[发明专利]一种电液混合双足机器人驱动系统

说明书

本发明公开了一种电液混合双足机器人驱动系统。对于大负载关节采用液压驱动，提高关节驱动力和抗冲击能力，对于小负载关节采用电机驱动，减少驱动系统能量消耗；液压动力源包括高压储能单元和低压储能单元，液压驱动单元和液压泵分别通过负载压力匹配单元和油源压力匹配单元接入高压储能单元或低压储能单元，进一步减小驱动系统能量消耗；通过电液混合驱动系统参数整定，减小驱动系统能量消耗，提高驱动系统能量密度，从而实现电液混合驱动系统高效驱动的目的。

技术领域

本发明属于双足机器人驱动领域，尤其涉及一种电液混合双足机器人驱动系统。

背景技术

目前双足机器人驱动方式多采用电机驱动或液压驱动，存在电机驱动输出扭矩小，以及液压驱动能量效率低的问题。

电机驱动式机器人通过电机和减速器驱动关节旋转。这种驱动方式因为尺寸较小、价格低廉、使用方便以及控制精确而受到广泛的欢迎。然而，电机输出扭矩小、重量大，需要采用大传动比的减速器，导致机器人运动速度下降，且抗冲击载荷能力较差，因此不适用于高速运动及地形复杂的工况。

液压驱动具有较高的功率密度，同时不需要齿轮传动，可以吸收较大的冲击载荷，具有较高的抗冲击鲁棒性以及较大的刚度和带宽。然而，液压系统能量效率较低，发热严重，成为限制其发展的重要因素之一。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种电液混合双足机器人驱动系统。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现：一种电液混合双足机器人驱动系统，所述电液混合驱动系统包括髋部偏航驱动单元、踝关节驱动单元、髋部翻转驱动单元、髋关节驱动单元、膝关节驱动单元和液压动力源组成，所述髋部偏航驱动单元、髋部翻转驱动单元和踝关节驱动单元由电机驱动，髋关节驱动单元和膝关节驱动单元由液压驱动。

进一步地，还包括液压动力源，所述液压动力源包括油箱、高压储能单元、低压储能单元、液压泵、油源压力匹配单元和负载压力匹配单元，髋关节驱动单元和膝关节驱动单元通过负载压力匹配单元选择与高压储能单元或低压储能单元相连接，液压泵吸油口通过液压管路与油箱相连接，液压泵出油口通过油源压力匹配单元选择与高压储能单元或低压储能单元相连接。

进一步地，根据电液混合驱动系统参数整定方法，计算优化的高压储能单元工作压力和低压储能单元工作压力以及液压泵的输出流量，包括如下步骤：

(1)建立双足机器人运动学和动力学模型，根据双足机器人姿态及质量属性，得到髋关节和膝关节的运动状态及驱动力矩的变化规律。

(2)建立电液混合驱动系统的数学模型，根据髋关节和膝关节的运动状态及驱动力矩计算髋关节驱动单元和膝关节驱动单元的需求压力和流量，高压储能单元的工作压力设定为髋关节驱动单元和膝关节驱动单元的最高需求压力。

(3)建立液压动力源消耗能量的无量纲成本函数，通过迭代优化得到使成本函数取得全局最小值的低压储能单元工作压力和液压泵输出流量。

进一步地，步骤(3)中液压动力源消耗能量的无量纲成本函数为：

式中，p_p为液压泵出油口压力，q_p为液压泵输出流量，p_a为低压储能单元8工作压力，q_a为低压储能单元8油口流量，k为系数，Δt_s为换向阀切换时间间隔。

进一步地，通过调整k的值调整Δt_s。