CN220929817U - 履带行走装置的行走液压***和山地救援机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种履带行走装置的行走液压***和山地救援机器人，液压***包括行走马达和包括第一、第二旁通开关阀和双向平衡阀的平衡控制阀组，双向平衡阀包括第一、第二外控平衡阀，第一外控平衡阀的第一控制油口连接于第二马达工作油路，第二外控平衡阀的第二控制油口连接于第一马达工作油路；第一旁通开关阀与第一外控平衡阀并联且旁通第一外控平衡阀两端，第二旁通开关阀与第二外控平衡阀并联且旁通第二外控平衡阀的两端。通过增设平衡控制阀组，泵送的液压油可通过外控平衡阀和/或旁通开关阀流向行走马达的端部以驱动马达运转，实现无迟滞无阻尼流动或者回油阀口的开度受负载大小影响，起到限流限速的作用，避免失速问题。

Description

履带行走装置的行走液压***和山地救援机器人

技术领域

本申请属于山地救援机器人技术领域。

背景技术

长期行走于野外山地的山地救援机器人，时常需要在坡道上的隔离带开辟作业。其中，在平路行走或坡道上进行爬坡作业时，机器人需要能达到最大行走速度或最大爬坡能力，行走能量可以达到最大；而在下坡、特别是比较陡、比较长坡度时，由于机器人的自身重力而产生加速度，机器人的下行速度可能失控，产生失速现象，非常不利于机器人的安全和平稳工作。

发明内容

本申请的目的是提供一种履带行走装置的行走液压***和山地救援机器人，提升机器人的行走性能和安全性能。

为了实现上述目的，本申请一方面公开了一种履带行走装置的行走液压***，包括：

行走马达，包括第一端马达油口和第二端马达油口，所述第一端马达油口连接有第一马达工作油路且所述第二端马达油口连接有第二马达工作油路；以及

平衡控制阀组，包括第一旁通开关阀、第二旁通开关阀和双向平衡阀，所述双向平衡阀包括安装在所述第一马达工作油路中的第一外控平衡阀和安装在所述第二马达工作油路中的第二外控平衡阀，所述第一外控平衡阀的第一控制油口连接于所述第二马达工作油路，所述第二外控平衡阀的第二控制油口连接于所述第一马达工作油路；

其中，所述第一旁通开关阀与所述第一外控平衡阀并联设置且旁通连接所述第一外控平衡阀的进出油口两端，所述第二旁通开关阀与所述第二外控平衡阀并联设置且旁通连接所述第二外控平衡阀的进出油口两端。

在一些实施方式中，所述第一旁通开关阀和所述第二旁通开关阀均为电磁开关阀。

在一些实施方式中，所述第一外控平衡阀和所述第二外控平衡阀各自的开启压力能够调节。

在一些实施方式中，所述第一外控平衡阀包括作为控制压力两端的所述第一控制油口和第一压缩弹簧，所述第二外控平衡阀包括作为控制压力两端的所述第二控制油口和第二压缩弹簧，所述第一压缩弹簧和所述第二压缩弹簧均能够调节。

在一些实施方式中，所述行走液压***包括：

行走油泵，为所述行走马达供油；和

主换向阀，所述主换向阀的主进油口连接所述行走油泵的泵油出口，所述主换向阀的两个工作油口分别连接所述第一马达工作油路和所述第二马达工作油路。

在一些实施方式中，所述行走马达还包括控制马达刹车的刹车阀组和连接所述刹车阀组的外接控制油口，所述外接控制油口取油至所述行走油泵的泵油出口。

在一些实施方式中，所述双向平衡阀集成安装于所述行走马达上。

本申请第二方面还公开了一种山地救援机器人，包括履带行走装置以及上述的履带行走装置的行走液压***。

在一些实施方式中，所述山地救援机器人还包括：

手动控制元件，用于连接并开关控制所述第一旁通开关阀和所述第二旁通开关阀。

在一些实施方式中，所述山地救援机器人还包括行走控制器，被配置为：

确定当前行走道路为下坡道路；

确定当前的下坡行走速度大于设定速度阈值；

控制断开所述第一旁通开关阀和所述第二旁通开关阀。

在一些实施方式中，所述山地救援机器人还包括行走控制器，被配置为：

确定前方行走道路为下坡道路；

确定道路坡度大于设定坡度阈值或者道路坡长大于设定坡长阈值；

控制断开所述第一旁通开关阀和所述第二旁通开关阀。

在一些实施方式中，所述行走控制器还被配置为：

确定前方行走道路为非下坡道路；

控制导通所述第一旁通开关阀和所述第二旁通开关阀。

在本申请的带行走装置的行走液压***和山地救援机器人中，通过增设平衡控制阀组，包括对称布置在两条马达工作油路上的两个单元阀组，每个单元阀组包括并联设置的一个外控平衡阀和一个旁通开关阀，外控平衡阀的控制油口连接至另一侧的工作油路，从而在行走马达的任一工作油路中，泵送的液压油可通过外控平衡阀和/或旁通开关阀流向行走马达的端部，驱动马达运转。通过旁通开关阀流向马达，则无迟滞无阻尼流动，机器人的行走性能；通过外控平衡阀流向马达并回油，则回油阀口的开度受负载大小影响，起到限流限速的作用，可避免失速问题发生，提升机器人的安全性能。

本申请实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本申请实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请实施方式，但并不构成对

本申请实施方式的限制。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。在附图中：

图1为现有的山地救援机器人的行走液压***的原理简图；

图2为根据本申请的具体实施方式的履带行走装置的行走液压***的原理简图，其中行走液压***处于非下坡的正常行驶状态；

图3图示了图2中的行走液压***处于下坡行驶时的状态；

图4a、图4b为图2的行走液压***中使用的外控平衡阀的两种液压符号；以及

图5为根据本申请的具体实施方式的山地救援机器人的电气控制流程图。

附图标记说明

1 液压油箱 2 行走油泵

3 行走马达 4 平衡控制阀组

31 外接控制油口

41 第一外控平衡阀 42 第二外控平衡阀

43 第一旁通开关阀 44 第二旁通开关阀

L1 第一马达工作油路 L2 第二马达工作油路

具体实施方式

以下结合附图对本申请的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。

下面参考附图描述根据本申请的山地救援机器人及其履带行走装置的行走液压***。

如图1所示，在现有的山地救援机器人中，外控液压油打开行走马达3的刹车阀组，行走油泵2的压力油驱动行走马达3旋转，使机器人实现平地行走、爬坡、下坡等动作，液压油箱1储存液压油。当机器人下坡，特别是下陡坡或长坡时，由于机器人有数吨重，在惯性作用下可能产生加速度，因速度无法控制而容易导致失控失速，出现倾覆等情况。

针对性的，本申请公开了一种新型的履带行走装置的行走液压***。如图2所示，在一种具体实施方式中，该行走液压***包括：

行走马达3，包括位于两端作为进出油口的第一端马达油口和第二端马达油口，第一端马达油口连接有第一马达工作油路L1且第二端马达油口连接有第二马达工作油路L2；以及

平衡控制阀组4，包括第一旁通开关阀43、第二旁通开关阀44和双向平衡阀，双向平衡阀包括安装在第一马达工作油路L1中的第一外控平衡阀41和安装在第二马达工作油路L2中的第二外控平衡阀42，第一外控平衡阀41的第一控制油口(即图2的油口k1)连接于第二马达工作油路L2，第二外控平衡阀42的第二控制油口(即图2的油口k2)连接于第一马达工作油路L1；

其中，第一旁通开关阀43与第一外控平衡阀41并联设置且旁通连接第一外控平衡阀41的进出油口两端，第二旁通开关阀44与第二外控平衡阀42并联设置且旁通连接第二外控平衡阀42的进出油口两端。

本申请的履带行走装置的行走液压***旨在控制机器平稳下坡、防止失速，为此特别增设了平衡控制阀组4，以在下坡时利用行走速度或坡度值等反馈，自动控制机器平稳下坡，或者无需通过反馈进行手动控制机器人平稳下坡，防止机器人失速、失控，保证安全。

其中，增设的平衡控制阀组4包括对称布置在第一马达工作油路L1、第二马达工作油路L2上的两个单元阀组，每个单元阀组包括并联设置的一个外控平衡阀和一个旁通开关阀，外控平衡阀的控制油口连接至另一侧的工作油路，如图2所示。这样，在行走马达3的任一工作油路中，泵送的液压油可通过外控平衡阀和/或旁通开关阀流向行走马达3的端部，驱动马达运转。通过旁通开关阀流向马达，则无迟滞无阻尼流动；通过外控平衡阀流向马达，则阀口开度受负载大小影响，起到限流限速的作用，避免失速、失控问题发生。

本领域技术人员公知的是，外控平衡阀是保持一定背压的压力控制阀，正向是一个液压开关，反向导通。与液压锁不同，压力一旦达到液压锁的开启压力，液压锁就能完全打开，而外控平衡阀是根据负载的大小压力来决定开口的大小、开口流量，因而平衡阀可以限制执行机构的速度，防止执行机构失速和失压。

本实施方式中采用的外控平衡阀的液压符号见图4a，也称单向顺序阀，包括并联设置的单向阀和顺序阀。当顺序阀的控制压力小于设定压力时，主阀口关闭，切断油路；当控制压力达到或大于设定压力时，主阀口逐步打开。但本申请的外控式平衡阀不限于图4a所示的阀件，也可以是图4b所示的阀件；在图4b的阀件中，控制压力只需要达到设定背压的几分之一或更少，即可少量打开主阀芯，而且在主阀芯打开后，阀口对通流液压油存在阻尼作用，即主阀打开有缓冲。

在本实施方式中，第一旁通开关阀43和第二旁通开关阀44均为电磁开关阀，从而方便采用电气控制，适于手动控制模式或者自动控制模式。当然，本申请也不限于此，第一旁通开关阀43和第二旁通开关阀44也可采用诸如液控开关阀的结构形式等等。

另外，本实施方式中的第一外控平衡阀41和第二外控平衡阀42各自的开启压力能够调节，也就是外控平衡阀的开启压力可调，从而适于不同规格的机器人使用，液压***的通用性更强。图4a中的顺序阀的右端阀口为控制油口，图4b中的左端油口为控制油口，控制油口连接至另一侧的马达工作油路。具体地，图2中的第一外控平衡阀41包括作为控制压力两端的第一控制油口和第一压缩弹簧，第二外控平衡阀42包括作为控制压力两端的第二控制油口和第二压缩弹簧，第一压缩弹簧和第二压缩弹簧均能够调节。

在平衡控制阀组4之外，行走液压***还可包括：

行走油泵2，为行走马达3供油；和

主换向阀，主换向阀(图中未显示)的主进油口连接行走油泵2的泵油出口，主换向阀的两个工作油口分别连接第一马达工作油路L1和第二马达工作油路L2。

其中，行走马达3可与其他执行机构共用油源，但在山地救援机器人中，行走***是极为重要的独立***，负载大、能耗大，因而配置了独立的行走油泵2。主换向阀用于将行走油泵2泵送的压力油选择性通过第一马达工作油路L1或第二马达工作油路L2供给至行走马达3，从而控制驱动马达正转或反转。

此外，行走马达3还包括控制马达刹车的刹车阀组(未显示)和连接刹车阀组的外接控制油口31，外接控制油口31取油至行走油泵2的泵油出口。换言之，行走油泵2泵送的压力油的一部分可作为先导控制油源，泵送至外接控制油口31，从而打开刹车阀组，使得行走马达3能够被驱动旋转工作。

由于增设了平衡控制阀组4以防止失速，压力油在液压管内形成高压阻尼流动，为防止管路产生破裂，双向平衡阀应靠近行走马达3安装，或者直接集成安装于行走马达3上。

在上述履带行走装置的行走液压***的基础上，本申请还公开了一种山地救援机器人，包括履带行走装置。上述的行走液压***用于驱动履带行走装置稳健行走，避免下坡失速等。

参见图5，基于上述行走液压***，在增设平衡控制阀组4后，通过对第一旁通开关阀43和第二旁通开关阀44的开关控制，即可根据行走环境的不同而相应切换至不同的行走驱动模式。作为示例，在手动控制方式下，山地救援机器人还可包括手动控制元件，例如开关按键或手柄等，可用于连接并开关控制第一旁通开关阀43和第二旁通开关阀44。

在第一旁通开关阀43和第二旁通开关阀44为电磁阀时，也可实现自动控制。因此，山地救援机器人还可包括行走控制器，被配置为：

确定当前行走道路为下坡道路；

确定当前的下坡行走速度大于设定速度阈值；

控制分别断开第一旁通开关阀43和第二旁通开关阀44。

或者，行走控制器也可被配置为：

确定前方行走道路为下坡道路；

确定道路坡度大于设定坡度阈值或者道路坡长大于设定坡长阈值；

控制分别断开第一旁通开关阀43和第二旁通开关阀44。

可见，在当前处于下坡道路且超过一定速度值时，可控制旁通开关阀均断开，泵送压力油只能通过一侧的外控平衡阀供应至行走马达3的一端，压力油通过行走马达3的另一端以及另一侧的外控平衡阀可实现阻尼回油，以迟滞马达转速增加，防止阀口全开时导致失速。

同理，在预判到前方为下坡道路，且道路坡度或者道路坡长超过各自的预设阈值时，同样可控制分别断开第一旁通开关阀43和第二旁通开关阀44，使得泵送压力油只能通过双向平衡阀进油、回油。

本领域技术人员能够明了的是，本申请的山地救援机器人可在前端配置摄像头，以获取当前行走道路或前方行走道路的图形图像。采集的道路图像信息可传送并通过大数据识别，从而对当前道路或前方道路进行类型识别，即水平道路、上坡道路或下坡道路等等。当然，本申请的山地救援机器人也可配置倾角传感器、速度传感器、计时器等等，通过处理器计算以获取坡度参数信息、速度信息等，从而识别当前道路或前方道路的类型。

可理解的，在非下坡道路时，则可控制泵送压力油仅通过旁通开关阀无背压无阻尼地供应至行走马达并快速回油。因此，行走控制器还可被配置为：

确定前方行走道路为非下坡道路；

控制导通第一旁通开关阀43和第二旁通开关阀44。

以下结合图2、图3、图5，具体阐述行走控制器对山地救援机器人在不同道路环境下的控制过程。

参见图2，在外控液压油通过外接控制油口31打开行走马达3的刹车阀组后，行走油泵2泵送的压力油驱动行走马达3，使机器人实现平地行走、爬坡、下坡等动作。行走马达3装有平衡控制阀组4，通过对平衡控制阀组4中的第一旁通开关阀43和第二旁通开关阀44的电磁控制，也即Y1、Y2是否得电的控制，可以实现机器人速度的平稳控制，在正常行驶的情况下，可以达到最大速度，实现能量最大化，在下陡坡或长坡时实现自动或手动控制行驶速度，防止出现因失控而导致的倾覆等情况，液压油箱1储存液压油。

在图2中，机器人处于正常行驶状态，电磁阀Y1、Y2均不得电，电磁阀中的油口b和c、u和t分别处于导通状态。压力油一部分经油口a流向b、c，另一部分流经第一外控平衡阀41中的单向阀，汇总流到行走马达3；当外控液压油打开行走马达3的刹车，行走马达3的压力油经油口t、u流到x，此时行走马达3旋转，行走***行走(假设为前进)。反过来，当压力油的一部分经油口x流向u、t，另一部分流经第二外控平衡阀42中的单向阀，汇总流到行走马达3，当外控液压油打开行走马达3的刹车，行走马达3的压力油经c、b流到a，此时行走马达3旋转，行走***行走(假设为后退)，这样就实现了机器人的前进和后退动作，并可达到最大速度。

参见图3，电磁阀Y1、Y2均得电，即图2中的第一旁通开关阀43和第二旁通开关阀44均切换至各自的右截止位，电磁阀的油口b、c之间和d、e之间以及油口u、t之间和w、v之间均不导通，两个电磁阀均处于截止状态。此时，油口a的压力油只流经第一外控平衡阀41中的单向阀、第一马达工作油路L1流到行走马达3，驱动马达工作，同时油口a的压力油也流向第二外控平衡阀42中的控制油口k2，使得第一外控平衡阀41的主阀芯逐步打开至一定开度。当外控液压油打开行走马达3的刹车，行走马达3的压力油只能经油口p流向q到油口x；此时油口p、q处有一定的开启压力，行走马达3旋转，行走***行走(假设为前进)。由于油口p、q处有一定的开启压力，行走***就能平稳地行进，而不会出现失速情况。

同样，压力油经油口x、第二外控平衡阀42中的单向阀流向行走马达3，当外控液压油打开行走马达3的刹车，行走马达3的压力油只能经第一外控平衡阀41的油口i流向h到a，此时油口i、h处有一定的开启压力，行走马达3旋转，行走***行走(假设为后退)，由于油口i、h处有一定的开启压力，行走***就能平稳地行进，而不会出现失速情况。

可见，通过对外控平衡阀设定合适的开启压力，行走***能够平稳下坡。图5是电气控制逻辑图，平衡控制阀组4中的电磁阀的得电控制是通过电气控制来实现的，电气控制分为手动控制和自动控制，手动控制是直接控制平衡控制阀组4中相应电磁阀的通断电来实现，可以下坡时就开启，也可以达到某种坡度或坡长就开启；而自动控制是可以通过传感器等措施进行反馈，可用PLC等程序控制，下坡时达到一定下坡速度就自动开启，或者下行坡度达到一定坡度就自动开启，而在其他情况就进入图2所示的正常行驶状态，保障最大速度和能量的最大利用。

上述行走***在下坡中利用平衡控制阀组4，根据行走速度或坡度值反馈，自动控制机器平稳下坡，或者无需通过反馈进行手动控制机器人平稳下坡，防止机器人失控，保证安全。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个

等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种履带行走装置的行走液压***，其特征在于，所述行走液压***包括：

行走马达(3)，包括第一端马达油口和第二端马达油口，所述第一端马达油口连接有第一马达工作油路(L1)且所述第二端马达油口连接有第二马达工作油路(L2)；以及

平衡控制阀组(4)，包括第一旁通开关阀(43)、第二旁通开关阀(44)和双向平衡阀，所述双向平衡阀包括安装在所述第一马达工作油路(L1)中的第一外控平衡阀(41)和安装在所述第二马达工作油路(L2)中的第二外控平衡阀(42)，所述第一外控平衡阀(41)的第一控制油口连接于所述第二马达工作油路(L2)，所述第二外控平衡阀(42)的第二控制油口连接于所述第一马达工作油路(L1)；

其中，所述第一旁通开关阀(43)与所述第一外控平衡阀(41)并联设置且旁通连接所述第一外控平衡阀(41)的进出油口两端，所述第二旁通开关阀(44)与所述第二外控平衡阀(42)并联设置且旁通连接所述第二外控平衡阀(42)的进出油口两端。

2.根据权利要求1所述的履带行走装置的行走液压***，其特征在于，所述第一旁通开关阀(43)和所述第二旁通开关阀(44)均为电磁开关阀。

3.根据权利要求1所述的履带行走装置的行走液压***，其特征在于，所述第一外控平衡阀(41)和所述第二外控平衡阀(42)各自的开启压力能够调节。

4.根据权利要求3所述的履带行走装置的行走液压***，其特征在于，所述第一外控平衡阀(41)包括作为控制压力两端的所述第一控制油口和第一压缩弹簧，所述第二外控平衡阀(42)包括作为控制压力两端的所述第二控制油口和第二压缩弹簧，所述第一压缩弹簧和所述第二压缩弹簧均能够调节。

5.根据权利要求1所述的履带行走装置的行走液压***，其特征在于，所述行走液压***包括：

行走油泵(2)，为所述行走马达(3)供油；和

主换向阀，所述主换向阀的主进油口连接所述行走油泵(2)的泵油出口，所述主换向阀的两个工作油口分别连接所述第一马达工作油路(L1)和所述第二马达工作油路(L2)。

6.根据权利要求5所述的履带行走装置的行走液压***，其特征在于，所述行走马达(3)还包括控制马达刹车的刹车阀组和连接所述刹车阀组的外接控制油口(31)，所述外接控制油口(31)取油至所述行走油泵(2)的泵油出口。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的履带行走装置的行走液压***，其特征在于，所述双向平衡阀集成安装于所述行走马达(3)上。

8.一种山地救援机器人，包括履带行走装置，其特征值在于，所述山地救援机器人还包括根据权利要求1～7中任意一项所述的履带行走装置的行走液压***。

9.根据权利要求8所述的山地救援机器人，其特征在于，所述山地救援机器人还包括：

手动控制元件，用于连接并开关控制所述第一旁通开关阀(43)和所述第二旁通开关阀(44)。

10.根据权利要求8所述的山地救援机器人，其特征在于，所述山地救援机器人还包括行走控制器，被配置为：

确定当前行走道路为下坡道路；

确定当前的下坡行走速度大于设定速度阈值；

控制断开所述第一旁通开关阀(43)和所述第二旁通开关阀(44)。

11.根据权利要求8所述的山地救援机器人，其特征在于，所述山地救援机器人还包括行走控制器，被配置为：

确定前方行走道路为下坡道路；

确定道路坡度大于设定坡度阈值或者道路坡长大于设定坡长阈值；

控制断开所述第一旁通开关阀(43)和所述第二旁通开关阀(44)。

12.根据权利要求10或11所述的山地救援机器人，其特征在于，所述行走控制器还被配置为：

确定前方行走道路为非下坡道路；

控制导通所述第一旁通开关阀(43)和所述第二旁通开关阀(44)。