一体式液压系统机器人腿的制作方法

本发明涉及机器人领域，具体为一体式液压系统机器人腿。

背景技术：

国内对于六足机器人的研究起步较晚，技术尚未成熟，尚未达到国外先进水平。对于驱动问题，小型六足机器人大都采用电机驱动；而大型六足机器人国内研究少，考虑到大型六足机器人的负载能力，一般采用液压系统为其提供动力。

然而，上述结构存在如下缺点：1）采用电机驱动六足机器人时，其驱动力矩小，承载能力低，在没有安装减震系统时，足端受到的冲击很大；2）而采用传统液压系统驱动六足机器人时，在承载能力和抗冲击能力上得到了提高，但由于其液压系统自身油箱的重量影响，使得机体重量增加，腿部负荷增加，承载能力降低。

为此，迫切需要一种新的驱动装置，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对现有的六足机器人通常采用电机驱动时，扭动力矩小，承载能力低，而采用传动液压系统驱动，机体重量较大，负荷增加的问题，提供一种一体式液压系统机器人腿。本发明中，通过一体式液压系统可以对机器人各腿进行高精度的单独控制，并基于结构的改进，有效去除传统液压系统中笨重的油箱，使机器人各腿负载减轻，承重能力增强。本发明能有效解决大负载所需的大扭矩问题，又能使机身轻量化，提高负载能力，实现对机器人腿部的精准控制。本发明构思巧妙，设计合理，结构简单，具有较高的应用价值和较好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一体式液压系统机器人腿，包括小腿、大腿、基节、一体式液压系统，所述大腿的两端分别与小腿、基节铰接且小腿、基节能分别相对大腿转动，所述小腿下端设置有缓冲件；

所述一体式液压系统为至少三个，一个一体式液压系统的两端分别与大腿与小腿相连且一体式液压系统能带动大腿与小腿之间相对运动，一个一体式液压系统的两端分别与基节与大腿相连且一体式液压系统能带动大腿与基节之间相对运动，一个一体式液压系统设置在基节上且基节通过一体式液压系统能与外部部件相连；

所述一体式液压系统包括电机、齿轮泵、与齿轮泵连接的油箱、先导式单向阀、溢流阀、液压缸，所述液压缸包括缸体、与缸体相配合的活塞，所述电机的转轴与齿轮泵相连，所述齿轮泵与油箱相连，所述电机、齿轮泵、油箱构成第一中间体，所述第一中间体分别通过先导式单向阀、溢流阀与液压缸相连且电机通过齿轮泵、油箱、先导式单向阀、溢流阀能控制液压缸实现活塞的动力输出。

所述缓冲件为球铰支座。

还包括与液压缸相连的手动溢流阀。

所述油箱与齿轮泵连接为一体。

一个一体式液压系统设置在大腿或小腿上且大腿通过该一体式液压系统与小腿活动连接。

一个一体式液压系统设置在大腿上且基节通过该一体式液压系统与大腿相连。

所述大腿的一端与小腿上部活动连接且小腿能相对大腿的连接处转动，一个一体式液压系统设置在大腿上且该一体式液压系统的活塞与小腿活动连接且该一体式液压系统能带动小腿相对大腿运动。

所述第一中间体与液压缸并列设置。

所述第一中间体与液压缸呈凵字型布置。

针对前述问题，本发明提供一体式液压系统机器人腿。该结构包括小腿、大腿、基节、一体式液压系统。其中，大腿的两端分别与小腿、基节铰接；基于该结构，小腿能相对大腿转动，大腿能相对基节转动，小腿下端设置有缓冲件。小腿、大腿、基节构成机器人腿的基本骨架。

同时，本申请中，一体式液压系统为至少三个，其用于为机器人腿提供各部件提供动力。其中，一个一体式液压系统的两端分别与大腿与小腿相连，通过一体式液压系统带动大腿与小腿之间相对运动；一个一体式液压系统的两端分别与基节与大腿相连，其通过一体式液压系统带动大腿与基节之间相对运动；同时，一个一体式液压系统设置在基节上且基节通过一体式液压系统能与外部部件相连。基于该结构，三个一体式液压系统提供相应的动力，使得小腿、大腿、基节能够进行相应的转动，从而满足相应的驱动需要。

该结构中，一体式液压系统包括电机、齿轮泵、与齿轮泵连接的油箱、先导式单向阀、溢流阀、液压缸，液压缸包括缸体、与缸体相配合的活塞，电机的转轴与齿轮泵相连，齿轮泵与油箱相连，电机、齿轮泵、油箱构成第一中间体，第一中间体分别通过先导式单向阀、溢流阀与液压缸相连。该结构中，能够实现电能-机械能-液压能-机械能的转换，满足机器人运动的动力需求。该结构中，电机通过齿轮泵、油箱、先导式单向阀、溢流阀能控制液压缸实现活塞的动力输出；其采用液缸作为最后的动力输出源，有效解决了电机驱动时所存在的扭动力矩小的问题；另一方面，基于电机、齿轮泵、油箱、先导式单向阀、溢流阀的结构设计，有效避免了笨重油箱的采用，对于减轻机器人腿的负载，提高承重能力，具有重要的应用价值。

与现有技术相比，本发明提供了一种全新的一体式液压系统，并将一体式液压系统与其他部件相结合，形成一种全新的机器人腿，其能有效解决现有技术所存在的问题，并能够实现对于各关节的精确控制，对于六足机器人，尤其是大型六足机器人，的发展和应用，具有重要的价值。

本申请中，腿部机械机构及材料可以根据不同需求来选材和进行设计。该结构装配时，采用小型大扭矩电机通过一个集成有溢流阀、先导式单向阀等构成的阀件连接块与齿轮泵和油箱连接，然后再经过一个液压缸进行装配，从而构成一个完整的小型液压系统，能够完成电能-机械能-液压能-机械能的转换，满足机器人运动的动力需求。

进一步，缓冲件采用球铰支座。通过足端安装球铰来增大机器人足端与地面的接触面积，保证机器人平稳行走。

在一个具体实例中，将一体式液压系统按照如附图所示的安装方式进行安装，大腿上放置两个一体式液压系统，分别驱动机器人的大腿和小腿的转动，在基节处安装一体式液压系统驱动机器人基节的摆动，使机器人向前迈步。按照此种类型的安装方式，有利于系统的拆装以及维修。

进一步，还包括与液压缸相连的手动溢流阀。作为优选，油箱与齿轮泵连接为一体。

进一步，一个一体式液压系统设置在大腿或小腿上且大腿通过该一体式液压系统与小腿活动连接。一个一体式液压系统设置在大腿上且基节通过该一体式液压系统与大腿相连。作为优选，大腿的一端与小腿上部活动连接且小腿能相对大腿的连接处转动，一个一体式液压系统设置在大腿上且该一体式液压系统的活塞与小腿活动连接且该一体式液压系统能带动小腿相对大腿运动。

进一步，本申请中，第一中间体与液压缸并列设置，优选呈凵字型布置。采用该结构，能够使一体式液压系统的体积大幅减小，从而更加有利于机器人腿的运动。

综上所述，本发明提出一种新的一体式液压系统，并将一体式液压系统布置在机器人腿的各个关节，通过控制液压油的流量来控制活塞杆的伸缩范围，从而精确控制机器人各关节的关节转角。本发明构思巧妙，结构简单，具有较好的紧凑性，能有效减轻传统液压系统中油箱给机身带来的负重，并使得机器人承载能力加强。经实际验证，本发明能够实现对于机器人各关节的精确控制，具有较高的应用价值和应用前景，值得大规模推广和应用。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为实施例1中机器人腿的整体结构示意图。

图2为图1中的一体式液压系统结构示意图。

图中标记：1、球铰支座，2、小腿，3、大腿，4、基节，5、一体式液压系统，11、活塞，12、液压缸，13、电机，14、齿轮泵，15溢流阀，16、先导式单向阀，17手动溢流阀。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图所示，该机器人腿包括小腿、大腿、基节、一体式液压系统。其中，大腿的两端分别与小腿、基节铰接且小腿、基节能分别相对大腿转动，小腿下端设置有缓冲件。本实施例中，缓冲件采用球铰支座；其能增大足端与地面的接触面积，保证机器人平稳行走。

同时，该结构中，一体式液压系统为至少三个。其中，一个一体式液压系统设置在大腿上，大腿通过该一体式液压系统与小腿活动连接。另一个一体式液压系统设置在大腿上，基节通过该一体式液压系统与大腿相连。同时，基节通过一体式液压系统与外部部件相连，以实现机器人腿与六足机器人主体的连接。该结构中，一个一体式液压系统能带动大腿与小腿之间相对运动，另一个一体式液压系统能带动大腿与基节之间相对运动。

本实施例中，一体式液压系统包括电机、齿轮泵、与齿轮泵连接的油箱、先导式单向阀、溢流阀、液压缸，液压缸包括缸体、与缸体相配合的活塞，电机的转轴与齿轮泵相连，齿轮泵与油箱相连，电机、齿轮泵、油箱构成第一中间体，第一中间体分别通过先导式单向阀、溢流阀与液压缸相连且电机通过齿轮泵、油箱、先导式单向阀、溢流阀能控制液压缸实现活塞的动力输出。该结构中，第一中间体与液压缸并列设置。本实施例中，还包括与液压缸相连的手动溢流阀。作为优选，油箱与齿轮泵连接为一体。

本发明中，一体式液压系统与小腿、大腿、基节组合为一体。同时，一体式液压系统独立设置，从而实现对机器人各关节的精确控制。

本实施例的一体式液压系统中，采用小型大扭矩电机通过一个集成有溢流阀、单向阀等的阀件连接块与齿轮泵和油箱连接，然后再经过一个液压缸进行装配，从而构成一个完整的小型液压系统，能够完成电能-机械能-液压能-机械能的转换，满足机器人运动的动力需求。

如图所示，本发明能够实现关节的转动，以及机器人的迈步运动。同时，基于结构的改进，使得该装置便于拆装和维修。该结构中，通过控制液压油的流量来控制活塞杆的伸缩范围，从而控制机器人各关节的关节转角，以最终实现机器人腿各关节的精确控制。

本申请的装置能够有效减轻传统液压系统中油箱给机身带来的负重，并使机器人的承载能力加强。另外，由于一体式液压系统单独控制，互不影响，能够实现对机器人各关节的精确控制。

本发明构思巧妙，设计合理，具有较高的应用价值和较好的应用前景。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。