CN101244730B - 跳跃机器人动力*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跳跃机器人动力***,将无刷直流电机与齿轮泵相连,齿轮泵的进油口与油箱相连,齿轮泵的出油口与二位四通电磁换向阀的A口相连,二位四通电磁换向阀的B口接入油箱,二位四通电磁换向阀的P口与液压缸的上腔口连接,电磁换向阀的T口与液压缸的下腔口连接;其中,液压缸的上腔内安装有弹簧,弹簧一端抵靠在液压缸上内壁,另一端抵靠在液压缸活塞上壁上。本发明减少了***电机功率;减少了***的元件数量;同时无刷直流电机的质量只有同功率有刷电机的三分之一,本发明蓄积和储存了跳跃能量,减少了***的总质量和体积,适于在跳跃机器人上使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人动力***,具体的说是一种跳跃机器人动力***。
背景技术
目前,对于跳跃型机器人的研究在国际上尚处于研究性阶段,国内也仅有个别院校开展了相关研究。在1984年美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的M.H.Raibert教授在腿型跳跃机器人领域做出了开创性的贡献。他设计了世界上第一个以跳跃方式运动的单腿机器人,解决了单足跳跃机器人的起跳姿态控制和落地时足部定位算法问题,并在简单模型下进行了一系列仿真分析及实验,得出了单足弹跳机构稳定性连续运动的条件。
目前,麻省理工学院多足机器人实验室的Raibert教授等人研制了多种步行或爬行机器人,其中在麻省理工大学Garth.J.Zeglin发表于1991年5月的毕业论文中所述的一种名为“Uniroo”的机器人可跳跃前进,采用了液压动力***驱动。跳跃时,动力***将压力油打入驱动液压缸控制***弹跳,并且在每次弹跳落地的时段拉伸动力***中的机器人踝关节液压缸下拉弹簧,补充能量损耗。
但是,该机器人的动力***仅考虑了落地阶段补充能量损耗,不能在工作中蓄积和储存跳跃能量,增大了***功率。
发明内容
为了克服现有技术不能在工作中蓄积和储存跳跃能量,增大了***功率的不足,本发明提供了一种跳跃机器人动力***,能蓄积和储存跳跃能量,结构简单,适用于机器人连续变速跳跃的动力***。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括无刷直流电机、齿轮泵、油箱、二位四通电磁换向阀和液压缸,无刷直流电机1与齿轮泵2相连,齿轮泵2的进油口与油箱3相连,齿轮泵2的出油口与二位四通电磁换向阀5的A口相连,二位四通电磁换向阀5的B口接入油箱3,二位四通电磁换向阀5的P口与液压缸6的上腔口11连接,电磁换向阀5的T口与液压缸6的下腔口10连接。其中,液压缸6的上腔内安装有弹簧7,弹簧7一端抵靠在液压缸上内壁8,另一端抵靠在液压缸活塞上壁14上,用以蓄积和储存机器人的跳跃能量。所述二位四通电磁换向阀可通过电磁切换使得A口与P口连通、B口与T口连通,或使得A口与T口连通、B口与P口连通。
在齿轮泵2的出油口油路中连接有压力传感器4,用于测量***压力,并当压力异常时发出警告信号。
机器人跳跃前,电磁换向阀切换到下位,二位四通电磁换向阀的A口与T口连通,无刷直流电机启动,油箱内的液压油进入液压缸的下腔,压缩液压缸内置弹簧;
当弹簧被完全压缩时,电磁换向阀切换到上位,二位四通电磁换向阀的A口与P口连通,电机高速运转,油箱内的液压油进入液压缸的上腔,液压缸受弹簧和电机驱动的液压油的双重作用高速拉伸,机器人起跳。
机器人腾空时,电磁换向阀切换到下位,二位四通电磁换向阀的A口与T口连通,电机低速运转,压缩液压缸内置弹簧,达到蓄能作用;其中液压缸内置弹簧的压缩长度根据机器人的特性确定,用以提高机器人的储能作用。
机器人落地时,由于受到落地冲击,液压缸快速收缩,内置弹簧被完全压缩,达到储能作用;
落地结束时,电磁换向阀切换到上位,电机高速运转,弹簧同时释放能量,机器人再次跳起。
本发明的有益效果是:本发明的动力***由于采用了储能液压缸和蓄能工作方式,减少了***电机功率;由于采用控制无刷直流电机改变***液压流速,减少了***的元件数量;同时无刷直流电机的质量只有同功率有刷电机的三分之一,由于以上几点,本发明蓄积和储存了跳跃能量,减少了***的总质量和体积,适于在跳跃机器人上使用。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明所述动力***的结构示意图。
图2是本发明所述储能液压缸的结构示意图。
图3是本发明所述机器人跳跃过程中液压缸运动情况示意图,
其中,图a机器人起跳前液压缸工作状态,图b机器人起跳时液压缸工作状态,图c机器人腾空时液压缸工作状态,图d机器人落地时液压缸工作状态,图e机器人再次起跳时液压缸工作状态。
图4是本发明所述机器人跳跃过程中动力***工作状态示意图。
具体实施方式
装置实施例:参照图1和图2,本发明的装置包括无刷直流电机、齿轮泵、油箱、压力传感器、二位四通电磁换向阀和液压缸,无刷直流电机1与齿轮泵2相连,齿轮泵2的进油口与油箱3相连,齿轮泵2的出油口与二位四通电磁换向阀5的A口相连,二位四通电磁换向阀5的B口接入油箱3,二位四通电磁换向阀5的P口与液压缸6的上腔口11连接,电磁换向阀5的T口与液压缸6的下腔口10连接。其中,液压缸6的上腔内安装有弹簧7,弹簧7一端抵靠在液压缸上内壁8,另一端抵靠在液压缸活塞上壁14上,用以蓄积和储存机器人的跳跃能量。所述二位四通电磁换向阀可通过电磁切换使得A口与P口连通、B口与T口连通,或使得A口与T口连通、B口与P口连通。压力传感器4接在齿轮泵2的出油口油路中。
结合图3与图4,跳跃机器人动力***的工作方式如下:
如图3(a)所示,机器人第一次跳跃前,液压缸处于全伸展状态,此时对换向阀的电磁铁SDT通电,换向阀被切换到下位,同时启动无刷直流电机,将压力油打入液压缸下腔,液压缸收缩,液压缸内置弹簧被压缩;
如图3(b)所示,当弹簧被完全压缩时,换向阀电磁铁SDT断电,换向阀被切换到上位,液压缸内置弹簧反弹,同时电机高速运转,将压力油打入液压缸上腔,两者的共同作用为机器人提供了跳跃所需的速度和力,机器人起跳。
如图3(c)所示,机器人腾空时,电磁铁SDT通电,换向阀切换到下位,电机低速运转,压力油打入到液压缸下腔,弹簧收缩,达到蓄能作用,其中液压缸内置弹簧压缩长度其中k为弹簧劲度系数,l为弹簧总伸长量,m为机器人总质量,h为弹跳高度,ζ为弹跳势能吸收效率,用以提高机器人的储能作用;
如图3(d)所示,机器人落地时,由于受到落地冲击,液压缸快速收缩,内置弹簧被完全压缩,将落地的冲击动能储存在液压缸内置弹簧内。
如图3(e)所示,落地结束时,电磁铁SDT断电,换向阀切换到上位,电机高速运转,弹簧同时释放能量,机器人再次起跳。
Claims (2)
1.跳跃机器人动力***,包括无刷直流电机、齿轮泵、油箱、二位四通电磁换向阀和液压缸,其特征在于:无刷直流电机与齿轮泵相连,齿轮泵的进油口与油箱相连,齿轮泵的出油口与二位四通电磁换向阀的A口相连,二位四通电磁换向阀的B口接入油箱,二位四通电磁换向阀的P口与液压缸的上腔口连接,二位四通电磁换向阀的T口与液压缸的下腔口连接;其中,液压缸的上腔内安装有弹簧,弹簧一端抵靠在液压缸上内壁,另一端抵靠在液压缸活塞上壁上;所述二位四通电磁换向阀通过电磁切换使得A口与P口连通、B口与T口连通,或使得A口与T口连通、B口与P口连通;机器人跳跃前,电磁换向阀切换到下位,二位四通电磁换向阀的A口与T口连通,无刷直流电机启动,油箱内的液压油进入液压缸的下腔,压缩液压缸内置弹簧;当弹簧被完全压缩时,电磁换向阀切换到上位,二位四通电磁换向阀的A口与P口连通,电机高速运转,油箱内的液压油进入液压缸的上腔,液压缸受弹簧和电机驱动的液压油的双重作用高速拉伸,机器人起跳;机器人腾空时,电磁换向阀切换到下位,二位四通电磁换向阀的A口与T口连通,电机低速运转,压缩液压缸内置弹簧,达到蓄能作用;其中液压缸内置弹簧的压缩长度根据机器人的特性确定,用以提高机器人的储能作用;机器人落地时,由于受到落地冲击,液压缸快速收缩,内置弹簧被完全压缩,达到储能作用;落地结束时,电磁换向阀切换到上位,电机高速运转,弹簧同时释放能量,机器人再次跳起。
2.根据权利要求1所述的跳跃机器人动力***,其特征在于:所述的齿轮泵的出油口油路中连接有压力传感器。
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