CN105545829B - 可吸收着地冲击的多足机器人液压驱动单元 - Google Patents

可吸收着地冲击的多足机器人液压驱动单元 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可吸收着地冲击的多足机器人液压驱动单元，它包括比例伺服阀、伺服缸、蓄能器、阀板、阻尼件、油箱。比例伺服阀安装在阀板上，其四个工作油口通过油管分别与其他部件相连，其中主进油口与蓄能器相连，两个工作油口分别与伺服缸的两腔相连。伺服缸无杆腔和有杆腔之间有阻尼孔，安装在阀板中的阻尼件安装螺纹孔上，阻尼件可拆卸更换，阻尼件直径与长度根据需求可以调节。阀板内部加工有各种供液压油流动的油路。本发明液压驱动单元可缓解多足机器人大负载、高速步态下着地瞬间地面冲量对机器人造成的影响，减小地面冲击对液压驱动机器人造成的瞬时液压冲击，提高机器人动态步态行走的稳定性，可应用于多足机器人的任意关节。

Description

可吸收着地冲击的多足机器人液压驱动单元
技术领域
本发明属于液压技术领域，涉及可吸收多足机器人动态步态行走时着地瞬间产生的冲击的多足机器人液压驱动单元。
背景技术
液压驱动具有功重比高、承载能力大、响应快、可靠性高、扩展性强等优点，越来越受到多足机器人研究领域的重视，以液压执行器为驱动方式的多足机器人也具有其他驱动方式所不具备的优势。美国波士顿动力公司研发的“大狗”系列液压驱动多足机器人不仅可以多种步态行走，还可在各种地面行走，具有较强的抗干扰能力，在冰面上存在极大干扰的情况下也能快速响应并稳定自身姿态。国内相关单位对液压驱动多足机器人的研究也取得了一定的成果，但动态步态行走等相关关键技术依旧是目前研究的热点和难点，特别是大负载、高速步态下多足机器人着地瞬间地面通过足端对机器人的冲击造成的机体稳定性影响及控制问题亟待解决。
中国发明专利公开了一种高集成性液压驱动单元结构(公开号：CN 103233932B)由喷嘴挡板伺服阀、伺服缸、油路连接块、压力传感器、力传感器及位移传感器组成，可满足足式机器人关节运动的高响应高精度控制要求，而且结构紧凑，能集成多个传感检测元件实时检测液压驱动单元各状态量，并用以控制以提高液压驱动单元的鲁棒性。虽然这种液压驱动单元结构可以提高液压驱动的频响，但是不能消除动态行走步态下多足机器人着地瞬间地面对机器人产生的冲击，而且成本较高。
中国发明专利公开了一种可调刚度的气囊式机器人腿缓冲机构(公开号：CN101712156B)以及中国实用新型专利公开的一种机器人腿缓冲装置(公开号：CN202243769U)可用于液压驱动的多足机器人腿部关节，都是根据地面硬度调节空气弹簧的刚度，减小地面对机器人的冲击力，提高机器人动态步态行走的稳定性，该机构可应用于液压驱动的双足、四足、六足或八足等仿生机器人上。虽然这种气囊式机器人腿缓冲机构可以通过机器人腿部末端肢节减小地面的冲击力，但是依然没有解决瞬时地面冲量对液压驱动机器人关节执行器造成的瞬时液压冲击，而且该缓冲机构已设计成多足机器人腿的末节，机械装配扩展性有限。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种可吸收着地冲击的多足机器人液压驱动单元。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种可吸收着地冲击的多足机器人液压驱动单元，包括比例伺服阀、阻尼件、伺服缸、蓄能器、阀板、油箱；其中，所述比例伺服阀的主进油口与蓄能器相连，比例伺服阀的第一工作油口与伺服缸的无杆腔相连，比例伺服阀的第二工作油口与伺服缸的有杆腔相连，比例伺服阀的主回油口与油箱相连，伺服缸的有杆腔和无杆腔之间连接有阻尼件；
所述阀板开有堵头螺纹孔、伺服缸有杆腔油管接头安装螺纹孔、阻尼件安装螺纹孔、伺服缸无杆腔油管接头安装螺纹孔、第一油孔、第二油孔；所述堵头螺纹孔与阻尼件安装螺纹孔同轴心，两者连通；所述阻尼件安装螺纹孔连通伺服缸有杆腔油管接头安装螺纹孔和伺服缸无杆腔油管接头安装螺纹孔；所述第一油孔与伺服缸无杆腔油管接头安装螺纹孔连通，所述第二油孔与伺服缸有杆腔油管接头安装螺纹孔连通；所述阻尼件为圆柱体，外柱面加工有外螺纹，内部加工有内孔，阻尼件的一端加工有内六角凹槽，内六角凹槽与内孔同轴心且连通，阻尼件安装于阻尼件安装螺纹孔上；
所述比例伺服阀固定安装在阀板上；阀板上的第一油孔与比例伺服阀的第一工作油口相连；阀板上的第二油孔与比例伺服阀的第二工作油口相连。
本发明具有如下有益效果：
1、伺服缸两腔间设计有阻尼件，当多足机器人末端或机体其他部位碰到地面或障碍物时，阻尼件可有效缓解伺服缸无杆腔液压冲击的形成；
2、当伺服缸无杆腔的冲击压力小于蓄能器充气压力时，液压冲击主要通过伺服缸两腔间的阻尼件释放，减小冲击压力对机器人***造成的影响，降低控制的难度；
3、当伺服缸无杆腔的冲击压力大于蓄能器充气压力时，高压腔的油液一部分通过阻尼件进入低压腔释放液压冲击，另一部分进入蓄能器释放液压冲击，两种方式对液压冲击的缓解作用自动分配；
4、本发明可吸收着地冲击的多足机器人液压驱动单元可应用于多足机器人的任意关节，起到吸收液压冲击的作用。
附图说明
图1是本发明的液压驱动单元液压原理图；
图2是本发明阀板的三维图；
图3是本发明的阀板剖面图；
图4是本发明的阻尼件的结构图；
图中：1、比例伺服阀，2、阻尼件，3、伺服缸，4、蓄能器，5、阀板，6、第一油孔，7、第二油孔，8、堵头螺纹孔，9、伺服缸有杆腔油管接头安装螺纹孔，10、阻尼件安装螺纹孔，11、伺服缸无杆腔油管接头安装螺纹孔，12、内六角凹槽，13、外螺纹，14、内孔。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细描述：
多足机器人大负载、高速步态下着地瞬间地面通过机器人足端在机器人关节形成较大的力矩，使得关节伺服缸快速收缩，伺服缸活塞出现较大的速度突变，在伺服缸无杆腔形成较大的液压冲击，该液压冲击不仅给液压***带来危害，也给机器人***的稳定控制带来较大的影响。为了缓解多足机器人大负载、高速步态下着地瞬间地面冲量对机器人造成的影响，减小地面冲击对液压驱动机器人造成的瞬时液压冲击，提高机器人动态步态行走的稳定性，本发明提出了一种可吸收着地冲击的多足机器人液压驱动单元。
如图1所示，为液压驱动单元液压原理图，包括比例伺服阀1、阻尼件2、伺服缸3、蓄能器4、阀板5、油箱；其中，所述比例伺服阀1的主进油口与蓄能器4相连，比例伺服阀1的第一工作油口与伺服缸3的无杆腔相连，比例伺服阀1的第二工作油口与伺服缸3的有杆腔相连，比例伺服阀1的主回油口与油箱相连，伺服缸3的无杆腔和有杆腔之间通过阻尼件2连接；
如图2-4所示，所述阀板5开有堵头螺纹孔8、伺服缸有杆腔油管接头安装螺纹孔9、阻尼件安装螺纹孔10、伺服缸无杆腔油管接头安装螺纹孔11、第一油孔6、第二油孔7；所述堵头螺纹孔8与阻尼件安装螺纹孔10同轴心，两者连通；所述阻尼件安装螺纹孔10连通伺服缸有杆腔油管接头安装螺纹孔9和伺服缸无杆腔油管接头安装螺纹孔11；所述第一油孔6与伺服缸无杆腔油管接头安装螺纹孔11连通，所述第二油孔7与伺服缸有杆腔油管接头安装螺纹孔9连通；所述阻尼件2为圆柱体，外柱面加工有外螺纹13，内部加工有内孔14，在阻尼件2的一端加工有内六角凹槽12，内六角凹槽12与内孔14同轴心且连通，内六角扳手利用内六角凹槽12将阻尼件2安装于阻尼件安装螺纹孔10上，阻尼件2的长度与内孔14直径的比值根据需求可以调节。
所述比例伺服阀1固定安装在阀板5上；阀板5上的第一油孔6与比例伺服阀1的第一工作油口相连；阀板5上的第二油孔7与比例伺服阀1的第二工作油口相连。
当多足机器人足端着地或碰到其他障碍物瞬间，伺服缸3的无杆腔由于活塞速度突变，会产生较大的液压冲击，此时无杆腔的液压油通过阀板5内的阻尼件2进入有杆腔，在这过程中，阻尼件2消耗了液压油的压力能，起到了缓解液压冲击的作用；当瞬时液压冲击形成的液压压力大于蓄能器4的充气压力时，无杆腔的油液一部分通过阻尼件2进入无杆腔释放液压冲击，另一部分进入蓄能器4消除液压冲击，两种方式对液压冲击的缓解作用自动分配。

Claims (1)

1.一种可吸收着地冲击的多足机器人液压驱动单元，其特征在于，包括比例伺服阀（1）、阻尼件（2）、伺服缸（3）、蓄能器（4）、阀板（5）、油箱；其中，所述比例伺服阀（1）的主进油口与蓄能器（4）相连，比例伺服阀（1）的第一工作油口与伺服缸（3）的无杆腔相连，比例伺服阀（1）的第二工作油口与伺服缸（3）的有杆腔相连，比例伺服阀（1）的主回油口与油箱相连，伺服缸（3）的有杆腔和无杆腔之间连接有阻尼件（2）；
所述阀板（5）开有堵头螺纹孔（8）、伺服缸有杆腔油管接头安装螺纹孔（9）、阻尼件安装螺纹孔（10）、伺服缸无杆腔油管接头安装螺纹孔（11）、第一油孔（6）、第二油孔（7）；所述堵头螺纹孔（8）与阻尼件安装螺纹孔（10）同轴心，两者连通；所述阻尼件安装螺纹孔（10）连通伺服缸有杆腔油管接头安装螺纹孔（9）和伺服缸无杆腔油管接头安装螺纹孔（11）；所述第一油孔（6）与伺服缸无杆腔油管接头安装螺纹孔（11）连通，所述第二油孔（7）与伺服缸有杆腔油管接头安装螺纹孔（9）连通；所述阻尼件（2）为圆柱体，外柱面加工有外螺纹（13），内部加工有内孔（14），阻尼件（2）的一端加工有内六角凹槽（12），内六角凹槽（12）与内孔（14）同轴心且连通，阻尼件（2）安装于阻尼件安装螺纹孔（10）上；
所述比例伺服阀（1）固定安装在阀板（5）上；阀板（5）上的第一油孔（6）与比例伺服阀（1）的第一工作油口相连；阀板（5）上的第二油孔（7）与比例伺服阀（1）的第二工作油口相连。
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