模型以及致动器模型，机器人系统可以确定操作参数，例如液压和电操作参数以及动力系统参数等。然后，机器人系统可以使用确定的操作参数控制致动器的操作，以获得期望的关节参数，使得系统中的功耗最小化(即，最大化致动效率)。

Hybrid Hydraulic and Electrically Actuated Mobile Robot

An example embodiment may relate to a robot system comprising a hydraulic actuator and an electrical actuator that are all joints connected to the robot system. Actuator operation can be based on various factors, such as desired joint parameters. For example, these desired joint parameters may include desired joint output torque/force, desired joint output speed, desired joint acceleration, and/or desired joint angle, as well as other possible parameters. Given the power consumption model and the actuator model, the robot system can determine the operation parameters, such as hydraulic and electrical operation parameters and power system parameters. Then, the robot system can control the manipulation of the actuator using the determined operating parameters to obtain the desired joint parameters, so as to minimize the power consumption in the system (i.e., maximize the actuation efficiency).

【技术实现步骤摘要】
混合液压和电致动的移动式机器人本申请是申请日为2015年07月21日、申请号为201580031327.8(国际申请号为PCT/US2015/041335)、专利技术名称为“混合液压和电致动的移动式机器人”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2014年7月22日提交的美国临时申请62/027,517和于2014年8月1日提交的美国专利申请14/449,471的优先权，其内容通过引用整体并入本文。
技术介绍
除非本文另有说明，否则本部分中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不被包括在本部分中承认为现有技术。机器人系统可以用于涉及材料处理、焊接、组装和分配等的应用。随着时间的推移，这些机器人系统操作的方式变得更加智能，更有效和更直观。随着机器人系统在现代生活的许多方面变得越来越普遍，对于有效的机器人系统的需求变得明显。因此，对有效的机器人系统的需求已经帮助开创了致动器、感测技术以及部件设计和组装的创新领域。
技术实现思路
示例实施例可以涉及一种包括液压致动器和电致动器的机器人系统。两个致动器可以联接到机器人系统的同一关节。或者，各致动器可以联接到机器人系统的不同关节。致动器的操作可以基于各种因素来确定，例如在关节处施加的负载、满足期望的力/扭矩分布、所需的操作速度、经历冲击负载、机器人腿部与地面的接触以及携带物体，以及其它可能因素。这种混合液压和电致动的机器人系统可以带来提高的效率、控制和鲁棒性。在一个方面，提供了一种系统。该系统包括与移动式机器人装置的关节联接的液压致动器。该系统还包括与移动式机器人装置的关节联接的电致动器，其中电致动器被构造用于操作。该系统还包括构造成操作液压致动器和电致动器的控制器。特别地，控制器还被构造为确定由液压致动器和电致动器施加的总输出扭矩以及要由液压致动器和电致动器施加的总输出速度。控制器另外构造为至少部分地基于总输出扭矩和总输出速度确定液压操作参数和电操作参数，使得液压致动器的功耗和电致动器的功耗最小化。控制器进一步构造为确定液压操作参数指示液压致动器的激活。控制器又进一步构造为至少部分地基于确定液压操作参数指示液压致动器的激活，激活液压致动器以在所确定的液压操作参数下操作，同时在所确定的电操作参数下操作电致动器。在另一个方面，提供了第二系统。该系统包括与移动式机器人装置的关节联接的液压致动器。该系统还包括与移动式机器人装置的关节联接的电致动器，其中电致动器被构造用于操作。该系统还包括控制器。该控制器构造成操作液压致动器和电致动器。控制器还被构造为确定由液压致动器和电致动器施加的总输出扭矩以及要由液压致动器和电致动器施加的总输出速度。控制器还被构造为至少部分地基于总输出扭矩和总输出速度确定液压操作参数和电操作参数，使得液压致动器的功耗和电致动器的功耗最小化。控制器进一步构造为确定电操作参数指示电致动器的激活。控制器又进一步构造为至少部分地基于确定电操作参数指示电致动器的激活，激活电致动器以在所确定的电操作参数下操作，同时在所确定的液压操作参数下操作液压致动器。在又一方面，提供了一种方法。该方法能够在包括均与机器人系统的关节联接的液压致动器和电致动器的机器人系统中操作。该方法包括通过控制器确定由液压致动器和电致动器施加的总输出扭矩以及由液压致动器和电致动器施加的总输出速度。该方法还包括至少部分地基于总输出扭矩和总输出速度，通过控制器确定液压操作参数和电操作参数，使得液压致动器的功耗和电致动器的功耗被最小化。该方法另外包括通过控制器确定液压操作参数指示液压致动器的激活并且电操作参数指示电致动器的激活。该方法进一步包括至少部分地基于确定液压操作参数指示液压致动器的激活并且电操作参数指示电致动器的激活，激活液压致动器以在所确定的液压操作参数下操作，激活电致动器用于在所确定的电操作参数下操作。在另一方面，提供了第三系统。该系统可以包括均与机器人系统的关节联接的液压致动器和电致动器。该系统还可以包括用于确定由液压致动器和电致动器施加的总输出扭矩以及由液压致动器和电致动器施加的总输出速度的装置。该系统还可以包括用于至少部分地基于总输出扭矩和总输出速度确定液压操作参数和电操作参数，使得液压致动器的功耗和电致动器的功耗最小化的装置。该系统还可以包括用于确定液压操作参数指示液压致动器的激活并且电操作参数指示电致动器的激活的装置。该系统还可以包括用于至少部分地基于确定液压操作参数指示液压致动器的激活并且电操作参数指示电致动器的激活，激活液压致动器以在所确定的液压操作参数下操作，激活电致动器以在所述确定的电操作参数下操作。通过在适当时参考附图阅读下面的详细描述，这些以及其它方面、优点和替代对于本领域普通技术人员将变得显而易见。附图说明图1示出了根据一示例实施例的机器人系统的示例构造。图2示出了根据一示例实施例的液压致动器和电致动器的示例效率曲线图。图3是根据一示例实施例的用于操作机器人系统中的液压致动器和电致动器的示例流程图。图4是根据一示例实施例的用于操作机器人系统中的液压致动器和电致动器的第二示例流程图。图5是根据一示例实施例的用于操作机器人系统中的液压致动器和电致动器的第三示例流程图。图6示出了根据一示例实施例的示例关节控制器。图7A示出了根据一示例实施例的示例四足机器人。图7B示出了根据一示例实施例的示例四足机器人的侧视图。图8A示出了根据一示例实施例的在第一时间点的示例四足机器人的侧视图。图8B示出了根据一示例实施例的在第二时间点的示例四足机器人的侧视图。图9示出了根据一示例实施例的示例期望的力分布。图10示出了根据一示例实施例的第二示例期望的力分布。具体实施方式本文描述了示例方法和系统。应当理解，词语“示例”、“示例性”和“说明性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。在此描述为“示例”，“示例性”或“说明性”的任何实施例或特征不一定被解释为比其它实施例或特征优选或有利。这里描述的示例实施例不意味着限制。将容易地理解，如在此一般性描述的和在附图中示出的本公开的各方面可以以各种各样的不同构造来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些在本文中都被明确地预期。I.概述根据各种实施例，本文描述的是涉及混合液压和电致动机器人系统(例如移动式机器人)的系统和方法。致动器是可以用于引入机械运动的机构。在机器人系统中，致动器可以被构造为将存储的能量转换成机器人系统的各个部分的运动。例如，在人形或四足机器人中，致动器可以负责机器臂、腿部、手部和头部等的移动。另外，可以使用各种机构来为致动器提供动力。例如，致动器可以由化学品、压缩空气或电力以及其它可能性来提供动力。此外，在一些情况下，致动器可以是旋转致动器，其可用在涉及旋转形式运动的系统(例如，人形机器人中的关节)中。然而，在其它情况下，致动器可以是可以在涉及直线运动的系统中使用的线性致动器。所公开的机器人系统可以包括电致动器和液压致动器，这两种致动器联接到例如机器人系统中的同一关节。电致动器和液压致动器可以在操作期间各自表现出不同的特性。因此，机器人系统还可以包括机载计算系统，机载计算系统构造成在各种情况下控制每个致动器的操作，以便利用不同的特性，从而导致提高的效率以及其它可能的进展。II.机器人系统中的示例混合液压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：液压致动器，所述液压致动器联接到机器人装置的关节；电致动器，所述电致动器联接到机器人装置的所述关节；传感器，所述传感器配置为测量在关节处施加的负载；和控制器，所述控制器配置成：确定由所述液压致动器和所述电致动器施加的总输出速度；基于在关节处施加的所述负载和所述总输出速度，确定液压操作参数和电操作参数；确定在关节处施加的负载是否大于阈值负载；确定总输出速度是否小于阈值速度；和当在关节处施加的负载大于阈值负载且总输出速度小于阈值速度时：激活所述液压致动器以在液压操作参数下操作；和停止由所述电致动器进行的致动。

【技术特征摘要】
2014.07.22 US 62/027,517;2014.08.01 US 14/449,4711.一种系统，包括：液压致动器，所述液压致动器联接到机器人装置的关节；电致动器，所述电致动器联接到机器人装置的所述关节；传感器，所述传感器配置为测量在关节处施加的负载；和控制器，所述控制器配置成：确定由所述液压致动器和所述电致动器施加的总输出速度；基于在关节处施加的所述负载和所述总输出速度，确定液压操作参数和电操作参数；确定在关节处施加的负载是否大于阈值负载；确定总输出速度是否小于阈值速度；和当在关节处施加的负载大于阈值负载且总输出速度小于阈值速度时：激活所述液压致动器以在液压操作参数下操作；和停止由所述电致动器进行的致动。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为，当在关节处施加的负载减小到小于所述阈值负载的值并且总输出速度大于所述阈值速度时：停用所述液压致动器以停止在液压操作参数下操作；和激活所述电致动器以在电操作参数下操作。3.根据权利要求1所述的系统，还包括动力系统，所述动力系统被配置为向所述液压和电致动器提供动力，其中，所述控制器还被配置为：基于在关节处施加的负载和总输出速度确定动力系统参数；和根据确定的动力系统参数操作动力系统。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述动力系统参数包括以下参数中的一个或多个：电流，电压，充电状态和电池温度。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述液压操作参数包括以下参数中的一个或多个：所述液压致动器的加压流体流量，所述液压致动器中的压力降，以及所述液压致动器所连接到的压力轨道中的压力。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述电操作参数包括以下参数中的一个或多个：由所述电致动器施加的输出扭矩和由所述电致动器施加的输出速度。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被配置为确定所述液压致动器和所述电致动器的总功耗，所述总功耗包括所述电致动器的电阻性功耗与所述液压致动器的液压功耗的总和。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述电致动器的电阻性功耗是所述电致动器的电阻和提供给所述电致动器的电流的平方的乘积。9.根据权利要求7所述的系统，其中所述液压致动器的液压功耗是所述液压致动器的加压流体流量与所述液压致动器所连接到压力轨道中的压力与所述液压致动器中的压力降之间的差的乘积。...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA桑德斯，A赫里平，S波特，MP墨菲，CE索恩，
申请(专利权)人：波士顿动力公司，
类型：发明
国别省市：美国,US