阅读说明：本技术 一种可能量回收的足式液压机器人液压控制系统 (Sufficient hydraulic robot hydraulic control system that possible volume was retrieved ) 是由 丁孺琦 江来 李刚 李望笃 于 2020-06-06 设计创作，主要内容包括：本发明公布了一种可能量回收的足式液压机器人液压控制系统。该系统通过配置可双向旋转、进出油方向可逆的液压泵,采用电磁开关阀作为蓄能器与液压泵进油口油路放液阀,可实现能量的适时再利用；采用电磁开关阀作为腿足关节油缸回油腔与油箱低压回路接通或与蓄能器连通油路的切换阀,可实现腿足关节油缸超越负载能量的回收；采用每条腿足配置独立的液压系统,使每条腿足之间的液压系统流量、压力互不干扰,可实现复杂工况、步态下的超越负载能量回收。本发明能够实现足式液压机器人超越负载能量回收和再利用的精确控制,有效地降低液压系统能耗,进一步提高其工作续航能力。(The invention discloses a hydraulic control system of a foot type hydraulic robot capable of recovering energy. The system is provided with a hydraulic pump which can rotate in two directions and has reversible oil inlet and outlet directions, and an electromagnetic switch valve is used as an energy accumulator and a liquid discharge valve of an oil inlet oil path of the hydraulic pump, so that the energy can be recycled timely; an electromagnetic switch valve is used as a switching valve of an oil way for communicating an oil return cavity of the leg-foot joint oil cylinder with an oil tank low-pressure loop or with an energy accumulator, so that the recovery of the overrunning load energy of the leg-foot joint oil cylinder can be realized; each leg and foot is provided with an independent hydraulic system, so that the flow and the pressure of the hydraulic system between each leg and foot are not interfered with each other, and the overrunning load energy recovery under complex working conditions and gait can be realized. The invention can realize the accurate control of the foot type hydraulic robot over-load energy recovery and reutilization, effectively reduce the energy consumption of the hydraulic system and further improve the working endurance capacity of the hydraulic robot.)

一种可能量回收的足式液压机器人液压控制系统

技术领域

本发明涉及液压控制系统，尤其是一种可能量回收的足式液压机器人液压控制系统。

背景技术

近年来，足式液压机器人以其功率重量比大，运动方式灵活，环境适应性强被众国内外多高校、科研院所以及军事科技部门所重视。未来这些足式液压机器人有望在山地运载、救援抢险以及地质勘测等领域中发挥重要作用。这些应用领域都要求长时间持续工作在复杂的野外环境，这除了对足式液压机器人提出了较高的环境适应性、响应快速性，系统稳定性，动作准确性要求之外，还提出了较高的工作续航能力的要求。

传统足式液压机器人能量回收液压系统配置成单个液压系统向多足多关节执行器同时供油，将蓄能器安装在泵出油口处，当系统所需流量减小时，高压油液进入蓄液器，当系统所需流量增大时，蓄液器中的油液供给系统，在一定程度上实现了能量的回收。但是这种传统的液压控制系统储能和释能不能控制、无法分别对处于不同的运动工况下的各腿实现超越负载能量回收，这严重影响了足式液压机器人的能量利用效率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种能够进一步降低能耗，提高工作续航能力，具有单腿超越负载能量回收功能的足式液压机器人液压控制系统，足式机器人可根据本发明并结合自身实际腿足结构和腿足数量配置此液压控制系统，即可实现高效的能量回收。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可能量回收的足式液压机器人液压控制系统，包括伺服电机1、液压泵2、溢流阀3、蓄能器4、普通关节驱动单元组5、能量回收关节油缸控制阀6、能量回收关节油缸7、蓄能油路切换阀8、蓄能油路单向阀9、蓄能器放液阀10、回油单向阀11、油箱12；

所述液压泵2出油口p2处的一条支路经溢流阀3后连接至油箱12，构成本系统的溢流回路，另一支路分别连接至普通关节驱动控制单元组5总进油口a5及能量回收关节油缸控制阀进油口p6；所述普通关节驱动控制单元组5总回油口b5连接油箱12；所述能量回收关节油缸控制阀6回油口b6的一条支路经蓄能油路切换阀8连接至油箱12，另一支路经蓄能油路单向阀9后连接至蓄能器4；所述液压泵2进油口t2处的一条支路经回油单向11后连接至油箱12，另一支路经蓄能器放液阀10连接至蓄能器4。

进一步，所述能量回收关节油缸7布置在足式液压机器人单腿产生超越负载能量最多的关节机构上，其进出油口与能量回收关节油缸控制阀6工作油口连接；所述能量回收关节油缸控制阀6采用三位四通电比例换向阀，通过电信号控制该阀芯和开口度，从而控制能量回收关节油缸7的运动方向和速度；所述液压泵2采用可双向旋转、进出油方向可逆的定量泵，系统流量可通过调节伺服电机1的速度进行控制，可实现系统流量按需供应，在供能方面大幅度降低系统能耗；所述蓄能油路切换阀7、蓄能器放液阀10均采用电磁开关阀。

更进一步，所述普通关节驱动控制单元组5含有多个普通关节驱动单元，其所含单元数量由机器人单腿关节数决定；普通关节驱动单元由普通关节驱动油缸和与之对应的普通关节驱动油缸控制阀组成；所述普通关节驱动油缸布置在单腿上可回收能量不多的关节处，所述普通关节驱动油缸控制阀采用三位四通电比例换向阀，其工作油口与对应的普通关节驱动油缸进出油口连接，其进油口相互接通后接入到该单元组总进油口a5口，出油口相互接通后接入该单元组总出油口b5后并接入到油箱12。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明将用于能量回收的蓄能油路与电磁开关阀进行配合使用，可以对能量回收过程加以控制，做到了适时回收，适时利用，能有效降低能耗，进一步提高足式液压机器人的能量回收利用效率以及工作续航能力。

二、本发明采用对足式液压机器人的每个腿足配置独立的液压系统的分布式驱动方案，能根据各个腿所处的工况条件，采取不同的能量回收控制方式，能够做到超越负载能量回收利用的智能化。

三、本发明可通过配置轻量化、紧凑化的液压元件予以实现，能够在基本不改变原系统布局的情况下快速“移植”进原液压系统，大大节约了系统重新设计、布局成本，适合足式液压机器人这种系统高度集成的机电液设备。

附图说明

图1是依据本发明的一种可能量回收的足式液压机器人液压控制系统示意图；

图2是普通关节驱动控制单元的示意图；

图3是本发明在阻抗伸出工况下的系统示意图；

图4是本发明在阻抗缩回工况下的系统示意图；

图5是本发明在超越伸出工况下的系统示意图；

图6是本发明在超越缩回工况下的系统示意图；

图7是针对本发明一种实施例—一种可能量回收的双足液压机器人分布式液压控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。在任何可能的情况下，这些附图中所用的相应或相似附图标记表示相同或相应的部件。

现参照图1和图2，一种可能量回收的足式液压机器人液压控制系统，该系统能够向各个关节油缸控制阀给入步态追踪控制信号，控制腿足各关节油缸在四象限工况工作；在阻抗负载时，负载力和速度方向相反，液压缸可伸出和缩回；在超越负载时，负载力和速度相同，液压缸可伸出和缩回；改变系统示意图中各个开关阀的开启和关闭状态，即可回收和利用能量回收关节油缸7上，因速度方向和负载力方向相同而产生的超越负载能量；需要注意的是，普通关节驱动控制单元组5的普通关节驱动控制单元数量由足式液压机器人单腿关节数量决定；图1是以单腿两关节足式液压机器人为例，如单腿关节数量增加，则对应增加普通关节驱动控制单元个数。

现参照图3，所述能量回收关节油缸控制阀6通入动作控制信号，当能量回收关节油缸7工作在阻抗伸出工况下时：能量回收关节油缸7无杆腔连通高压油路；所述蓄能油路切换阀8得电，能量回收关节油缸7有杆腔接通油箱12；蓄能器放液阀10得电，接通蓄能器4和液压泵进油口t2之间油路，而回油单向阀11会阻止高压流体进入油箱，所以蓄能器4中的高压流体只能进入液压泵2，辅助伺服电机做功，实现能量的利用。

现参照图4，所述能量回收关节油缸控制阀6通入动作控制信号，当能量回收关节油缸7工作在阻抗缩回工况下时，能量回收关节油缸7有杆腔连通高压油路；所述蓄能油路切换阀8得电，超越负载能量回收关节油缸7无杆腔接通油箱12；蓄能器放液阀10得电，连通蓄能器4和液压泵进油口t2之间油路，而回油单向阀11会阻止高压流体进入油箱，所以蓄能器4中的高压流体只能进入液压泵2，辅助伺服电机做功，实现能量的利用。

现参照图5，所述超越负载能量回收关节油缸控制阀6通入动作控制信号，当能量回收关节油缸7工作在超越伸出工况下时，能量回收关节油缸7无杆腔连通高压油路；所述蓄能油路切换阀8电磁铁失电，使能量回收关节油缸7有杆腔接通蓄能器4；蓄能器放液阀10电磁铁失电，关闭蓄能器4和液压泵进油口t2之间油路，能量回收关节油缸7有杆腔内的油液在超越负载能量的作用下加压成高压流体打开蓄能油路单向阀9进入蓄能器4，实现能量回收。

现参照图6，所述能量回收关节油缸控制阀6通入动作控制信号，当能量回收关节油缸7工作在超越缩回工况下时，能量回收关节油缸7有杆腔连通高压油路；所述蓄能油路切换阀8电磁铁失电，使能量回收关节油缸7无杆腔接通蓄能器4；蓄能器放液阀10电磁铁失电，关闭蓄能器4和液压泵进油口t2之间油路，能量回收关节油缸7有杆腔内的油液在超越负载能量的作用下加压成高压流体打开蓄能油路单向阀9进入蓄能器4，实现能量回收。

现参照图7，在本实施例中示出了一种可能量回收的双足液压机器人分布式液压控制系统示意图。在所示的实施例中，液压系统300由右腿液压系统100、左腿液压系统200两套本发明分布式布置而成。

在本实施例中，右腿液压系统100和左腿液压系统200在液压系统上独立，工作时油液流量、压力互不干扰；各关节油缸在控制上相互联系，相互配合从而完成双足液压机器人各种动作。

在本实施例中，双足液压机器人单腿设有两个关节，且超越负载能量主要分布在大腿关节油缸上，故超越负载能量回收关节油缸107、207应布置在大腿上，普通关节驱动单元组105、205各自只有一个普通关节驱动单元，且布置在小腿关节上。

在本实施例中，工作原理及控制方法是：系统启动，各腿系统的定量泵102、202在其伺服电机101、102的驱动下为各腿系统提供适宜的压力和流量，普通关节油缸控制阀1051、2051以及超越负载能量回收关节油缸控制阀106、206由控制器的给入步态追踪控制信号，双足液压机器人的超越负载能量回收关节油缸107、207在四象限工况工作；通过监测超越负载能量回收关节油缸107、207的运动工况，并根据此运动工况，对应图3至图6所示方式改变系统中各个开关阀的开启和关闭状态，即可实现能量回收关节油缸107、207产生的超越负载能量的回收利用。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分都属于现有技术。以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明范围进行限定。