本文介绍液压机器人的伺服液压执行器,以国际知名的意大利技术研究所(IIT)和波士顿动力(BD)的机器人为分析对象。
※※HyQ四足机器人(IIT)※※
HyQ是IIT较早的一款液压驱动机器人,腿的前后摆动(膝关节和胯关节)用液压驱动,左右摆动(胯关节)用电机驱动。
图 | HyQ机器人(来源:IIT)
HyQ液压阀采用的是法拉利赛车专用Moog伺服阀,具有非常高的频宽,液压缸用的是Horebiger的缸。
图 | HyQ初代液压驱动缸(来源:IIT)
结构特点:
1、做力控用的力传感器与活塞杆相连
2、没有集成位移传感器(关节处安装角位移传感器和测速编码器)
3、阀与缸之间的流道集成在缸筒壁内
图 | Horebiger液压缸内部流道(来源:Horebiger)
※※HyQ2max四足机器人(IIT)※※
图 | HyQ2max四足液压机器人(来源:IIT)
HyQ2max是IIT最新的液压四足机器人,所有关节均用液压驱动,液压执行器有两种:直线驱动缸和旋转摆动缸,都是与Moog公司联合开发的。
1、直线驱动缸用于驱动膝关节,钛合金材料,利用3D打印技术紧密布局管路。
图 | 第二代产品ISA V2(来源:IIT)
图 | 最新代产品ISA V5(来源:IIT)
第二代结构特点:
1、伺服阀的第一级和第二级前后布置,而非传统的叠加式
2、位移传感器采用非接触式,集成在油缸内部
3、伺服阀放大板集成在缸体上
4、力传感器与缸体相连
图 | 第二代产品内结构ISA V2(来源:IIT)
2、HyQ2max胯关节使用了两个旋转摆动缸,分别实现左右和前后摆动。
图 | 伺服摆动缸集成(来源:IIT)
摆动缸上集成的扭矩传感器做力控,磁编码器测量关节转速和位置。
※※波士顿动力液压机器人※※
BigDog
图 | BigDog(来源:BD)
BD的BigDog所有关节采用的都是直线驱动缸,位移传感器外置、力传感器与缸体连接。
图 | BigDog驱动缸(来源:BD)
该款驱动缸也是国内高校和研究机构模仿的对象,不过个别高校也设计出了相对较新的结构,如山东大学、北理工等。
LS3、WildCat和Spot
BD的LS3、WildCat和Spot三款四足机器人也是全液压驱动,四肢结构相对BigDog简化很多。
图 | Spot机器人(来源:BD)
图 | S3机器人(来源:BD)
图 | WildCat机器人(来源:BD)
WildCat和Spot的膝、胯关节驱动方式与IIT的HyQ2max一致(应该说IIT的与BD的一样。。)。LS3膝关节是直线缸驱动,胯关节不详。
Atlas双足机器人
Atlas双足机器人当属BD最先进的产品了,采用3D打印技术将整个液压系统高度集成,包括伺服执行器(参看【Atlas】最新代Atlas机器人强在哪里——伺服液压驱动简析)。
图 | Atlas双足机器人(来源:BD)
从外形结构推测:Atlas膝关节采用直线驱动缸,胯关节前后和左右两个方向运动均用旋转摆动缸驱动,脚踝关节参看【干货】四足BigDog和双足Atlas机器人液压原理详解。
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