專利名稱：跳躍機器人動力系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人動力系統，具體的說是一種跳躍機器人動力系統。
技術背景目前，對于跳躍型機器人的研究在國際上尚處于研究性階段，國內也僅有個別院校開展了相關研究。在1984年美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology) 的M.H.Raibert教授在腿型跳躍機器人領域做出了開創性的貢獻。他設計了世界上第一 個以跳躍方式運動的單腿機器人，解決了單足跳躍機器人的起跳姿態控制和落地時足 部定位算法問題，并在簡單模型下進行了一系列仿真分析及實驗，得出了單足彈跳機 構穩定性連續運動的條件。目前，麻省理工學院多足機器人實驗室的Raibert教授等人研制了多種步行或爬行 機器人，其中在麻省理工大學Garth. J. Zeglin發表于1991年5月的畢業論文中所述的一 種名為"Uniroo"的機器人可跳躍前進，采用了液壓動力系統驅動。跳躍時，動力系統 將壓力油打入驅動液壓缸控制系統彈跳，并且在每次彈跳落地的時段拉伸動力系統中 的機器人踝關節液壓缸下拉彈簧，補充能量損耗。但是，該機器人的動力系統僅考慮了落地階段補充能量損耗，不能在工作中蓄積 和儲存跳躍能量，增大了系統功率。 發明內容為了克服現有技術不能在工作中蓄積和儲存跳躍能量，增大了系統功率的不足， 本發明提供了一種跳躍機器人動力系統，能蓄積和儲存跳躍能量，結構簡單，適用于 機器人連續變速跳躍的動力系統。本發明解決其技術問題所釆用的技術方案是包括無刷直流電機、齒輪泵、油箱、二位四通電磁換向閥和液壓缸，無刷直流電機l與齒輪泵2相連，齒輪泵2的進油口 與油箱3相連，齒輪泵2的出油口與二位四通電磁換向閥5的A口相連，二位四通電 磁換向閥5的B 口接入油箱3， 二位四通電磁換向閥5的P 口與液壓缸6的上腔口 11 連接，電磁換向閥5的T口與液壓缸6的下腔口 IO連接。其中，液壓缸6的上腔內安 裝有彈簧7，彈簧7—端抵靠在液壓缸上內壁8，另一端抵靠在液壓缸活塞上壁14上， 用以蓄積和儲存機器人的跳躍能量。所述二位四通電磁換向閥可通過電磁切換使得A口與P口連通、B口與T口連通，或使得A口與T口連通、B口與P口連通。在齒輪泵2的出油口油路中連接有壓力傳感器4，用于測量系統壓力，并當壓力 異常時發出警告信號。機器人跳躍前，電磁換向閥切換到下位，二位四通電磁換向閥的A口與T口連通， 無刷直流電機啟動，油箱內的液壓油進入液壓缸的下腔，壓縮液壓缸內置彈簧；當彈簧被完全壓縮時，電磁換向閥切換到上位，二位四通電磁換向閥的A 口與P 口連通，電機高速運轉，油箱內的液壓油進入液壓缸的上腔，液壓缸受彈簧和電機驅 動的液壓油的雙重作用高速拉伸，機器人起跳。機器人騰空時，電磁換向閥切換到下位，二位四通電磁換向閥的A口與T口連通， 電機低速運轉，壓縮液壓缸內置彈簧，達到蓄能作用；其中液壓缸內置彈簧的壓縮長 度根據機器人的特性確定，用以提高機器人的儲能作用。機器人落地時，由于受到落地沖擊，液壓缸快速收縮，內置彈簧被完全壓縮，達 到儲能作用；落地結束時，電磁換向閥切換到上位，電機高速運轉，彈簧同時釋放能量，機器 人再次跳起。本發明的有益效果是本發明的動力系統由于采用了儲能液壓缸和蓄能工作方式， 減少了系統電機功率；由于采用控制無刷直流電機改變系統液壓流速，減少了系統的 元件數量；同時無刷直流電機的質量只有同功率有刷電機的三分之一，由于以上幾點， 本發明蓄積和儲存了跳躍能量，減少了系統的總質量和體積，適于在跳躍機器人...匕使 用。下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。


圖1是本發明所述動力系統的結構示意圖。圖2是本發明所述儲能液壓缸的結構示意圖。圖3是本發明所述機器人跳躍過程中液壓缸運動情況示意圖，其中，圖a機器人起跳前液壓缸工作狀態，圖b機器人起跳時液壓缸工作狀態，圖c機器人騰空時液壓缸工作狀態，圖d機器人落地時液壓缸工作狀態，圖e機器人再次起跳時液壓缸工作狀態。圖4是本發明所述機器人跳躍過程中動力系統工作狀態示意圖。
具體實施方式
裝置實施例參照圖1和圖2，本發明的裝置包括無刷直流電機、齒輪泵、油箱、 壓力傳感器、二位四通電磁換向閥和液壓缸，無刷直流電機1與齒輪泵2相連，齒輪泵2的進油口與油箱3相連，齒輪泵2的出油口與二位四通電磁換向閥5的A 口相連， 二位四通電磁換向閥5的B 口接入油箱3， 二位四通電磁換向閥5的P 口與液壓缸6 的上腔口 11連接，電磁換向閥5的T 口與液壓缸6的下腔口 10連接。其中，液壓缸 6的上腔內安裝有彈簧7，彈簧7—端抵靠在液壓缸上內壁8，另一端抵靠在液壓缸活 塞上壁14上，用以蓄積和儲存機器人的跳躍能量。所述二位四通電磁換向閥可通過電 磁切換使得A 口與P 口連通、B 口與T 口連通，或使得A 口與T 口連通、B 口與P 口連 通。壓力傳感器4接在齒輪泵2的出油口油路中。結合圖3與圖4，跳躍機器人動力系統的工作方式如下如圖3 (a)所示，機器人第一次跳躍前，液壓缸處于全伸展狀態，此時對換向閥 的電磁鐵SDT通電，換向閥被切換到下位，同時啟動無刷直流電機，將壓力油打入液 壓缸下腔，液壓缸收縮，液壓缸內置彈簧被壓縮；如圖3 (b)所示，當彈簧被完全壓縮時，換向閥電磁鐵SDT斷電，換向閥被切換 到上位，液壓缸內置彈簧反彈，同時電機高速運轉，將壓力油打入液壓缸上腔，兩者 的共同作用為機器人提供了跳躍所需的速度和力，機器人起跳。如圖3 (c)所示，機器人騰空時，電磁鐵SDT通電，換向閥切換到下位，電機低 速運轉，壓力油打入到液壓缸下腔，彈簧收縮，達到蓄能作用，其中液壓缸內置彈簧壓縮長度<formula>formula see original document page 5</formula>，其中^為彈簧勁度系數，/為彈簧總伸長量，^為機器人總質量，/z為彈跳高度，；為彈跳勢能吸收效率，用以提高機器人的儲能作用；如圖3 (d)所示，機器人落地時，由于受到落地沖擊，液壓缸快速收縮，內置彈簧被完全壓縮，將落地的沖擊動能儲存在液壓缸內置彈簧內。如圖3(e)所示，落地結束時，電磁鐵SDT斷電，換向閥切換到上位，電機高速運轉，彈簧同時釋放能量，機器人再次起跳。其中在如圖3 (c)和3 (e)所示的機器人起跳階段，電機轉速需要滿足〃二^^(K, >「7.)，其中"為電機轉速，巳，為使機器人起跳的液壓缸拉伸速度，F7. 為液壓缸內置彈簧反彈速度，S為液壓缸橫截面積，K為齒輪泵排量，T7為系統效率。
權利要求
1、跳躍機器人動力系統，包括無刷直流電機、齒輪泵、油箱、二位四通電磁換向閥和液壓缸，其特征在于無刷直流電機與齒輪泵相連，齒輪泵的進油口與油箱相連，齒輪泵的出油口與二位四通電磁換向閥的A口相連，二位四通電磁換向閥的B口接入油箱，二位四通電磁換向閥的P口與液壓缸的上腔口連接，電磁換向閥的T口與液壓缸的下腔口連接；其中，液壓缸的上腔內安裝有彈簧，彈簧一端抵靠在液壓缸上內壁，另一端抵靠在液壓缸活塞上壁上；所述二位四通電磁換向閥可通過電磁切換使得A口與P口連通、B口與T口連通，或使得A口與T口連通、B口與P口連通。
2、 根據利用權利要求l所述的跳躍機器人動力系統，其特征在于所述的齒輪泵的出油口油路中連接有壓力傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種跳躍機器人動力系統，將無刷直流電機與齒輪泵相連，齒輪泵的進油口與油箱相連，齒輪泵的出油口與二位四通電磁換向閥的A口相連，二位四通電磁換向閥的B口接入油箱，二位四通電磁換向閥的P口與液壓缸的上腔口連接，電磁換向閥的T口與液壓缸的下腔口連接；其中，液壓缸的上腔內安裝有彈簧，彈簧一端抵靠在液壓缸上內壁，另一端抵靠在液壓缸活塞上壁上。本發明減少了系統電機功率；減少了系統的元件數量；同時無刷直流電機的質量只有同功率有刷電機的三分之一，本發明蓄積和儲存了跳躍能量，減少了系統的總質量和體積，適于在跳躍機器人上使用。
文檔編號A63H11/00GK101244730SQ20081001779
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月26日 優先權日2008年3月26日
發明者張文濤, 李建華, 曼 江, 平 沈, 葛文杰 申請人:西北工業大學