传动系统及机器人

技术领域

本申请涉及液压传动技术领域，尤其涉及一种传动系统及机器人。

背景技术

在相关技术中，随着液压传动技术的不断发展，采用液压传动技术的结构也得到了更为广泛的应用，例如，采用液压传动技术的机器人越来越多地应用于各行各业的生产生活中。其中，人们对于采用肢体关节模式驱动的机器人也提出了越来越多的要求。

以采用液压传动系统的机器人为例，在采用肢体关节模式驱动的机器人的运动过程中，由于其肢体与外界环境接触，常承受冲击载荷。当冲击力过大时，易造成结构损坏或系统失效。因此，如何在减小冲击载荷对传动系统的影响同时，避免对传动系统的运动控制带来不利影响就成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

根据本申请实施例的第一方面，提供一种传动系统，包括：驱动系统与调压系统；

所述驱动系统包括活塞杆与活塞筒；所述活塞杆包括活塞部与连杆部；所述连杆部的直径小于所述活塞部的直径；所述活塞部以能在所述活塞筒的长度方向移动的方式位于所述活塞筒内；所述连杆部的一端延伸进所述活塞部内，另一端延伸出所述活塞筒，且所述连杆部以能沿其延伸方向移动的方式与所述活塞部连接；

所述活塞部将所述活塞筒内的空间分为位于其两侧的第一容腔与第二容腔，所述调压系统分别连接至所述第一容腔与所述第二容腔，且所述第一容腔与所述第二容腔用于容纳压力介质；

所述活塞杆内设有调节容腔；所述连杆部延伸出所述活塞筒的一端设有调节口；所述调节容腔从所述调节口开始，延伸进所述活塞部内；所述调节容腔通过所述调节口与所述调压系统连通，且所述调节容腔用于容纳压力介质。

在一些实施例中，所述调节容腔内设有可沿所述调节容腔的延伸方向移动的调节活塞；所述调节活塞将所述调节容腔分为第一调节容腔与第二调节容腔；所述第一调节容腔通过所述调节口与所述调压系统连接；所述第一调节容腔与所述第二调节容腔用于填充压力介质，且所述第一调节容腔填充的压力介质的可压缩度低于所述第二调节容腔填充的压力介质。

在一些实施例中，所述调节容腔包括互相连通的活塞容腔与连杆容腔；所述活塞部包括活塞容腔口，所述活塞容腔从所述活塞容腔口开始，延伸进所述活塞部内；所述连杆部通过所述活塞容腔口延伸进所述活塞容腔内；且所述连杆容腔沿所述连杆部的延伸方向贯穿所述连杆部；

所述调节活塞位于所述连杆容腔内。

在一些实施例中，所述调节容腔包括互相连通的活塞容腔与连杆容腔；所述活塞部包括活塞容腔口，所述活塞容腔从所述活塞容腔口开始，延伸进所述活塞部内；所述连杆部通过所述活塞容腔口延伸进所述活塞容腔内；且所述连杆容腔沿所述连杆部的延伸方向贯穿所述连杆部；

所述调节活塞位于所述活塞容腔内。

在一些实施例中，所述连杆部包括配合部与延伸部；所述配合部与所述活塞容腔相配合，所述延伸部的直径小于所述配合部的直径；

所述活塞部还包括配合挡圈，所述配合挡圈的外径与所述活塞容腔口相配合，所述配合挡圈的内径与所述延伸部的直径相同，且所述延伸部穿过所述配合挡圈。

在一些实施例中，所述活塞部还包括填充口与密封塞；所述填充口与所述第二调节容腔连通；所述密封塞与所述填充口以能拆卸的方式相配合，且用于密封所述填充口；所述填充口与所述活塞容腔口位于所述活塞部相对的两侧。

在一些实施例中，所述调压系统包括源介质箱、节流阀与压力控制阀；

所述源介质箱连接至所述节流阀，并通过所述节流阀与所述调节口相连通；所述介质储存箱连接至所述压力控制阀，并通过所述压力控制阀连接至所述调节口；所述源介质箱内用于储存高压力状态下的压力介质。

在一些实施例中，所述调压系统还包括换向阀；所述源介质箱还连接至所述换向阀；所述换向阀连接至所述驱动系统，且与所述第一容腔以及所述第二容腔连通。

在一些实施例中，所述调压系统还包括介质储存箱；所述介质储存箱用于接受所述驱动系统排出的压力介质。

根据本申请的第二方面，提供一种机器人，包括上述任一种传动系统。

根据上述实施例可知，通过设置可相对移动的活塞部与连杆部，以及对应位于活塞杆内的杆调节容腔，可以在吸收冲击力的同时，提升对机器人的运动状态控制的准确度。

并且，本申请中吸收冲击力的结构集成于活塞杆内，能够降低压力介质吸收能量时的损耗，从而，相对于通过驱动系统外的结构吸收冲击力的方案，可以通过位于调节容腔内的压力介质提升吸收冲击力的效率。而将吸收冲击力的结构集成于活塞杆内也可以提升驱动系统整体的集成度，降低其复杂程度，从而，可以提升其可靠性，并降低其制备成本。

因此，可以同时实现在通过压力介质吸收冲击力的同时，提升对机器人的运动状态控制的准确度，提升驱动系统吸收冲击力的效率，并提升驱动系统的可靠性，并降低其制备成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据本申请实施例示出的传动系统的驱动系统与调压系统的结构示意图。

图2是根据本申请实施例示出的驱动系统的局部放大图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

现有的传动系统在应用到关节模式驱动的机器人时，运动的过程中，由于传动系统在执行驱动机器人的功能的同时，还用于承载机器人的躯体。因此，传动系统需要与外界环境直接接触，也因此使得传动系统常常需要承受冲击载荷，例如，当机器人处于下坠状态，而其肢体在接触到地面后，传动系统就将在短时间内承担极大的载荷，也就是冲击载荷。

如果传动系统的刚度过大，那么承受冲击载荷时，大量的能量将直接传递至传动系统所支撑的结构上，就容易造成机器人的结构寿命的减少，甚至使机器人的结构直接损坏。而如果在传动系统上串联弹性材料结构或柔性材料机构，由于弹性或柔性材料对各个方向上的冲击载荷的吸收能力不一。因此，串联弹性或柔性材料机构的传动系统即使在承受相同大小的冲击载荷的情况下，也容易产生不同的反应表现，也就极大的影响到了对传动系统运动状态的控制。

需要说明的是，以上仅是采用机器人为例说明现有的传动系统所遇到的问题，但传动系统的应用并不限于应用在机器人上。

本申请提供一种传动系统10，即集成有驱动系统的关节。图1示出的是该传动系统10的驱动系统101与调压系统102的结构示意图。如图1所示，该传动系统10，包括：驱动系统101与调压系统102。

驱动系统101包括活塞杆110与活塞筒120。活塞杆110包括活塞部111与连杆部112。连杆部112的直径小于活塞部111的内径。活塞部111以能在活塞筒120的长度方向移动的方式位于活塞筒120内。连杆部112的一端延伸进活塞部111内，另一端延伸出活塞筒120，且连杆部112以能沿其延伸方向移动的方式与活塞部111连接。

具体的，图2示出的是驱动系统101的局部放大图。参考图2所示，活塞筒120的长度方向即为图1与图2中示出的第一方向X，活塞部111以能在活塞筒120的长度方向移动的方式位于活塞筒120内，即活塞部111能在活塞筒120内在第一方向X上移动，也即活塞部111能朝第一方向X移动，也能朝第一方向X的反方向移动。连杆部112以能沿其延伸方向移动的方式与活塞部111连接，即连杆部112以能在第一方向X上移动的方式与活塞部111连接，也即连杆部112能朝第一方向X移动，也能朝第一方向X的反方向移动。

活塞部111将活塞筒120内的空间分为位于其两侧的第一容腔121与第二容腔122，调压系统102分别连接至第一容腔121与第二容腔122，且第一容腔121与第二容腔122用于容纳压力介质。

具体的，通过调压系统102可以调节第一容腔121与第二容腔122内的压力介质的压力，通过第一容腔121与第二容腔122内的压力介质的压力差可以推动活塞部111沿第一方向X移动，或者，沿第一方向X的反方向移动。而活塞部111的移动可以进一步带动与其相连接的连杆部112的移动，以实现驱动系统101对外输出动力。

第一容腔121与第二容腔122内的压力介质可以为液压油或者压缩气体等流体状态的压力介质，但不限于此。

活塞杆110内设有调节容腔113。连杆部112延伸出活塞筒120的一端设有调节口1131。调节容腔113从调节口1131开始，延伸进活塞部111内。调节容腔113通过调节口1131与调压系统102连通，且调节容腔113用于容纳压力介质。

具体的，调节容腔113内容纳的压力介质可以为液压油或者压缩气体流体状态的压力介质，但不限于此。较为优选的，压力介质可以为压缩气体。

由于连杆部112的一端延伸进活塞部111内，且以可在第一方向X上移动的方式与活塞部111连接。因此，当驱动系统101承受冲击力时，连杆部112便会沿第一方向X的反方向移动，也即连杆部112会朝向活塞部111内移动。又由于调节容腔113内容纳有压力介质，因此，当连杆部112朝向活塞部111内移动时，调节容腔113的空间缩小，调节容腔113容纳的压力介质受到压缩，产生与连杆部112移动方向相反的作用力并吸收冲击力的能量。在冲击力耗尽后，连杆部112在压力介质产生的与连杆部112移动方向相反的作用力的作用下复位。

并且，由于调节口1131与调压系统102连接，因此，可以通过调压系统改变调节容腔113容纳的压力介质的压力。当调节容腔113容纳的压力介质的压力升高时，在大小方向均相同的冲击力的作用下，调节容腔113容纳的压力介质产生的压缩量变小，连杆部112朝向活塞部111内移动的距离减少，从而，可以实现驱动系统101刚度的提升。而当调节容腔113容纳的压力介质的压力降低时，在大小方向均相同的冲击力的作用下，调节容腔113的压力介质产生的压缩量变大，连杆部112朝向活塞部111内移动的距离增加，从而，可以实现驱动系统101刚度的降低。

通过设置可相对移动的活塞部111与连杆部112，以及对应位于活塞杆110内的杆调节容腔113，可以将连杆部112承受的冲击力直接由调节容腔113容纳的压力介质进行吸收，而由于冲击力在传递至连杆部112后，压缩介质的压缩状态也可根据相关的流体理论得到较好的预测，因此，这样设置就可以在吸收冲击力的同时，提升对机器人的运动状态控制的准确度。

并且，本申请中吸收冲击力的结构集成于活塞杆110内，能够在驱动系统101接受到冲击力后，使尽可能多的冲击力的能量直接被压力介质所吸收，降低压力介质吸收能量时的损耗，从而，相对于通过驱动系统101外的结构吸收冲击力的方案，可以通过位于调节容腔113内的压力介质提升吸收冲击力的效率。而将吸收冲击力的结构集成于活塞杆110内也可以提升驱动系统101整体的集成度，降低其复杂程度，从而，可以提升其可靠性，并降低其制备成本。

因此，这样设置，可以同时实现在通过压力介质吸收冲击力的同时，提升对机器人的运动状态控制的准确度，提升驱动系统101吸收冲击力的效率，并提升驱动系统101的可靠性，并降低其制备成本。

在一些实施例中，如图1与图2所示，调节容腔113内设有可沿调节容腔113的延伸方向移动的调节活塞114。调节活塞114将调节容腔113分为第一调节容腔1132与第二调节容腔1133。第一调节容腔1132通过调节口1131与调压系统102连接。第一调节容腔1132与第二调节容腔1133用于填充压力介质，且第一调节容腔1132填充的压力介质的可压缩度低于第二调节容腔1133填充的压力介质。

具体的，调节容腔113内设有可沿调节容腔113的延伸方向移动的调节活塞114，即调节活塞114可在调节容腔113内沿第一方向X移动也即调节活塞114可以朝第一方向X移动，也可以朝第一方向X的反方向移动。

而第一调节容腔1132填充的压力介质的可压缩度低于第二调节容腔1133填充的压力介质，即第一调节容腔1132内可填充液压油，第二调节容腔1133内可填充压缩气体，但不限于此。

当驱动系统101承受冲击力时，连杆部112便会沿第一方向X的反方向移动，也即连杆部112会朝向活塞部111内移动。又由于第二调节容腔1133内的压力介质的可压缩度高于第一调节容腔1132内的压力介质。因此，当连杆部112朝向活塞部111内移动时，调节容腔113的空间缩小，第二调节容腔1133容纳的压力介质受到压缩，产生与连杆部112移动方向相反的作用力并吸收冲击力的能量。在冲击力耗尽后，连杆部112在第二调节容腔1133内的压力介质的作用下复位。

而调节驱动系统101的刚度过程中。以提高驱动系统101的刚度为例，调压系统102通过调节口1131提高第一调节容腔1132内的压力介质的压力。在提高第一调节容腔1132内的低压缩度的压力介质的压力后，第一调节容腔1132内的压力升高。又由于第二调节容腔1133内的压力介质的可压缩度更高，因此，第一调节容腔1132内的压力介质的压缩量就通过调节活塞114传递至第二调节容腔1133，即第二调节容腔1133的空间受到调节活塞114的压缩而缩小。由于第一调节容腔1132内的压力介质的可压缩度低于第二调节容腔1133内的压力介质，从而，使得提高的第一调节容腔1132内的压力基本上都转化为了第二调节容腔1133内的压力。而第二调节容腔1133内的压力提高即减小了第二调节容腔1133内的压力介质的可压缩度，相应的提高了驱动系统101的刚度。

通过第二调节容腔1133内可压缩度更高的压力介质可以对第二调节容腔1133施加更高的压力，从而，可以扩大驱动系统101的刚度调节范围。因此，这样设置可以同时实现在通过压力介质吸收冲击力的同时，提升对机器人的运动状态控制的准确度，提升驱动系统101吸收冲击力的效率，并提升驱动系统101的可靠性，并降低其制备成本。

在一些实施例中，参考图1与图2所示，调节容腔113包括互相连通的活塞容腔1134与连杆容腔1135。活塞部111包括活塞容腔口1111，活塞容腔1134从活塞容腔口1111开始，延伸进活塞部111内。连杆部112通过活塞容腔口1111延伸进活塞容腔1134内。且连杆容腔1135沿连杆部112的延伸方向贯穿连杆部112。

调节活塞114位于连杆容腔1135内。

这样设置，可以具体实现通过第二调节容腔1133内的压力介质吸收冲击力，并具体实现扩大驱动系统101的刚度调节范围。因此，这样设置可以同时实现通过压力介质吸收冲击力，提升对传动系统10的运动状态控制的准确度，提升驱动系统101吸收冲击力的效率，并提升驱动系统101的可靠性，并降低其制备成本。

需要说明的是，虽然本实施例中的调节活塞114位于连杆容腔1135内，但是仍然能够参考图1与图2所示出的结构。

在一些实施例中，参考图1与图2所示，调节容腔113包括互相连通的活塞容腔1134与连杆容腔1135。活塞部111包括活塞容腔口1111，活塞容腔1134从活塞容腔口1111开始，延伸进活塞部111内。连杆部112通过活塞容腔口1111延伸进活塞容腔1134内。且连杆容腔1135沿连杆部112的延伸方向贯穿连杆部112。

调节活塞114位于活塞容腔1134内。

这样设置，可以具体实现通过第二调节容腔1133内的压力介质吸收冲击力，并具体实现驱动系统101的刚度调节范围。因此，这样设置可以同时实现通过压力介质吸收冲击力，提升对传动系统10的运动状态控制的准确度，提升驱动系统101吸收冲击力的效率，并提升驱动系统101的可靠性，并降低其制备成本。

并且，相对于调节活塞114位于连杆容腔1135内的实施例，由于活塞容腔1134的直径一般相较于连杆容腔1135的直径更大，从而，可以使调节活塞114的直径更大，更容易制作。且由于调节活塞114的直径更大，可以使第一调节容腔1132内的压力介质的压力更为均匀的施加给调节活塞114，并进而使第一调节容腔1132内的压力介质的压力更为均匀的施加给第二调节容腔1133内的压力介质。同时，也可以使第二调节容腔1133内的压力介质的各处更为均匀的接受冲击力，从而，可以提升第二调节容腔1133内的压力介质吸收冲击力的效率。

在一些实施例中，如图1与图2所示，连杆部112包括配合部1121与延伸部1122。配合部1121与活塞容腔1134相配合，延伸部1122的直径小于配合部1121的直径。

活塞部111还包括配合挡圈1112，配合挡圈1112的外径与活塞容腔口1111相配合，配合挡圈1112的内径与延伸部1122的直径相同，且延伸部1122穿过配合挡圈1112。

这样设置，可以通过配合挡圈1112实现连杆部112与活塞部111的简便安装及密封，从而，可以降低驱动系统101的工艺难度与制备成本。

在一些实施例中，如图1与图2所示，活塞部111还包括填充口1113与密封塞1114。填充口1113与第二调节容腔1133连通。密封塞1114与填充口1113以能拆卸的方式相配合，且用于密封填充口1113。填充口1113与活塞容腔口1111位于活塞部111相对的两侧。

这样设置，可以通过填充口1113向第二调节容腔1133内填充压力介质。而填充口1113与活塞容腔口1111位于活塞部111相对的两侧，则可以确保无论调节活塞114位于哪一位置，均可以向第二调节容腔1133内填充压力介质。

在一些实施例中，如图1与图2所示，驱动系统101还包括多个密封圈130。活塞筒120与连杆部112之间设有至少一个密封圈130，活塞部111与活塞筒120之间设有至少一个密封圈130，调节活塞114与活塞部111之间或者调节活塞114与连杆部112之间设有至少一个密封圈，配合部1121与活塞部111之间设有至少一个密封圈。

上述各处设有至少一个密封圈130，即可以只设有一个密封圈130，但也可以设置更多的密封圈130以确保密封效果。

通过这些密封圈的设置，可以确保第一容腔121、第二容腔122、第一调节容腔1132与第二调节容腔1133之间不会互相连通，且可以确保这些容腔不会与外界环境相连通。

在一些实施例中，如图1与图2所示，调压系统102包括源介质箱210、节流阀220与压力控制阀230。

源介质箱210连接至节流阀220，并通过节流阀220与调节口1131相连通。源介质箱210连接至压力控制阀230，并通过压力控制阀230连接至调节口1131。源介质箱210内用于储存高压力状态下的压力介质。

具体的，当节流阀220打开时，高压力状态下的压力介质通过节流阀220流动至调节口1131，并通过调节口1131流入调节容腔113内，并提升调节容腔113内的压力介质的压力，从而，提升驱动系统101的刚度。此时，压力控制阀230的设定压力与调节容腔113内的压力介质的压力预设值相同。当调节容腔113内的压力介质的压力达到预设值后，多余的压力介质即迫使压力控制阀230打开并流出，以使调节容腔113内的压力介质的压力符合预设值。这样，驱动系统101的刚度得到提升。

当节流阀220关闭，压力控制阀230的设定压力为安全压力时，驱动系统101的刚度保持不变。其中，安全压力可以远高于此时调节容腔113内的压力介质的压力，且小于活塞杆110所能承受的调节容腔113内的压力介质的压力的极限值。

当节流阀220关闭，压力控制阀230的设定压力为更小的压力预设值时，驱动系统101的刚度减小。调节容腔113内的压力介质迫使压力控制阀230打开并流出，并使调节容腔113内的压力介质的压力下降，直到符合压力控制阀230的设定压力为更小的压力预设值。

这样设置，可以通过具体的调压系统102通过压力介质对驱动系统101内的压力进行调节，从而，可以具体同时实现在通过压力介质吸收冲击力的同时，提升对机器人的运动状态控制的准确度，提升驱动系统101吸收冲击力的效率，并提升驱动系统101的可靠性，并降低其制备成本。

在一些实施例中，如图1与图2所示，调压系统102还包括换向阀240。源介质箱210还连接至换向阀240。换向阀240连接至驱动系统101，且与第一容腔121以及第二容腔122连通。

具体的，换向阀240优选为三位四通阀。源介质箱210内的压力介质可以通过三位四通阀流入第一容腔121或第二容腔122。第一容腔121或第二容腔122内的压力介质也可以通过三位四通阀流出。

这样设置，可以通过源介质箱210与三位四通阀实现活塞杆110相对活塞筒120的移动，从而，可以具体实现活塞杆110延伸出活塞筒120部分的伸缩。

在一些实施例中，如图1与图2所示，调压系统102还包括介质储存箱250。介质储存箱250用于接受驱动系统101排出的压力介质。

具体的，调节口1131通过压力控制阀230与介质储存箱250连通。调节容腔113内的压力介质在其压力迫使压力控制阀230打开后，通过压力控制阀流动至介质储存箱250。第一容腔121或第二容腔122的压力介质在换向阀240调整至对应状态时，通过换向阀240流动至介质储存箱250。

通过介质储存箱250可以对驱动系统101流出的压力介质进行收集，从而，可以使压力介质循环使用，降低成本。

本申请还提供一种机器人，包括上述任一种传动系统10。

本申请的上述实施例，在不产生冲突的情况下，可互为补充。

需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能夸大了层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间唯一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。

术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。