[发明专利]多足步行机器人及其腿屈伸用液压驱动系统与控制方法

说明书

本发明涉及一种多足步行机器人及其腿屈伸用液压驱动系统与控制方法，属于机器人技术领域。液压驱动系统包括液压缸、液压泵、蓄能器、油箱及多功能关节控制阀组；液压泵具有高压供油口与低压供给口；多功能关节控制阀组包括连接于液压缸的有杆油腔油口与无杆油腔油口之间的油通量可调控制阀，用于对有杆油腔油口与低压油供给口、高压油供给口及油箱之间的负载口连通状态进行独立控制的三个导通控制阀，及用于对无杆油腔油口与低压油供给口、高压油供给口及油箱之间的负载口连通状态进行独立控制的三个导通控制阀。经该结构改进后的液压驱动系统能有效地减少能量损失，而提高能源利用率，可广泛应用于机器人技术领域中。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地说，涉及一种多足步行机器人、用于构建该机器人的腿屈伸用液压驱动系统及该多足步行机器人的控制方法。

背景技术

移动机器人作为一种发展较为成熟的机器人，被广泛应用于危险性大且劳动强度高的军事工业、抢险救灾等领域，不仅可以降低人类的工作强度，且可以代替人类完成危险的工作，按照综述文献《多足步行机器人液压控制系统研究现状与发展趋势》所介绍的内容可知，相较于轮式、履带式等其他移动方法，多足步行机器人能在行走过程中仅需离散的落足点，且能像多足步行动物一样行走于具有障碍物的崎岖路面上，得到较快地发展与较为广泛地应用。

对于移动机器人的结构，通常包括躯体及多个液压机械腿；其中，液压机械腿通常包括大腿杆，与大腿杆的下端部铰接的小腿杆，用于驱动大腿杆相对躯体摆动的大腿杆屈伸用液压缸，用于驱使小腿杆相对大腿杆相对摆动的小腿杆屈伸用液压缸，及连接于液压源与液压缸之间的液压控制系统。在工作过程中，存在着地冲击震荡影响运动稳定性的问题及阀节流损失等降低能量转换效率的问题。

为了解决上述技术问题，在公开号为CN105545829A的专利文献中公开了一种可吸收着地冲击的多足机器人的液压驱动单元，其包括比例伺服阀、伺服缸、蓄能器、阀板、阻尼件与油箱；其中，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；并在伺服缸的无杆腔和有杆腔之间连接有阻尼孔，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。该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。但是在其行走过程中，位于支撑相阶段时，由于机器人自身重量及其负载重量，限制泵源输出油液压力较大；而在摆动相阶段，机械腿液压缸5所需压力低，此时阀口压降大，大量液压能由于节流损失转换为热能，使得能量利用率低，尤其是摆动相时液压缸伸长动作时所需液压油较多而导致其存在更大的节流损失而降低其能源使用效率。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种多足步行机器人的控制方法，不仅能够有效地缓冲着地冲击，且能有效地提高能源利用率；

本发明的另一目的是提供一种多足步行机器人的腿屈伸用液压驱动系统，不仅能够有效地缓冲着地冲击，且能有效地提高能源利用率；

本发明的再一目的是提供一种以上述腿屈伸用液压驱动系统所构建的多足步行机器人。

为了实现上述主要目的，本发明提供的控制方法用于控制多足步行机器人，该多足步行机器人包括躯体、液压机械腿、液压泵、蓄能器及油箱，液压机械腿包括腿杆及腿杆屈伸驱动用的液压驱动系统；液压驱动系统包括液压缸及多功能关节控制阀组；其特征在于，液压泵包括用于供给高压油的高压供油口与用于供给低压油的低压供给口，蓄能器包括与高压油供给口连通的高压蓄能器及与低压油供给口连通的低压蓄能器；多功能关节控制阀组包括连接于液压缸的有杆油腔油口与无杆油腔油口之间的油通量可调控制阀，用于对有杆油腔油口与低压油供给口、高压油供给口及油箱之间的负载口连通状态进行独立控制的三个导通控制阀，及用于对无杆油腔油口与低压油供给口、高压油供给口及油箱之间的负载口连通状态进行独立控制的三个导通控制阀；该控制方法包括以下步骤：