波士顿动力机器人里的液压技术

 当看到2020年波士顿动力机器人群舞的视频时,很多人都感叹如今的机器人技术已经发展到如此程度了,与现实中人的运动能力越来越接近。其动力系统、步态规划、平衡控制、复杂环境处理、自我调节等技术具有很高的技术含量。一起来看看其中的动力系统。

先回顾一下那个令人热血沸腾的视频:

再次看到这个视频,让我有了一种想去了解其中动力系统的冲动,于是在网上进行了一番搜索,确实有一些文章对该机器人做了研究,摘录一些与各位分享,有进一步兴趣的也可以去网上搜索查看更多内容。

 

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动力问题是机器人的核心问题,关系着机器人能否动起来及工作时间的长短。波士顿动力早期的机器人主要是电机通过齿轮驱动连杆机构,对于没有载荷要求的机器人而言是足够的,而对如Bigdog这类以内燃机为动力且需搭载较大负荷的机器人则显得力不从心,为此,波士顿动力在液压驱动方面布局了较多专利,如下图的液压控制技术发展路线。

 

波士顿动力机器人里的液压技术

波士顿动力液压控制发展路线图

 

BigDog系统能耗高的问题突出,能量的多次转换、多环节传递造成了大能量损失,如下图所示为足式机器人在前行中理想的足部轨迹,腿部的运动是通过液压系统实现,在理想轨迹下机器人可降低液压驱动能耗。

 

波士顿动力机器人里的液压技术

足部理想轨迹图

足式机器人在不同场合需要不同的功率供给,具有不同功率模式切换是降低功耗的重要手段,为此,波士顿动力在2008年10月14日提交的专利US20100090638A1中通过传感器检测力,控制器控制阀适时进行开关动作,实现按需高功率或者低功率模式。
在此基础上,波士顿动力在2011年5月18日提交的专利申请US20120291873A1中公开了一种具有高压油路,中压油路和低压返回油路的液压系统,如下图所示。

波士顿动力机器人里的液压技术

US20120291873A1附图

为了提高机器人运行的效率、减小功率消耗以及提高运动的稳健性,波士顿动力在2014年8月1日提交的专利US20160023647A1中通过判断关节承受的载荷类型和大小,以选择适当的液压或电动制动器,使得机器人的功率消耗最低。如下图所示,机器人根据不同的负载选择不同的驱动方式组合。

波士顿动力机器人里的液压技术

US20160023647A1附图

下图是机器人的期望驱动力,期望的力为液压驱动力和电驱动力的总和,液压驱动为离散力,电驱动为连续的力,两种驱动方式相互补充从而形成期望的力,达到最佳的驱动效率。

波士顿动力机器人里的液压技术

US20160023647A1附图

此外,波士顿动力还在提高液压系统的稳定供压、通过不同压力组合、分阶段供压、提高液压部件损坏工作寿命、提高阀的响应速度等方面均进行了专利布局。以上这些专利中的技术均用于保证液压系统高效和可靠工作。

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如上为摘录。

 

这些年来随着电驱技术的不断成熟及推广,很多液压从业人员都担心液压的应用领域会被不断压缩越来越少,但在波士顿动力机器人里,依然使用了液压动力。液压系统并没有随着电驱化的趋势逐渐消失,反而在和电驱形成一种互补的关系。更多的电液闭环控制及机电液一体化技术也必将是液压从业人员需要去进一步熟悉和提高的方向。

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原文始发于微信公众号(电液爱好者):波士顿动力机器人里的液压技术

本文来自电液爱好者,本文观点不代表iHydrostatics静液压立场。

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