[发明专利]机器人仿生液压系统

说明书

技术领域

本发明涉及仿生液压技术领域，用于模拟人体或动物肌肉的具有生物力学特性、以液压为驱动源的机器人，尤其是一种机器人仿生液压系统。

背景技术

目前世界上越来越多的仿生多足行走机器人设计中使用到了液压系统，这是因为液压传动本身的技术优势：通过非刚性连接远距离传送驱动力，力大且耐用。但是，目前使用液压系统驱动的仿生多足行走机器人无论其稳态控制、步态控制、机身仿生结构设计及智能控制系统有多先进，但其用来进行肢体动作驱动的液压系统的设计仍然是基于传统液压驱动系统的构造形态：中央液压泵站+多级液压伺服阀和比例阀+中央大油箱（可呼吸式）+ 庞杂的高压管路+活塞式（或柱塞式）液压缸。虽然就目前来看液压驱动本身的优势仍然有效，但传统液压系统的构造形态已经面临满足仿生机器人的进一步提升而有着显而易见的瓶颈：1）中央液压站：脆弱且能耗大，但进行冗余或者防护处理的代价大，一旦中央液压站受损则整体瘫痪；2）使用伺服阀和比例阀成本高，且运行条件高（油液洁净度要求高或极高）会导致高失效率和高维护要求，而且伺服阀的设计原理决定了来自中央液压泵的相当多的液压能量将被旁路或溢流，以实现精准流量或压力控制去完成机器人肢体动作，这些能量实际上是被浪费掉的；3）高压油管遍布，多且长，管阻导致的沿程损失大，其结果是实现快速动作的瓶颈明显，且能耗浪费高；而且由于是高压油管，其弯曲半径和布局方式要求都会很大程度的给机器人设计带来额外的难度；其在实际工况中爆裂的几率也越大；4）使用活塞式或柱塞式液压缸做动作执行器，其局限性不仅在于获得高速移动性能所付出的代价高，更多表现在其柔性差，这对实现仿生机器人的高速奔跑和跳跃动作很不利。

虽然目前有一些在世界上顶尖的仿生多足行走机器人在台架试验上表现出色，但如果不采用新的思路从根本上消除传统液压系统及元件的这些障碍，那么为了实现这些优异的功能和性能，所付出的能量消耗、制造成本和使用成本代价导致这些机器人在野外生存能力和活动能力是达不到人们所期望的目标的。本发明的目的即是对传统液压系统在基础形态构造层面进行仿生改造使之适应仿生机器人的实际运行需要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种机器人仿生液压系统，本发明采用仿生执行单元驱动多足仿生机器人的运动关节，用于控制和完成机器人的各种肢体动作，使机器人的肢体运动能模拟人体或动物肌体的运动，具有生物力学特性。本发明在基础形态构造层面进行仿生改造使之适应仿生机器人的实际运行需要。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种机器人仿生液压系统，特点是该系统包括液压供油循环系统、数个仿生执行单元及CPU中央控制器，所述数个仿生执行单元连接于液压供油循环系统上，CPU中央控制器连接并控制液压供油循环系统；其中：

所述液压供油循环系统包括输油泵、油路、过滤器、温度调节器、静电净油器及数个仿生执行单元接入点，所述油路从输油泵的输出端依次连接过滤器、仿生执行单元接入点、温度调节器、静电净油器及输油泵的输入端，构成液压回路；

所述仿生执行单元由微型电液泵、液压肌肉、三位四通换向阀、骨骼蓄能器构成，其中，液压肌肉对称设置，其上设有高压油口；骨骼蓄能器上设有接口阀及压力传感器，接口阀上设有第一电磁开关及第二电磁开关；微型电液泵设有第一输出端、第二输出端及输入端；三位四通换向阀设有第一接口、第二接口、第三接口及第四接口；所述微型电液泵的第一输出端及骨骼蓄能器上的第二电磁开关与三位四通换向阀的第一接口连接， 微型电液泵的第二输出端与骨骼蓄能器上的第一电磁开关连接，对称设置的液压肌肉经高压油口分别与三位四通换向阀的第三接口及第四接口连接。

所述数个仿生执行单元通过微型电液泵的输入端及三位四通换向阀的第二接口依次与液压系统的仿生执行单元接入点连接。

所述CPU中央处理器分别与输油泵、温度调节器、静电净油器、仿生执行单元内的微型电液泵、三位四通换向阀及骨骼蓄能器的接口阀电连接。

所述液压肌肉包括弹性胶囊、高压油口及安装耳环，高压油口设于安装耳环上，并与弹性胶囊的内部连通，所述弹性胶囊为多层结构的弹性密闭体。

所述骨骼蓄能器由袋状容器及气囊组成，气囊为数个，设于袋状容器内，气囊上设有充气阀，充气阀伸出袋状容器。

所述输油泵及微型电液泵上分别设有速度传感器，速度传感器与CPU中央处理器电连接。

所述仿生执行单元的骨骼蓄能器上设有压力传感器，压力传感器与CPU中央处理器电连接。