本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种液电混合驱动的行走机器人。
背景技术：
随着科技的发展，对于一些复杂的、具有危险性的特殊任务，人们往往求助于机器人完成，它们在人类生活中扮演着越来越重要的角色。其中，行走机器人对工作环境的要求较低，能够跨越障碍、沟壑以及上下台阶，并能适应崎岖的地面环境，具有较强的适应性，因此拥有广阔的应用前景。行走机器人机构简单且灵活，承载能力强、稳定性好，既能以静态步行方式实现慢速行走，又能以动态步行方式实现高速行走，因而受到国内外研究人员的广泛重视。目前，行走机器人腿部驱动方式通常有电机驱动和液压驱动。电机驱动具有控制简单、控制精度高、工作噪声小等优点，但具有承载能力差、功率密度小等缺点。液压驱动通过高压油来进行驱动，具有很高的功率/密度比、高带宽、快速响应和输出力矩大等特性，但液压驱动具有能耗大，效率低等缺点。
结合电机驱动和液压驱动方式的特点，申请号为cn105156382a的中国专利申请，公开了一种四足机器人电动伺服液压源驱动系统。该专利中的电液伺服驱动系统中采用了发动机驱动定量齿轮泵为液压系统提供高压油，并且在分油路上有伺服电机带动定量泵为油路增压，从而满足不同腿的压力需求，并且通过伺服阀来控制不同腿的活塞驱动缸的运动状态，此液压回路为闭式回路，采用软体油囊为补油装置。但是，在上述液压系统中存在大量的节流损失和活塞杆的动能损失，能量利用率低。
技术实现要素：
为解决上述行走机器人驱动动能损失大，能量利用率低的问题，本发明旨在提供一种液电混合驱动的行走机器人，采用电液机械缸或液压机械缸代替传统活塞缸，采用液电混合驱动方式驱动，能有效解决传统行走机器人驱动系统中能量损失大的不足，降低系统发热，提高能量利用率。
一种液电混合驱动的行走机器人，包括：机体(39)和安装在机体上结构相同的左后腿(38)、左前腿、右后腿及右前腿，其中每条腿均包括：大腿组件(35)、小腿组件(36)，纵向髋关节(33)、横向髋关节(34)和膝关节(32)，机体与大腿组件之间通过纵向髋关节和横向髋关节相连，大腿组件与小腿组件之间通过膝关节相连；还包括第ⅰ液电混合驱动回路，其中：
第ⅰ液电混合驱动回路(40)包括：动力源(1)、恒压变量泵(2)、第ⅰ过滤器(3)、第ⅱ过滤器(31)、油箱(4)、第ⅰ溢流阀(5)、第ⅱ溢流阀(7)、第ⅰ单向阀(6)、第ⅱ单向阀(29)、第ⅲ单向阀(30)、第ⅰ蓄能器(8)、压力传感器(9)、右前腿第ⅰ液压机械缸(15)、右前腿第ⅱ液压机械缸(19)、右前腿第ⅲ液压机械缸(20)、右后腿第ⅰ电液机械缸(10)、右后腿第ⅱ电液机械缸(21)、右后腿第ⅲ电液机械缸(22)、左前腿第ⅰ电液机械缸(27)、左前腿第ⅱ电液机械缸(28)、左前腿液压机械缸(26)、左后腿电液机械缸(25)、左后腿第ⅰ液压机械缸(23)、左后腿第ⅱ液压机械缸(24)、压力切换阀(46)、第ⅱ蓄能器(47)和第ⅲ溢流阀(48)；
所述动力源和恒压变量泵同轴布置；恒压变量泵的出油口和第ⅰ单向阀的进油口相连，右前腿第ⅰ液压机械缸进油口b、右前腿第ⅱ液压机械缸进油口c、右前腿第ⅲ液压机械缸进油口d、右后腿第ⅰ电液机械缸进油口a、右后腿第ⅱ电液机械缸进油口e、右后腿第ⅲ液压机械缸进油口f、左前腿第ⅰ电液机械缸进油口p、左前腿第ⅱ电液机械缸进油口q、左前腿液压机械缸进油口o、左后腿电液机械缸进油口m、左后腿第ⅰ液压机械缸进油口k、左后腿第ⅱ液压机械缸进油口l和第ⅰ单向阀的出油口通过液压管路连通，右前腿第ⅰ液压机械缸的出油口、右前腿第ⅱ液压机械缸的出油口、右前腿第ⅲ液压机械缸的出油口、右后腿第ⅰ电液机械缸的出油口、右后腿第ⅱ电液机械缸的出油口、右后腿第ⅲ电液机械缸的出油口、左前腿第ⅰ电液机械缸的出油口、左前腿第ⅱ电液机械缸的出油口、左前腿液压机械缸的出油口、左后腿电液机械缸的出油口、左后腿第ⅰ液压机械缸的出油口、左后腿第ⅱ液压机械缸的出油口、第ⅱ单向阀的出油口和第ⅲ单向阀的进油口通过液压管路连通；恒压变量泵的进油口和第ⅰ过滤器的出油口相连，第ⅱ单向阀的进油口和第ⅱ过滤器的出油口相连，第ⅲ单向阀的出油口、第ⅰ过滤器的进油口和第ⅱ过滤器的进油口均与油箱相连；第ⅰ溢流阀的进油口和恒压变量泵的出油口相连，第ⅰ溢流阀的出油口和油箱相连；第ⅰ单向阀的出油口、第ⅱ溢流阀的进油口和第ⅰ蓄能器通过液压管路连通，压力传感器和第ⅰ单向阀的出油口相连；压力切换阀的第ⅰ工作油口r与第ⅰ单向阀的出油口相连，第ⅱ工作油口s、第ⅰ蓄能器的油口和第ⅱ溢流阀的进油口相连，第ⅲ工作油口u、第ⅱ蓄能器的油口和第ⅲ溢流阀的进油口相连，第ⅱ溢流阀的出油口、第ⅲ溢流阀的出油口均与油箱相连；
右前腿第ⅰ液压机械缸、右后腿第ⅰ电液机械缸、左前腿液压机械缸、左后腿第ⅰ液压机械缸分别与右前腿、右后腿、左前腿和左后腿的横向髋关节相连；右前腿第ⅱ液压机械缸、右后腿第ⅱ电液机械缸、左前腿第ⅰ电液机械缸、左后腿第ⅱ液压机械缸分别与右前腿、右后腿、左前腿和左后腿的纵向髋关节相连；右前腿第ⅲ液压机械缸、右后腿第ⅲ电液机械缸、左前腿第ⅱ电液机械缸、左后腿电液机械缸分别与右前腿、右后腿、左前腿和左后腿的膝关节相连；
所述右后腿第ⅰ电液机械缸包括第ⅰ变量泵/马达(11)、电动机(12)、第ⅰ传动箱(13)和第ⅰ机械缸(14)；第ⅰ变量泵/马达、电动机和第ⅰ传动箱的输入端同轴连接，连接的方式是第ⅰ变量泵/马达-电动机-第ⅰ传动箱输入端或电动机-第ⅰ变量泵/马达-第ⅰ传动箱输入端；第ⅰ传动箱的输出端和第ⅰ机械缸的输入端同轴连接；第ⅰ变量泵/马达与电动机通过第ⅰ传动箱连接至第ⅰ机械缸；右后腿第ⅱ电液机械缸、右后腿第ⅲ电液机械缸、左前腿第ⅰ电液机械缸、左前腿第ⅱ电液机械缸、左后腿电液机械缸和右后腿第ⅰ电液机械缸的组成和连接方式与右后腿第ⅰ电液机械缸的组成和连接方式相同；
所述右前腿第ⅰ液压机械缸包括第ⅱ变量泵/马达(16)、第ⅱ传动箱(17)和第ⅱ机械缸(18)；第ⅱ变量泵/马达和第ⅱ传动箱的输入端同轴连接，第ⅱ传动箱的输出端和第ⅱ机械缸的输入端同轴连接；第ⅱ变量泵/马达通过第ⅱ传动箱连接至第ⅱ机械缸；右前腿第ⅱ液压机械缸、右前腿第ⅲ液压机械缸、左前腿液压机械缸、左后腿第ⅰ液压机械缸、左后腿第ⅱ液压机械缸的组成和连接方式与右前腿第ⅰ液压机械缸的组成和连接方式相同。
所述的液电混合驱动系统用于不同自由度的行走机器人，驱动系统根据行走机器人的足数扩展。
所述电液机械缸与液压机械缸根据需要互换使用。
所述的第ⅰ蓄能器和第ⅱ蓄能器可以分别是一个液压蓄能器，或两个及两个以上的液压蓄能器构成的液压蓄能器组。
所述的动力源是柴油机或电动机。
所述的电动/发电机是交流异步电机，步进电机，开关磁阻电机，直流电机和伺服电机中的一种。
所述的第ⅰ传动箱和第ⅱ传动箱是齿轮传动箱或带传动箱。
所述的第ⅰ机械缸和第ⅱ机械缸中采用行星滚珠丝杠，滚柱丝杠或梯形丝杠中的任意一种形式传动。
与现有技术相比，本发明提供的一种液电混合驱动的行走机器人，具有以下优点：
1、本发明创新性地为电动缸的电动机增设了液压马达，或直接将电动机替换为液压马达，克服了电动缸无法承受较大负载的问题，可以使四足机器人适应于更多的工况。
2、本发明采用两种新型液压元件电液机械缸和液压机械缸作为二次调节元件，解决了恒压网络系统中驱动直线负载难的问题，具有结构简单、成本低、易于实现等优点；
3、本发明使用的电液机械缸相比于相同功率的电动缸具有更大的功重比，可以有效地缩小使用空间，工作装置更简洁；使用液压机械缸时功重比可以进一步增加，结构更为精简，空间布置更为灵活。
4、本发明液电混合驱动系统采用由恒压变量泵和第ⅰ蓄能器、第ⅱ蓄能器组成的恒压油源，采用液-电-机械驱动器取代了传统驱动器，通过控制变量泵/马达的摆角控制各腿的运动，相对于阀控系统，能够减少节流损失，降低系统发热；
5、本发明使用的电液机械缸和液压机械缸可以将超越负载产生的势能直接转换为电能和液压能储存起来，液压机械缸可以通过液压第ⅰ蓄能器储存液压能；电液机械缸和液压机械缸的回收方式避免了能量的多次转换，能量利用率远高于液压变压器的能量利用率。
附图说明
图1是本发明行走机器人单腿的结构简图；
图2是本发明的系统原理图；
图3是本发明实施例的系统原理图；
图4是电液机械缸的剖面图；
图5是液压机械缸的剖面图。
图中：1-动力源，2-恒压变量泵，3-第ⅰ过滤器，4-油箱，5-第ⅰ溢流阀，6-第ⅰ单向阀，7-第ⅱ溢流阀，8-第ⅰ蓄能器，9-压力传感器，10-右后腿第ⅰ电液机械缸，11-第ⅰ变量泵/马达，12-电动机，13-第ⅰ传动箱，14-第ⅰ机械缸，15-右前腿第ⅰ液压机械缸，16-第ⅱ变量泵/马达，17-第ⅱ传动箱，18-第ⅱ机械缸，19-右前腿第ⅱ液压机械缸，20-右前腿第ⅲ液压机械缸，21-右后腿第ⅱ电液机械缸，22-右后腿第ⅲ电液机械缸，23-左后腿第ⅰ液压机械缸，24-左后腿第ⅱ液压机械缸，25-左后腿电液机械缸，26-左前腿液压机械缸，27-左前腿第ⅰ电液机械缸，28-左前腿第ⅱ电液机械缸，29-第ⅱ单向阀，30-第ⅲ单向阀，31-第ⅱ过滤器，32-膝关节，33-纵向髋关节，34-横向髋关节，35-大腿组件，36-小腿组件，38-左后腿，39-机体，40-第ⅰ液电混合驱动回路，41-第ⅱ液电混合驱动回路，46-压力切换阀，47-第蓄能ⅱ器，48-第ⅲ溢流阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明：
实施例1
如图1所示，一种液电混合驱动的行走机器人，包括：机体39和安装在机体上结构相同的右前腿(未画出)、右后腿(未画出)、左前腿(未画出)及左后腿38，其中每条腿均包括：大腿组件35、小腿组件36，纵向髋关节33、横向髋关节34和膝关节32，机体与大腿组件之间通过纵向髋关节和横向髋关节相连，大腿组件与小腿组件之间通过膝关节相连；还包括第ⅱ液电混合驱动回路(41)，其中：
如图3所示，第ⅱ液电混合驱动回路包括：动力源1、恒压变量泵2、第ⅰ过滤器3、第ⅱ过滤器31、油箱4、第ⅰ溢流阀5、第ⅱ溢流阀7、第ⅰ单向阀6、第ⅱ单向阀29、第ⅲ单向阀30、第ⅰ蓄能器8、压力传感器9、右前腿第ⅰ液压机械缸15、右前腿第ⅱ液压机械缸19、右前腿第ⅲ液压机械缸20、右后腿第ⅰ电液机械缸10、右后腿第ⅱ电液机械缸21、右后腿第ⅲ电液机械缸22、左前腿第ⅰ电液机械缸27、左前腿第ⅱ电液机械缸28、左前腿液压机械缸26、左后腿电液机械缸25、左后腿第ⅰ液压机械缸23、左后腿第ⅱ液压机械缸24。
所述动力源和恒压变量泵同轴布置；恒压变量泵的出油口和第ⅰ单向阀的进油口相连，右前腿第ⅰ液压机械缸进油口b、右前腿第ⅱ液压机械缸进油口c、右前腿第ⅲ液压机械缸进油口d、右后腿第ⅰ电液机械缸进油口a、右后腿第ⅱ电液机械缸进油口e、右后腿第ⅲ液压机械缸进油口f、左前腿第ⅰ电液机械缸进油口p、左前腿第ⅱ电液机械缸进油口q、左前腿液压机械缸进油口o、左后腿电液机械缸进油口m、左后腿第ⅰ液压机械缸进油口k、左后腿第ⅱ液压机械缸进油口l和第ⅰ单向阀的出油口通过液压管路连通，右前腿第ⅰ液压机械缸的出油口、右前腿第ⅱ液压机械缸的出油口、右前腿第ⅲ液压机械缸的出油口、右后腿第ⅰ电液机械缸的出油口、右后腿第ⅱ电液机械缸的出油口、右后腿第ⅲ电液机械缸的出油口、左前腿第ⅰ电液机械缸的出油口、左前腿第ⅱ电液机械缸的出油口、左前腿液压机械缸的出油口、左后腿电液机械缸的出油口、左后腿第ⅰ液压机械缸的出油口、左后腿第ⅱ液压机械缸的出油口、第ⅱ单向阀的出油口和第ⅲ单向阀的进油口通过液压管路连通；恒压变量泵的进油口和第ⅰ过滤器的出油口相连，第ⅱ单向阀的进油口和第ⅱ过滤器的出油口相连，第ⅲ单向阀的出油口、第ⅰ过滤器的进油口和第ⅱ过滤器的进油口均与油箱相连；第ⅰ溢流阀的进油口和恒压变量泵的出油口相连，第ⅰ溢流阀的出油口和油箱相连；第ⅰ单向阀的出油口、第ⅱ溢流阀的进油口和第ⅰ蓄能器通过液压管路连通，第ⅱ溢流阀的出油口和油箱相连，压力传感器、第ⅰ蓄能器、第ⅱ溢流阀的进油口均与第ⅰ单向阀的出油口相连；第ⅱ溢流阀的出油口与油箱相连。
右前腿第ⅰ液压机械缸、右后腿第ⅰ电液机械缸、左前腿液压机械缸、左后腿第ⅰ液压机械缸分别与右前腿、右后腿、左前腿和左后腿的横向髋关节相连；右前腿第ⅱ液压机械缸、右后腿第ⅱ电液机械缸、左前腿第ⅰ电液机械缸、左后腿第ⅱ液压机械缸分别与右前腿、右后腿、左前腿和左后腿的纵向髋关节相连；右前腿第ⅲ液压机械缸、右后腿第ⅲ电液机械缸、左前腿第ⅱ电液机械缸、左后腿电液机械缸分别与右前腿、右后腿、左前腿和左后腿的膝关节相连。
所述右后腿第ⅰ电液机械缸如图4所示，包括第ⅰ变量泵/马达11、电动机12、第ⅰ传动箱13和第ⅰ机械缸14；第ⅰ变量泵/马达、电动机和第ⅰ传动箱的输入端同轴连接，连接的方式是第ⅰ变量泵/马达-电动机-第ⅰ传动箱输入端或电动机-第ⅰ变量泵/马达-第ⅰ传动箱输入端；第ⅰ传动箱的输出端和第ⅰ机械缸的输入端同轴连接；第ⅰ变量泵/马达与电动机通过第ⅰ传动箱连接至第ⅰ机械缸；右后腿第ⅱ电液机械缸、右后腿第ⅲ电液机械缸、左前腿第ⅰ电液机械缸、左前腿第ⅱ电液机械缸、左后腿电液机械缸和右后腿第ⅰ电液机械缸的组成和连接方式与右后腿第ⅰ电液机械缸的组成和连接方式相同。
所述右前腿第ⅰ液压机械缸如图5所示，包括第ⅱ变量泵/马达16、第ⅱ传动箱17和第ⅱ机械缸18；第ⅱ变量泵/马达和第ⅱ传动箱的输入端同轴连接，第ⅱ传动箱的输出端和第ⅱ机械缸的输入端同轴连接；第ⅱ变量泵/马达通过第ⅱ传动箱连接至第ⅱ机械缸；右前腿第ⅱ液压机械缸、右前腿第ⅲ液压机械缸、左前腿液压机械缸、左后腿第ⅰ液压机械缸、左后腿第ⅱ液压机械缸的组成和连接方式与右前腿第ⅰ液压机械缸的组成和连接方式相同。
以上所述，仅是本发明的一种实施方式而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是根据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。