[发明专利]一种轮腿机器人及其腿部关节驱动装置

说明书

本发明公开了一种轮腿机器人及其腿部关节驱动装置，属于轮腿机器人技术领域，包括液压控制系统；所述液压控制系统包括液压缸、活塞杆、主油路、次油路、伺服电机和液压泵；所述液压缸内设有承载腔和非承载腔；所述活塞杆分隔承载腔和非承载腔；所述伺服电机用于驱动液压泵；所述非承载腔、主油路、液压泵、次油路和承载腔依次连通；所述活塞杆相对液压缸的伸长量随着承载腔和非承载腔内的液压油容量的改变而改变。本发明的一种轮腿机器人及其腿部关节驱动装置，没有溢流损耗，无节流损耗，节约系统功率，液压系统传递效率高，能量利用率高，缓冲性能好，寿命长。

技术领域

本发明属于轮腿机器人技术领域，具体地说涉及一种轮腿机器人及其腿部关节驱动装置。

背景技术

轮腿式机器人是指在机器人腿的末端加上了轮子，此种机器人充分结合了轮与腿的优势，既能够快速高效的通过车辆路面，又能够利用腿的步态翻越障碍物，实现非结构环境下的通过。相对于足式机器人来讲在路面环境下，具有更快的行进速度，故轮腿式机器人的研究得到了越来越广泛的关注。

目前，轮腿机器人的研究主要集中于小型的轮腿机器人平台，机器人本体及负载能力均较小，可应用电机于减速器组合来进行腿部关节的驱动；针对中/大型的轮腿机器人的腿部关节驱动，则采用伺服阀控缸来进行驱动，伺服阀安装于液压缸上，液压缸活塞杆通过连杆来驱动腿部关节，伺服阀的压力油液由一个集中式的泵站进行供给，通过控制伺服阀阀芯开口的方向及大小来控制液压缸的输出力/速度，进而控制腿部关节的扭矩/转速。

中/大型轮腿机器人采用伺服阀控缸作为关节驱动装置存在以下问题:

1、采用伺服阀控缸作为轮腿机器人关节执行器的液压系统中，采用集中式泵站作为动力源，泵站部分为了维持恒定的系统压力，需要采用溢流阀进行溢流来维持压力恒定，此种方式使泵站部分一直存在溢流损耗，由此而带来了系统的功率损耗。

2、伺服阀控缸是通过伺服阀的节流来对液压缸实现精确的输出力/速度的控制，存在较大的节流功率损耗，液压系统传递效率低，机器人的有效能量利用率低。一般的当轮腿机器人在行驶过程中，其关节驱动装置的输出扭矩需要克服自身的重力及惯性力，故此时需要较大的扭矩，需采用液压执行器来驱动，能够达到较高的功率密度比；但当轮腿机器人在执行步态跨越障碍时，此时对于关节驱动装置来将只需克服腿部重量即可，故此时需要的关节驱动装置的输出扭矩较小，若采用伺服阀控缸执行器，伺服阀阀口处会产生极大的压差，产生较大的节流损耗。

3、由伺服阀控缸以及集中泵站组成的关节驱动装置系统组成复杂，伺服阀抗油液污染能力差，导致整个关节驱动装置可靠性差。

4、伺服阀控缸是由伺服阀与液压缸组成的刚性执行机构，当轮腿机器人在地面行驶过程中遇到突起物时会对关节执行器产生瞬时的力冲击，伺服阀控缸由于没有被动缓冲装置，故在此瞬时力冲击下液压缸内部会产生瞬时的压力峰值，此压力峰值会对液压元器件及密封产生破坏。

5、伺服阀控缸驱动装置在机器人系统一旦失电后，就无法正常工作，不方便运输。

6、由伺服阀控缸以及集中泵站组成的关节驱动装置系统组成复杂，伺服阀抗油液污染能力差，导致整个关节驱动装置可靠性差。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种轮腿机器人及其腿部关节驱动装置，拟解决如何在应用于中/大型轮腿机器人的腿部关节驱动中，取消伺服阀控缸，实现无节流损耗，同时在行驶过程中的减振时，提高关节驱动器的效率，提高机器人的有效能量利用率，延长机器人的巡航时间等问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：