CN110185671B - 一种双泵源并联供油的四足机器人液压动力*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双泵源并联供油的四足机器人液压动力***，所述***包括：高压泵、发动机、中压泵、高压油路伺服阀、中压油路伺服阀和液压缸；所述发动机分别与所述高压泵和所述中压泵连接；所述高压油路伺服阀和所述中压油路伺服阀并联连接到所述液压缸上；所述高压泵的出油口与所述高压油路伺服阀的进油口连接构成高压油路；所述中压泵的出油口与所述中压油路伺服阀的进油口连接构成中压油路；其中所述高压泵提供的输出压力大于所述中压泵提供的输出压力。本发明可同时提供两种压力的液压油源供四足机器人关节液压缸选择，更好的匹配四足机器人行走过程中的关节负载特性，显著提高四足机器人液压动力***的效率。

Description

一种双泵源并联供油的四足机器人液压动力***
技术领域
本发明涉及液压动力***，具体涉及一种双泵源并联供油的四足机器人液压动力***。
背景技术
随着科技的发展，对于一些复杂并且危险的工作，人们往往会使用机器人来完成。机器人的应用领域在不断扩大，目前机器人按照活动范围可分为飞行机器人、地面机器人和水下机器人。其中地面机器人可分为履带式机器人、轮式机器人、足式机器人。相对于履带式和轮式机器人，足式机器人对环境需求低，有更好的适应性。按照足数的不同，足式移动机器人可分为单足机器人、双足机器人、四足机器人、六足机器人和八足机器人。目前双足机器人、四足机器人和六足机器人研究较多。相比双足机器人，四足机器人更稳定，承载性更好。相比六足机器人，四足机器人更易于控制。目前四足机器人大多采用液压驱动。液压驱动具有以下优点：可以在运行过程中实现大范围的无级调速，在同等输出功率下，液压传动装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好，采用液压传动可实现无间隙传动，运动平稳，便于实现自动工作循环和自动过载保护，由于一般采用油作为传动介质，因此液压元件有自我润滑作用，有较长的使用寿命，液压元件都是标准化、系列化的产品，便于设计、制造和推广应用。
四足机器人的行走特点，每条腿在行走过程中可分为支撑相和摆动相，支撑相工况需要腿部各个关节能够提供较大的支撑力，即此时液压缸需要***能够提供较大的压力；而在摆动相工况各个关节只需要以较快的速度完成摆动相过程，即此时液压缸只需要液压***能够提供足够的流量实现快速运动(此时对压力的需求较小)。
目前，关于液压驱动的四足机器人液压***结构基本都是采用单泵源-多执行器的方式。采用单泵源-多执行器结构的液压***具有如下缺点或不足：必须按照各执行器所需要的最高工作压力和最大流量设计并提供功率输出，由此造成负载需求与能源供给之间不匹配的问题，从而导致其效率低下。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的负载需求与能源供给之间不匹配的问题，本发明提供一种双泵源并联供油的四足机器人液压动力***。
本发明提供的技术方案是：
一种双泵源并联供油的四足机器人液压动力***，所述***包括：高压泵(1)、发动机(2)、中压泵(3)、高压油路伺服阀(13)、中压油路伺服阀(12)和液压缸(14)；
所述发动机(2)分别与所述高压泵(1)和所述中压泵(3)连接；
所述高压油路伺服阀(13)和所述中压油路伺服阀(12)并联连接到所述液压缸(14)上；
所述高压泵(1)的出油口与所述高压油路伺服阀(13)的进油口连接构成高压油路；
所述中压泵(3)的出油口与所述中压油路伺服阀(12)的进油口连接构成中压油路；
其中所述高压泵(1)提供的输出压力大于所述中压泵(3)提供的输出压力。
优选的，所述第一伺服阀和所述第二伺服阀分别包括控制口A和B；
所述高压油路伺服阀(13)的控制口A与所述中压油路伺服阀(12)的控制口A相通，并同时连接到所述液压缸(14)；所述高压油路伺服阀(13)的控制口B与所述中压油路伺服阀(12)的控制口B相通，并同时连接到液压缸(14)。
优选的，还包括两个单向阀；
一个单向阀位于高压油路上，一端与所述高压泵(1)连接，另一端与所述高压油路伺服阀(13)连接；
另一个单向阀位于中压油路上，一端与所述中压泵(3)连接，另一端与所述中压油路伺服阀(12)连接。
优选的，还包括两个流量计；
一个流量计设置在高压油路中的所述单向阀和所述高压泵(1)之间；
另一个流量计设置在中压油路中的所述单向阀和所述中压泵(3)之间。
优选的，还包括两个过滤器；
一个过滤器一端连接高压油路中的所述单向阀，另一端连接所述高压油路伺服阀(13)的进油口；
另一个过滤器一端连接中压油路中的所述单向阀，另一端连接所述中压油路伺服阀(12)的进油口。
优选的，还包括两个蓄能器；
一个蓄能器设置在高压油路中的所述过滤器和所述高压油路伺服阀(13)之间；
另一个蓄能器设置在中压油路中的所述过滤器和所述中压油路伺服阀(12)之间。
优选的，还包括增压油箱(16)；
所述增压油箱(16)分别与所述高压泵(1)和中压泵(3)的吸油口连接；
所述增压油箱(16)分别与所述高压油路伺服阀(13)和所述中压油路伺服阀(12)连接。
优选的，还包括冷却器(15)；
所述冷却器(15)一端与所述增压油箱(16)连接；
所述冷却器(15)另一端分别与所述高压油路伺服阀(13)和所述中压油路伺服阀(12)连接。
优选的，所述***还包括：伺服阀控制器；
所述伺服阀控制器任意时刻控制所述第一伺服阀和所述第二伺服阀中的至少一个处于中位工作。
优选的，所述高压泵(1)输出压力为21MPa的液压油；
所述中压泵(3)输出压力为10.5MPa的液压油；
优选的，所述高压泵(1)和所述中压泵(3)均为柱塞泵；
优选的，所述高压油路伺服阀(13)与中压油路伺服阀(12)均为直驱式伺服阀；
优选的，所述高压油路伺服阀(13)和中压油路伺服阀(12)均为10％正遮盖的伺服阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种双泵源并联供油的四足机器人液压动力***包括：高压泵(1)、发动机(2)、中压泵(3)、高压油路伺服阀(13)、中压油路伺服阀(12)和液压缸(14)；所述发动机(2)分别与所述高压泵(1)和所述中压泵(3)连接；所述高压油路伺服阀(13)和所述中压油路伺服阀(12)并联连接到所述液压缸(14)上；所述高压泵(1)的出油口与所述高压油路伺服阀(13)的进油口连接构成高压油路；所述中压泵(3)的出油口与所述中压油路伺服阀(12)的进油口连接构成中压油路；其中所述高压泵(1)提供的输出压力大于所述中压泵(3)提供的输出压力。本发明可同时提供两种压力的液压油源供四足机器人关节液压缸选择，更好的匹配四足机器人行走过程中的关节负载特性，显著提高四足机器人液压动力***的效率。
本发明提供的方案：功率/质量比大，使机器人的负重能力更强；机器人行走过程中，处于支撑相工况的腿可以选择高压泵供应压力油，处于摆动相工况的腿可以选择中压泵供应压力油，从而使得机器人负载需求与能量供应匹配好，液压***效率高；机器人续航能力更强。
附图说明
图1为本发明的液压原理示意图；
图中：1为高压泵、2为发动机、3为中压泵、4为高压油路流量计、5为高压油路单向阀、6为高压油路过滤器、7为高压油路蓄能器、8为中压油路流量计、9为中压油路单向阀、10为中压油路过滤器、11为中压油路蓄能器、12为中压油路直驱式伺服阀、13为高压油路直驱式伺服阀、14为液压缸、15为冷却器、16为增压油箱。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、功率/质量比大，效率高，续航里程长，负载需求与能量供应匹配好的四足机器人液压动力***。
实施例1：
本发明采用的技术方案是：本发明提供一种双泵源并联供油的四足机器人液压动力***，其特征在于，其包括：高压泵1、发动机2、中压泵3、高压油路流量计4、高压油路单向阀5、高压油路过滤器6、高压油路蓄能器7、中压油路流量计8、中压油路单向阀9、中压油路过滤器10、中压油路蓄能器11、中压油路直驱式伺服阀12、高压油路直驱式伺服阀13、液压缸14、冷却器15、增压油箱16。
进一步的，所述高压泵1和中压泵3通过齿轮同步带传动装置与发动机2输出轴相连，为高压油路和中压油路提供压力油。所述高压泵1和中压泵3的出油口依次串联设有流量计、单向阀、过滤器。所述高压油路和中压油路的过滤器出口分别并联有高压油路蓄能器7和中压油路蓄能器11，蓄能器出油口分别连接到高压油路直驱式伺服阀13与中压油路直驱式伺服阀12的进油口。
进一步的，所述高压油路直驱式伺服阀13与中压油路直驱式伺服阀12并联连接到同一液压缸14上：即高压油路直驱式伺服阀13的控制口A与中压油路直驱式伺服阀12的控制口A相通，连接到液压缸14的有杆腔；高压油路直驱式伺服阀13的控制口B与中压油路直驱式伺服阀12的控制口B相通，连接到液压缸14的无杆腔；
进一步地，所述高压油路直驱式伺服阀13与中压油路直驱式伺服阀12的回油口相通，回油经冷却器12及增压油箱11分别进到高压泵1和中压泵3的吸油口，形成闭式液压动力***回路；
进一步的，所述高压泵1为柱塞式变量泵，输出压力为21MPa的液压油，经高压油路流量计4、高压油路单向阀5、高压油路过滤器6后，连接到高压油路直驱式伺服阀13的进油口。所述中压泵3为柱塞式变量泵，输出压力为10.5MPa的液压油，经中压油路流量计8、中压油路流量计9、中压油路过滤器10后，连接到中压油路直驱式伺服阀12的进油口；
进一步的，所述高压油路直驱式伺服阀13与中压油路直驱式伺服阀12均为10％正遮盖的伺服阀，当伺服阀处于中位时，可有效切断伺服阀前端的油源供应。
进一步地，在四足机器人行走过程中的任意时刻，高压油路直驱式伺服阀13与中压油路直驱式伺服阀12至少有一个处于中位工作，防止高压油路和中压油路出现串油现象；
进一步的，为提高机器人液压泵的自吸性能、降低吸油噪声，在高压泵1和中压泵3的吸油口安装有增压油箱11，用于维持液压泵的吸油口压力恒定。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：①功率/质量比大，使机器人的负重能力更强；②机器人行走过程中，处于支撑相工况的腿可以选择高压泵供应压力油，处于摆动相工况的腿可以选择中压泵供应压力油，从而使得机器人负载需求与能量供应匹配好，液压***效率高；③机器人续航能力更强。
如图1所示，高压泵1和中压泵3通过齿轮同步带传动装置与发动机2输出轴相连，为高压油路和中压油路提供压力油。高压泵1和中压泵3的出油口依次串联设有流量计、单向阀、过滤器。过滤器出口分别并联有蓄能器，蓄能器出油口分别连接到高压油路直驱式伺服阀13与中压油路直驱式伺服阀12的进油口。
高压油路直驱式伺服阀13与中压油路直驱式伺服阀12并联连接到同一液压缸14上：即高压油路直驱式伺服阀13的控制口A与中压油路直驱式伺服阀12的控制口A相通，连接到液压缸14的有杆腔；高压油路直驱式伺服阀13的控制口B与中压油路直驱式伺服阀12的控制口B相通，连接到液压缸14的无杆腔；
高压油路直驱式伺服阀13与中压油路直驱式伺服阀12的回油口相通，回油经冷却器12及增压油箱11分别进到高压泵1和中压泵3的吸油口，形成闭式液压动力***回路；
高压泵1为柱塞式变量泵，输出压力为21MPa的液压油。中压泵3为柱塞式变量泵，输出压力为10.5MPa的液压油；
高压油路直驱式伺服阀13与中压油路直驱式伺服阀12均为10％正遮盖的伺服阀，当伺服阀处于中位时，可有效切断伺服阀前端的油源供应。
实施例2：
本发明一种双泵源并联供油的四足机器人液压动力***正常工作时，发动机2带动高压泵1和中压泵3为液压***提供高压和中压两路压力油源，油源压力分别为21MPa和10.5MPa。在四足机器人行走过程中，每条腿的工况可分为支撑相和摆动相两种工况。当腿处于支撑相工况时，各关节液压缸14需要***能够提供较大的工作压力，此时高压油路直驱式伺服阀13处于工作状态，高压泵1提供的21MPa压力油进入关节液压缸14驱动关节运动，同时中压油路直驱式伺服阀12则处于关闭状态(伺服阀输入信号为0)，切断中压油源；当腿处于摆动相工况时，各关节液压缸14只需要以较快的速度完成摆动相过程，此时中压油路直驱式伺服阀12处于工作状态，中压泵3提供的10.5MPa压力油进入关节液压缸14驱动关节快速运动，同时高压油路直驱式伺服阀12处于关闭状态，切断高压泵1提供的21MPa压力油。为避免高压油路和中压油路串油，在四足机器人行走过程中的任意时刻，高压油路直驱式伺服阀13与中压油路直驱式伺服阀12至少有一个处于中位工作。
以上两个实例中提到的液压缸共有12个，四足机器人的每一条腿使用3个液压缸，同时这12个液压缸共用高压泵1和中压泵3提供压力油源。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (1)

1.一种双泵源并联供油的四足机器人液压动力***，其特征在于，所述***包括：高压泵（1）、发动机（2）、中压泵（3）、高压油路伺服阀（13）、中压油路伺服阀（12）和液压缸（14）；
所述发动机（2）分别与所述高压泵（1）和所述中压泵（3）连接；
所述高压油路伺服阀（13）和所述中压油路伺服阀（12）并联连接到所述液压缸（14）上；
所述高压泵（1）的出油口与所述高压油路伺服阀（13）的进油口连接构成高压油路；
所述中压泵（3）的出油口与所述中压油路伺服阀（12）的进油口连接构成中压油路；
其中所述高压泵（1）提供的输出压力大于所述中压泵（3）提供的输出压力；
所述高压油路伺服阀（13）和所述中压油路伺服阀（12）分别包括控制口A和B；
所述高压油路伺服阀（13）的控制口A与所述中压油路伺服阀（12）的控制口A相通，并同时连接到所述液压缸（14）；所述高压油路伺服阀（13）的控制口B与所述中压油路伺服阀（12）的控制口B相通，并同时连接到液压缸（14）；
所述四足机器人液压动力***还包括两个单向阀；
一个单向阀位于高压油路上，一端与所述高压泵（1）连接，另一端与所述高压油路伺服阀（13）连接；
另一个单向阀位于中压油路上，一端与所述中压泵（3）连接，另一端与所述中压油路伺服阀（12）连接；
所述四足机器人液压动力***还包括两个流量计；
一个流量计设置在高压油路中的所述单向阀和所述高压泵（1）之间；
另一个流量计设置在中压油路中的所述单向阀和所述中压泵（3）之间；
所述四足机器人液压动力***还包括两个过滤器；
一个过滤器一端连接高压油路中的所述单向阀，另一端连接所述高压油路伺服阀（13）的进油口；
另一个过滤器一端连接中压油路中的所述单向阀，另一端连接所述中压油路伺服阀（12）的进油口；
所述四足机器人液压动力***还包括两个蓄能器；
一个蓄能器设置在高压油路中的所述过滤器和所述高压油路伺服阀（13）之间；
另一个蓄能器设置在中压油路中的所述过滤器和所述中压油路伺服阀（12）之间；
所述四足机器人液压动力***还包括增压油箱（16）；
所述增压油箱（16）分别与所述高压泵（1）和中压泵（3）的吸油口连接；
所述增压油箱（16）分别与所述高压油路伺服阀（13）和所述中压油路伺服阀（12）连接；
所述四足机器人液压动力***还包括冷却器（15）；
所述冷却器（15）一端与所述增压油箱（16）连接；
所述冷却器（15）另一端分别与所述高压油路伺服阀（13）和所述中压油路伺服阀（12）连接；
所述四足机器人液压动力***还包括：伺服阀控制器；
所述伺服阀控制器任意时刻控制所述高压油路伺服阀（13）和所述中压油路伺服阀（12）中的至少一个处于中位工作；
其中，所述高压泵（1）输出压力为21MPa的液压油；
所述中压泵（3）输出压力为10.5MPa的液压油；
所述高压泵（1）和所述中压泵（3）均为柱塞泵；
所述高压油路伺服阀（13）与中压油路伺服阀（12）均为直驱式伺服阀；
所述高压油路伺服阀（13）与中压油路伺服阀（12）的回油口相通，回油经冷却器（15）及增压油箱（16）分别进到高压泵（1）和中压泵（3）的吸油口，形成闭式液压动力***回路；
所述高压油路伺服阀（13）和中压油路伺服阀（12）均为10%正遮盖的伺服阀，当伺服阀处于中位时，可有效切断伺服阀前端的油源供应；
在四足机器人行走过程中的任意时刻，高压油路伺服阀（13）与中压油路伺服阀（12）至少有一个处于中位工作，防止高压油路和中压油路出现串油现象。
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