大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统，包括液压泵、驱动各关节运动的伺服油缸、角位移传感器以及控制单元，驱动各关节运动的伺服油缸分别通过电液伺服阀连接所述液压泵；角位移传感器分别设置在各关节上，实时检测得到相应关节的角位移数据；控制单元根据相应关节的角位移数据以及每个关节的驱动函数控制相应的电液伺服阀的流量，使相应关节的伺服油缸伸缩，实现大型四足仿生机械恐龙的运动。本实用新型采用液压动力系统驱动大型四足仿生机械恐龙运动，具有高功率密度、高效的优点。
【专利说明】大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及四足机器人，具体涉及大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统。
【背景技术】
[0002] 机器人技术是一门综合性交叉学科，由力学、机械学、电子学、生物学、计算机、人 工智能、人机工程、系统工程等学科相互交叉综合运用而产生的学科，它综合了机械、微电 子与计算机、自动控制、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果，是机电 一体化技术的典型载体。大型四足仿生机械恐龙是四足步行机器人的一种重要应用，广泛 应用于娱乐、影视等领域。
[0003] 众所周知，机械结构是仿生机械恐龙的骨骼，而动力系统是实现仿生机械恐龙 "动"的关键，是大型四足机器人设计的一个核心问题。目前，大型四足仿生机械恐龙普遍采 用的是电机驱动方式，该方式最大的优点在于便于控制，但是，由于大型四足仿生机器人是 一个移动机器人，在运动过程中对能源的需求变化较大，且需要功率较大，为了便于四足机 器人的运动和控制，要求动力系统在提供足够动力的基础上质量尽可能的减小。
[0004] 有鉴于此，需要对四足仿生机械恐龙的动力系统进行优化设计，找到一种高功率 密度的动力系统及高效的动力系统。 实用新型内容
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是解决如何提供一种大型四足仿生机械恐龙高 功率密度、高效的的动力系统及动力系统的问题。
[0006] 为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提供一种大型四足仿生 机械恐龙的液压动力系统，包括液压泵、驱动大型四足仿生机械恐龙的各关节运动的多个 伺服油缸、角位移传感器以及控制单元，每个所述伺服油缸分别通过相应的电液伺服阀连 接所述液压泵；角位移传感器分别设置在大型四足仿生机械恐龙的各关节上，实时检测得 到相应关节的角位移数据；控制单元根据相应关节的角位移数据以及每个关节的驱动函数 控制相应的电液伺服阀的流量及方向，使相应关节的伺服油缸伸缩。
[0007] 在上述方案中，每个所述伺服油缸与所述电液伺服阀之间的管路上设有过滤器。
[0008] 在上述方案中，还包括电磁溢流阀和电磁卸荷阀组件，设置在所述液压泵的回油 管路上。
[0009] 在上述方案中，还包括冷却器，设置在所述电液伺服阀和电磁卸荷阀组件的回油 管路上。
[0010] 在上述方案中，相应关节的驱动函数包括各髋关节的驱动函数和膝关节的驱动函 数，当大型四足仿生机械恐龙以对角步态行走，步态周期T = Is时，各髋关节和膝关节的驱 动函数如下：
[0011] 左后腿髋关节，Θ41 = 75° -7° cos2 3it ;
[0012] 左后腿膝关节，当0 < t < 0· 5s时Θ 31 = 150° ;
[0013] 当 Is > t > 0· 5s 时 Θ 31 = 135。+15。cos4ji t ;
[0014] 右前腿髋关节，θ 42 = 75° +7。cos2 3it ;
[0015] 右前腿膝关节，当0 < t < 0· 5s时θ 32 = 150° ;
[0016] 当 Is > t > 0· 5s 时 Θ 32 = 135。+15。cos4ji t ;
[0017] 右后腿髋关节，θ 43 = 75° +7。cos2 3it ;
[0018] 右后腿膝关节，当 0 < t < 0· 5s 时 θ 33 = 135° +15° cos4 π t
[0019] 当 Is > t > 0· 5s 时 θ 33 = 150。；
[0020] 左前腿髋关节，Θ41 = 75° -7° cos2 3it ;
[0021] 左前腿膝关节，当 0 < t < 0· 5s 时 θ 34 = 135° +15° cos4 π t
[0022] 当 ls>t>0.5s 时。
[0023] 本实用新型，根据相应关节的角位移数据以及相应关节的驱动函数控制相应的电 液伺服阀的流量及方向，使相应的伺服油缸伸缩，实现大型四足仿生机械恐龙的各种动作， 具有高功率密度、高效等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为本实用新型提供的大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统液压原理图。
【具体实施方式】
[0025] 本实用新型提供了一种大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统，用于实现大型四 足仿生机械恐龙的运动，具有高功率密度和高效的优点。下面结合说明书附图和具体实施 例对本实用新型做出详细的说明。
[0026] 如图1所示，大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统包括液压泵1、驱动大型四足 仿生机械恐龙的各关节运动的多个伺服油缸2、多个角位移传感器3和控制单元4以及相应 的辅助元件。
[0027] 驱动大型四足仿生机械恐龙的各关节运动的多个伺服油缸2分别通过电液伺服 阀5连接到液压泵1上，为了实现油路的集散和液压阀的集中布置，本实用新型中采用了阀 岛结构，通过阀岛将液压泵1输出的高压液压油分配给各个电液伺服阀5,进而分配给各个 伺服油缸2,同时，各个伺服油缸2中要回到油箱7的油管也在此集中，进而集中流回油箱 ?。
[0028] 角位移传感器3分别设置在各关节上，通过角位移传感器3实时得到大型四足仿 生机械恐龙在运动过程中相应关节的角位移数据；
[0029] 控制单元4根据相应关节的角位移数据以及内置相应关节的驱动函数控制相应 的电液伺服阀5的流量及方向，供给相应的伺服油缸2使其进行相应的伸缩，实现大型四足 仿生机械恐龙的各种运动。
[0030] 相应的辅助元件保证了液压动力系统的正常工作，主要包括蓄能器8、电磁溢流阀 和电磁卸荷阀组件9、过滤器10和冷却器11。其中：
[0031] 蓄能器8作为辅助能源使用，为了减小液压动力系统冲击，在系统用油较少，运动 较慢时，将多余的高压液压油储存起来，在系统用油较多运动较快时，将储存起来的高压液 压油释放以提供动力。
[0032] 电磁溢流阀和电磁卸荷阀组件9是电磁溢流阀和电磁卸荷阀的集成，其中，电磁 溢流阀本系统中具有保压作用，溢流压力为系统设计压力，当液压动力系统中的压力高于 设计压力时，电磁溢流阀打开；当系统压力低于设计压力时，电磁溢流阀关闭。电磁卸荷阀 的作用就是紧急泄压和减小系统冲击，当系统出现紧急状况需要卸掉系统压力时使用。电 磁卸荷阀开启时，液压动力系统正常运转，但是压力为〇 ;电磁溢流阀关闭时，系统正常工 作。电磁卸荷阀还能使系统缓慢启动，能够减小电机的启动功率，减小液压动力系统的冲 击。
[0033] 由于电磁卸荷阀的抗油污能力较差，为保证进入电磁卸荷阀的油洁净，在液压泵 的出油口和阀岛的进油口之间添加过滤器10。
[0034] 为了防止管路连接点发生漏油现象，对于各个管路连接处应全部添加密封圈，参 考本系统的压力，可选用橡胶密封圈。
[0035] 电磁溢流阀和电磁卸荷阀组件9设置在液压泵的回油管路上；冷却器11设置在电 液伺服阀的回油管路上，以保证液压动力系统在正常温度下工作。
[0036] 对于液压动力系统，压力表12是必不可少的，在此不再赘述。
[0037] 本实用新型提供的系统用于驱动大型四足仿生机械恐龙行走，大型四足仿生机械 恐龙具有四条腿，每条腿具有一个髋关节和一个膝关节，髋关节由髋关节伺服油缸驱动，膝 关节由膝关节伺服油缸驱动，当四足机器人以对角步态行走，步态周期T = Is时，对角步态 的各个关节运动函数如下表所示。 关节名称 | 关节运动函数 左后腿髋关节 沒41 =75° -7°cos2;zt 当 0</<().5.y 时 4=150 左后腿膝关节 。。 当 h. >，> O.5.S.时心=135 + 15 cos 4对 右前腿髋关节 6*42 =75° +7° cos2;zt 当 0 < / < 0.5.y 时 -150° 右前腿膝关节
[0038] 当 l.s. > / > 0.5.y 时^ = [35。+15。cos4对 右后腿髋关节 043 =75°+7°cos2^ 当 0 < ,' < 0.5.y 时~九= 135 +15 cos 4对 右后腿膝关节 _ 当 1·? > ? > 0.5s* 时見;=丨 50 左前腿髋关节 沒41 = 75。-7°cos2/zt 当 0 < ? < O.5.S.时 4 = 135 +15。cos4对 左前腿膝关节 当 Is > ? > 0.5s 时沒34 = 150
[0039] 于是，控制单元4根据各条腿的相应髋关节和膝关节的角位移数据以及上述相应 的驱动函数控制相应的电液伺服阀5的流量，供给相应的伺服油缸2使其进行相应的伸缩， 实现大型四足仿生机械恐龙的各种运动。
[0040] 本实用新型，采用液压系统，根据四条腿上不同关节的驱动函数控制伺服油缸，从 而驱动大型四足仿生机械恐龙行走运动，具有高功率密度和高效的优点。
[0041] 本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下 作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保 护范围之内。
【权利要求】
1. 大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统，其特征在于，包括： 液压栗； 驱动大型四足仿生机械恐龙的各关节运动的多个伺服油缸，每个所述伺服油缸分别通 过相应的电液伺服阀连接所述液压泵； 多个角位移传感器，分别设置在大型四足仿生机械恐龙的各关节上，所述角位移传感 器实时检测得到相应关节的角位移数据； 控制单元，根据相应关节的角位移数据以及相应关节的驱动函数控制相应的电液伺服 阀的流量及方向，使相应的伺服油缸伸缩。
2. 如权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，每个所述伺服油缸与所述电液伺 服阀之间的管路上设有过滤器。
3. 如权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于：还包括电磁溢流阀和电磁卸荷阀 组件，设置在所述液压泵的回油管路上。
4. 如权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于：还包括冷却器，设置在所述电液伺 服阀和电磁卸荷阀组件的回油管路上。
【文档编号】F15B21/04GK203879830SQ201420207846
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】韩晓建, 李红卫, 孙宇, 晋浩奇 申请人:中科宇博（北京）文化有限公司