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1、(10)申请公布号 CN 103953597 A (43)申请公布日 2014.07.30 CN 103953597 A (21)申请号 201410171328.X (22)申请日 2014.04.25 F15B 11/16(2006.01) F15B 21/04(2006.01) F15B 13/06(2006.01) (71)申请人 中科宇博 （北京） 文化有限公司 地址 100190 北京市海淀区中关村 327 号楼 首层 1 号 (72)发明人 韩晓建 杨涌 孙宇 丁相方 (74)专利代理机构 北京捷诚信通专利事务所 ( 普通合伙 ) 11221 代理人 王卫东 (54) 发明名称 。
2、大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统 (57) 摘要 本发明公开了一种大型四足仿生机械恐龙的 液压动力系统， 包括液压泵、 驱动各关节运动的伺 服油缸、 角位移传感器以及控制单元， 驱动各关节 运动的伺服油缸分别通过电液伺服阀连接所述液 压泵 ； 角位移传感器分别设置在各关节上， 实时 检测得到相应关节的角位移数据 ； 控制单元根据 相应关节的角位移数据以及每个关节的驱动函数 控制相应的电液伺服阀的流量， 使相应关节的伺 服油缸伸缩， 实现大型四足仿生机械恐龙的运动。 本发明采用液压动力系统驱动大型四足仿生机械 恐龙运动， 具有高功率密度、 高效的优点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 。
3、页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103953597 A CN 103953597 A 1/1 页 2 1. 大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统， 其特征在于， 包括 ： 液压泵 ； 驱动大型四足仿生机械恐龙的各关节运动的多个伺服油缸， 每个所述伺服油缸分别通 过相应的电液伺服阀连接所述液压泵 ； 多个角位移传感器， 分别设置在大型四足仿生机械恐龙的各关节上， 所述角位移传感 器实时检测得到相应关节的角位移数据 ； 控制单元， 根据相应关节的角位移数据以及相应关节的驱动函。
4、数控制相应的电液伺服 阀的流量及方向， 使相应的伺服油缸伸缩。 2. 如权利要求 1 所述的液压动力系统， 其特征在于， 每个所述伺服油缸与所述电液伺 服阀之间的管路上设有过滤器。 3. 如权利要求 1 所述的液压动力系统， 其特征在于 ： 还包括电磁溢流阀和电磁卸荷阀 组件， 设置在所述液压泵的回油管路上。 4. 如权利要求 1 所述的液压动力系统， 其特征在于 ： 还包括冷却器， 设置在所述电液伺 服阀和电磁卸荷阀组件的回油管路上。 5. 如权利要求 1 所述的液压动力系统的控制方法， 其特征在于， 相应关节的驱动函数 包括各髋关节的驱动函数和膝关节的驱动函数， 当大型四足仿生机械恐龙以对。
5、角步态行 走， 步态周期 T 1s 时， 各髋关节和膝关节的驱动函数如下 ： 左后腿髋关节， 41 75 -7 cos2t ； 左后腿膝关节， 当 0 t 0.5s 时 31 150 ； 当 1s t 0.5s 时 31 135 +15 cos4t ； 右前腿髋关节， 42 75 +7 cos2t ； 右前腿膝关节， 当 0 t 0.5s 时 32 150 ； 当 1s t 0.5s 时 32 135 +15 cos4t ； 右后腿髋关节， 43 75 +7 cos2t ； 右后腿膝关节， 当 0 t 0.5s 时 33 135 +15 cos4t 当 1s t 0.5s 时 33 150 ；。
6、 左前腿髋关节， 41 75 -7 cos2t ； 左前腿膝关节， 当 0 t 0.5s 时 34 135 +15 cos4t 当 1s t 0.5s 时。 权 利 要 求 书 CN 103953597 A 2 1/4 页 3 大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统 技术领域 0001 本发明涉及四足机器人， 具体涉及大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统。 背景技术 0002 机器人技术是一门综合性交叉学科， 由力学、 机械学、 电子学、 生物学、 计算机、 人 工智能、 人机工程、 系统工程等学科相互交叉综合运用而产生的学科， 它综合了机械、 微电 子与计算机、 自动控制、 传感器与信息处理以及人。
7、工智能等多学科的最新研究成果， 是机电 一体化技术的典型载体。大型四足仿生机械恐龙是四足步行机器人的一种重要应用， 广泛 应用于娱乐、 影视等领域。 0003 众所周知， 机械结构是仿生机械恐龙的骨骼， 而动力系统是实现仿生机械恐龙 “动” 的关键， 是大型四足机器人设计的一个核心问题。目前， 大型四足仿生机械恐龙普遍采 用的是电机驱动方式， 该方式最大的优点在于便于控制， 但是， 由于大型四足仿生机器人是 一个移动机器人， 在运动过程中对能源的需求变化较大， 且需要功率较大， 为了便于四足机 器人的运动和控制， 要求动力系统在提供足够动力的基础上质量尽可能的减小。 0004 有鉴于此， 需要。
8、对四足仿生机械恐龙的动力系统进行优化设计， 找到一种高功率 密度的动力系统及高效的动力系统。 发明内容 0005 本发明所要解决的技术问题是解决如何提供一种大型四足仿生机械恐龙高功率 密度、 高效的的动力系统及动力系统的问题。 0006 为了解决上述技术问题， 本发明所采用的技术方案是提供一种大型四足仿生机械 恐龙的液压动力系统， 包括液压泵、 驱动大型四足仿生机械恐龙的各关节运动的多个伺服 油缸、 角位移传感器以及控制单元， 每个所述伺服油缸分别通过相应的电液伺服阀连接所 述液压泵 ； 角位移传感器分别设置在大型四足仿生机械恐龙的各关节上， 实时检测得到相 应关节的角位移数据 ； 控制单元根。
9、据相应关节的角位移数据以及每个关节的驱动函数控制 相应的电液伺服阀的流量及方向， 使相应关节的伺服油缸伸缩。 0007 在上述方案中， 每个所述伺服油缸与所述电液伺服阀之间的管路上设有过滤器。 0008 在上述方案中， 还包括电磁溢流阀和电磁卸荷阀组件， 设置在所述液压泵的回油 管路上。 0009 在上述方案中， 还包括冷却器， 设置在所述电液伺服阀和电磁卸荷阀组件的回油 管路上。 0010 在上述方案中， 相应关节的驱动函数包括各髋关节的驱动函数和膝关节的驱动函 数， 当大型四足仿生机械恐龙以对角步态行走， 步态周期T1s时， 各髋关节和膝关节的驱 动函数如下 ： 0011 左后腿髋关节， 。
10、41 75 -7 cos2t ； 0012 左后腿膝关节， 当 0 t 0.5s 时 31 150 ； 说 明 书 CN 103953597 A 3 2/4 页 4 0013 当 1s t 0.5s 时 31 135 +15 cos4t ； 0014 右前腿髋关节， 42 75 +7 cos2t ； 0015 右前腿膝关节， 当 0 t 0.5s 时 32 150 ； 0016 当 1s t 0.5s 时 32 135 +15 cos4t ； 0017 右后腿髋关节， 43 75 +7 cos2t ； 0018 右后腿膝关节， 当 0 t 0.5s 时 33 135 +15 cos4t 001。
11、9 当 1s t 0.5s 时 33 150 ； 0020 左前腿髋关节， 41 75 -7 cos2t ； 0021 左前腿膝关节， 当 0 t 0.5s 时 34 135 +15 cos4t 0022 当 1s t 0.5s 时。 0023 本发明， 根据相应关节的角位移数据以及相应关节的驱动函数控制相应的电液伺 服阀的流量及方向， 使相应的伺服油缸伸缩， 实现大型四足仿生机械恐龙的各种动作， 具有 高功率密度、 高效等优点。 附图说明 0024 图 1 为本发明提供的大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统液压原理图。 具体实施方式 0025 本发明提供了一种大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统。
12、， 用于实现大型四足仿 生机械恐龙的运动， 具有高功率密度和高效的优点。下面结合说明书附图和具体实施例对 本发明做出详细的说明。 0026 如图 1 所示， 大型四足仿生机械恐龙的液压动力系统包括液压泵 1、 驱动大型四足 仿生机械恐龙的各关节运动的多个伺服油缸2、 多个角位移传感器3和控制单元4以及相应 的辅助元件。 0027 驱动大型四足仿生机械恐龙的各关节运动的多个伺服油缸 2 分别通过电液伺服 阀5连接到液压泵1上， 为了实现油路的集散和液压阀的集中布置， 本发明中采用了阀岛结 构， 通过阀岛将液压泵 1 输出的高压液压油分配给各个电液伺服阀 5， 进而分配给各个伺服 油缸 2， 同时。
13、， 各个伺服油缸 2 中要回到油箱 7 的油管也在此集中， 进而集中流回油箱 7。 0028 角位移传感器3分别设置在各关节上， 通过角位移传感器3实时得到 大型四足仿 生机械恐龙在运动过程中相应关节的角位移数据 ； 0029 控制单元 4 根据相应关节的角位移数据以及内置相应关节的驱动函数控制相应 的电液伺服阀5的流量及方向， 供给相应的伺服油缸2使其进行相应的伸缩， 实现大型四足 仿生机械恐龙的各种运动。 0030 相应的辅助元件保证了液压动力系统的正常工作， 主要包括蓄能器 8、 电磁溢流阀 和电磁卸荷阀组件 9、 过滤器 10 和冷却器 11。其中 ： 0031 蓄能器 8 作为辅助能。
14、源使用， 为了减小液压动力系统冲击， 在系统用油较少， 运动 较慢时， 将多余的高压液压油储存起来， 在系统用油较多运动较快时， 将储存起来的高压液 压油释放以提供动力。 0032 电磁溢流阀和电磁卸荷阀组件 9 是电磁溢流阀和电磁卸荷阀的集成， 其中， 电磁 说 明 书 CN 103953597 A 4 3/4 页 5 溢流阀本系统中具有保压作用， 溢流压力为系统设计压力， 当液压动力系统中的压力高于 设计压力时， 电磁溢流阀打开 ； 当系统压力低于设计压力时， 电磁溢流阀关闭。电磁卸荷阀 的作用就是紧急泄压和减小系统冲击， 当系统出现紧急状况需要卸掉系统压力时使用。电 磁卸荷阀开启时， 液。
15、压动力系统正常运转， 但是压力为 0 ； 电磁溢流阀关闭时， 系统正常工 作。电磁卸荷阀还能使系统缓慢启动， 能够减小电机的启动功率， 减小液压动力系统的冲 击。 0033 由于电磁卸荷阀的抗油污能力较差， 为保证进入电磁卸荷阀的油洁净， 在液压泵 的出油口和阀岛的进油口之间添加过滤器 10。 0034 为了防止管路连接点发生漏油现象， 对于各个管路连接处应全部添加密封圈， 参 考本系统的压力， 可选用橡胶密封圈。 0035 电磁溢流阀和电磁卸荷阀组件9设置在液压泵的回油管路上 ； 冷却器11设置在电 液伺服阀的回油管路上， 以保证液压动力系统在正常温度下工作。 0036 对于液压动力系统， 。
16、压力表 12 是必不可少的， 在此不再赘述。 0037 本发明提供的系统用于驱动大型四足仿生机械恐龙行走， 大型四足仿生 机械恐 龙具有四条腿， 每条腿具有一个髋关节和一个膝关节， 髋关节由髋关节伺服油缸驱动， 膝关 节由膝关节伺服油缸驱动， 当四足机器人以对角步态行走， 步态周期T1s时， 对角步态的 各个关节运动函数如下表所示。 0038 说 明 书 CN 103953597 A 5 4/4 页 6 0039 于是， 控制单元 4 根据各条腿的相应髋关节和膝关节的角位移数据以及上述相应 的驱动函数控制相应的电液伺服阀5的流量， 供给相应的伺服油缸2使其进行相应的伸缩， 实现大型四足仿生机械恐龙的各种运动。 0040 本发明， 采用液压系统， 根据四条腿上不同关节的驱动函数控制伺服油缸， 从而驱 动大型四足仿生机械恐龙行走运动， 具有高功率密度和高效的优点。 0041 本发明不局限于上述最佳实施方式， 任何人应该得知在本发明的启示下 作出的 结构变化， 凡是与本发明具有相同或相近的技术方案， 均落入本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103953597 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103953597 A 7 。