数字液压关节执行器和机器人的制作方法

1.本技术涉及机器人技术领域，具体涉及一种数字液压关节执行器和机器人。


背景技术：

2.机器人对于驱动系统节能性要求较高，同时机器人关节运动灵活，常承受冲击载荷。相关技术中一般采用液压执行器驱动关节运动，目前常用的方式是将伺服阀的两个工作油口分别与液压缸两个容腔连通，通过伺服阀控制液压执行器的运动方向和速度；这种控制方式存在较大的节流作用，能量效率不高；且伺服阀关闭状态下无法对冲击载荷进行缓冲，增加了结构损坏的风险。


技术实现要素：

3.本技术针对相关技术的缺点，提出一种数字液压关节执行器和机器人，用以解决相关技术中的液压关节执行器的能量损耗高、缓冲能力弱的问题。
4.本技术提供一种数字液压关节执行器，包括液压缸主体、第一数字阀、第二数字阀、换向阀、关节轴承和转轴，其中，所述液压缸主体包括缸体、活塞、活塞杆和缸盖，所述缸体内壁与所述缸盖内壁共同形成液压腔，所述活塞杆的一部分设置于所述液压腔内并与所述活塞连接，所述活塞杆的另一部分设置于所述缸盖外并与所述关节轴承连接。所述活塞杆沿所述液压腔的轴线方向移动，所述活塞与所述液压腔的壁面相接触并将所述液压腔分隔为第一容腔和第二容腔。所述第一数字阀和所述第二数字阀均与所述液压缸主体连接，所述第一数字阀包括第一数字阀第一油口和第一数字阀第二油口，所述第二数字阀包括第二数字阀第一油口和第二数字阀第二油口。所述换向阀与所述液压缸主体连接，所述换向阀包括换向阀第一油口、换向阀第二油口、换向阀第三油口和换向阀第四油口。所述转轴与所述液压缸主体连接，所述转轴的轴线方向与所述液压缸主体的液压腔轴线方向互相垂直，所述转轴绕所述转轴的轴线转动。其中，所述换向阀第一油口与高压油源连通，所述换向阀第三油口与低压油源连通。所述换向阀第二油口与所述第一数字阀第一油口连通，所述第一数字阀第二油口分别与所述第二数字阀第二油口、所述第二容腔连通。所述第二数字阀第一油口与所述换向阀第四油口、所述第一容腔连通。所述换向阀具有使所述换向阀第一油口与所述换向阀第四油口导通、所述换向阀第二油口与所述换向阀第三油口导通的换向阀第一工作状态，以及使所述换向阀第一油口与所述换向阀第二油口导通、所述换向阀第三油口与所述换向阀第四油口导通的换向阀第二工作状态，所述换向阀在所述换向阀第一工作状态和所述换向阀第二工作状态之间切换。所述第一数字阀的阀口大小和所述第二数字阀的阀口大小以及启闭状态均可调节以切换所述第一数字阀和所述第二数字阀的不同工作状态。
5.根据上述实施例可知，本实施例设计一种数字液压关节执行器，通过令液压缸主体、换向阀、第一数字阀和第二数字阀之间相互配合，其中换向阀用于切换油液的运动方向，第一数字阀和第二数字阀可以控制数字阀连通的油路的通断以及油液流量，因此通过
控制第一数字阀、第二数字阀和换向阀可进一步实现控制液压缸主体内活塞杆的运动方向以及运动速度，活塞杆与关节轴承之间连接，因此本实施例提供的数字液压关节执行器可适应关节在不同工况下的运动情形，在特定工况下，液压缸内不需要外界高压油源或低压油源的油压也可实现特定工况下的运动需求，可以减少节流损失，以进一步提高能量利用效率。同时，本实施例提供的数字液压关节执行器可根据关节在不同工况下的负载，通过第一数字阀、第二数字阀控制液压缸主体内的第一容腔和第二容腔之间的阻尼，提高了数字液压关节执行器整体的冲击载荷缓冲能力。
6.另外，本实施例中转轴的轴线方向与液压缸主体的液压腔轴线方向互相垂直，转轴绕转轴的轴线转动，可实现令液压缸通过关节轴承和转轴铰接于肢体结构上，可避免活塞杆受到径向力，改善活塞杆沿轴向运动时的摩擦力，提高液压缸的工作效率，减少能量损失，并且延长液压缸的使用寿命。
7.在一个实施例中，所述液压缸主体还包括第三流道、第四流道、第五流道、第六流道、第七流道、第八流道和第九流道。所述第三流道的两端分别与所述换向阀第一油口、高压油源连通。所述第四流道的两端分别与所述换向阀第三油口、低压油源连通。所述第五流道的两端分别与所述第一容腔、所述换向阀第四油口连通。所述第六流道的两端分别与所述第五流道、所述第二容腔连通。所述第七流道的两端分别与所述第二容腔、所述第二数字阀第二油口连通。所述第八流道的两端分别与所述换向阀第二油口、所述第一数字阀第一油口连通。所述第九流道的两端分别与所述第二容腔、所述第一数字阀第二油口连通。
8.在一个实施例中，所述转轴内设有转轴第一油口、转轴第二油口、转轴第一导通结构和转轴第二导通结构，所述转轴第一油口与高压油源连通，所述转轴第二油口与低压油源连通。所述转轴第一导通结构的两端分别与所述转轴第一油口、所述第三流道连通，所述转轴第二导通结构的两端分别与所述转轴第二油口、所述第四流道连通。
9.在一个实施例中，所述转轴第一导通结构包括依次连通的第一流道、第一径向孔和第一周向凹槽，所述第一流道与所述转轴第一油口连通，所述第一周向凹槽与所述第三流道连通。所述转轴第二导通结构包括依次连通的第二流道、第二径向孔和第二周向凹槽，所述第二流道与所述转轴第二油口连通，所述第二周向凹槽与所述第四流道连通。
10.在一个实施例中，所述第一径向孔包括沿径向呈十字交叉分布的多个径向支孔，所述径向支孔均与所述第一流道、所述第一周向凹槽连通。
11.在一个实施例中，所述第二径向孔包括沿径向呈十字交叉分布的多个径向支孔，所述径向支孔均与所述第二流道、所述第二周向凹槽连通。
12.在一个实施例中，所述第一径向孔靠近所述第一周向凹槽的开孔端与所述第一周向凹槽的凹槽底面之间对齐。
13.在一个实施例中，所述第二径向孔靠近所述第二周向凹槽的开孔端与所述第二周向凹槽的凹槽底面之间对齐。
14.在一个实施例中，数字液压关节执行器还包括：第一控制器和第二控制器。所述第一控制器与所述第一数字阀远离所述换向阀的一侧连接，用于控制所述第一数字阀的阀口大小以及启闭状态。所述第二控制器与所述第二数字阀远离所述换向阀的一侧连接，用于控制所述第二数字阀的阀口大小以及启闭状态。
15.在一个实施例中，数字液压关节执行器还包括第一联轴器和第二联轴器，所述第
一联轴器的两端分别与所述第一控制器、所述第一数字阀连接，所述第二联轴器的两端分别与所述第二控制器、所述第二数字阀连接。
16.在一个实施例中，数字液压关节执行器还包括第三控制器，所述第三控制器与所述换向阀远离所述液压缸主体的一端连接，所述第三控制器用于控制所述换向阀在所述换向阀第一工作状态和所述换向阀第二工作状态之间切换。
17.本技术还提供一种机器人，包括前述的数字液压关节执行器以及第一肢体部件、第二肢体部件、铰接所述第一肢体部件和所述第二肢体部件的关节，所述第一肢体部件与所述转轴固定连接，所述第二肢体部件与所述关节轴承铰接。
18.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
19.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
20.图1所示为本技术提供的一种实施例的数字液压关节执行器的立体结构示意图；图2所示为本技术提供的一种实施例的数字液压关节执行器的另一方向的立体结构示意图；图3所示为本技术提供的一种实施例的数字液压关节执行器的正视图；图4所示为本技术提供的一种实施例的数字液压关节执行器的后视图；图5所示为本技术提供的一种实施例的数字液压关节执行器的俯视图；图6所示为图5中沿剖面线aa的剖视图；图7所示为图5中沿剖面线bb的剖视图；图8所示为本技术提供的数字液压关节执行器中沿图11中剖面线cc的剖视图；图9所示为图5中沿剖面线dd的剖视图；图10所示为图5中沿剖面线ee的剖视图；图11所示为图5中沿剖面线ff的剖视图；图12所示为图5中沿剖面线gg的剖视图；图13所示为本技术提供的一种实施例的转轴的结构示意图；图14所示为图13中沿剖面线hh的剖视图；图15所示为图13中沿剖面线ii的剖视图；图16所示为图13中的转轴的内部结构示意图；图17所示为本技术提供的一种实施例的机器人的结构示意图。
21.其中：100-液压缸主体；110-液压腔；101-第一容腔；102-第二容腔；120-缸体；130-缸盖；140-活塞；150-活塞杆；103-第三流道；104-第四流道；105-第五流道；106-第六流道；107-第七流道；108-第八流道；109-第九流道；200-第一数字阀；210-第一数字阀第一油口；220-第一数字阀第二油口；300-第二数字阀；310-第二数字阀第一油口；320-第二数字阀第二油口；400-换向阀；410-换向阀第一油口；420-换向阀第二油口；430-换向阀第三油口；440-换向阀第四油口；500-关节轴承；600-转轴；610-转轴第一油口；620-转轴第二油口；630-转轴第一导通结构；631-第一流道；632-第一径向孔；633-第一周向凹槽；640-转轴
第二导通结构；641-第二流道；642-第二径向孔；643-第二周向凹槽；710-第一控制器；720-第二控制器；810-第一联轴器；820-第二联轴器；900-第三控制器；10-数字液压关节执行器；1-第一肢体部件；2-第二肢体部件；3-关节。
具体实施方式
22.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例并不代表与本技术相一致的所有实施例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
23.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
24.研究发现，相关技术中对机器人驱动系统的常用驱动方式为将伺服阀的两个工作油口分别与液压缸两个容腔连通，通过伺服阀控制液压执行器的运动方向和速度；这种控制方式存在较大的节流作用，能量效率不高，且伺服阀关闭状态下无法对冲击载荷进行缓冲，增加了结构损坏的风险。
25.本技术提供的一种数字液压关节执行器和机器人，旨在解决相关技术的如上技术问题。
26.下面结合附图，对本技术实施例中的数字液压关节执行器和机器人进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互补充或相互组合。
27.本技术提供一种数字液压关节执行器10，如图1~图10所示，包括液压缸主体100、第一数字阀200、第二数字阀300、换向阀400、关节轴承500和转轴600，其中，具体如图6所示，液压缸主体100包括缸体120、活塞140、活塞杆150和缸盖130，缸体120内壁与缸盖130内壁共同形成液压腔110，活塞杆150的一部分设置于液压腔110内并与活塞140连接，活塞杆150的另一部分设置于缸盖130外并与关节轴承500连接；活塞杆150沿液压腔110的轴线方向移动，活塞140与液压腔110的壁面相接触并将液压腔110分隔为第一容腔101和第二容腔102。第一数字阀200和第二数字阀300均与液压缸主体100连接。如图2和图5所示，第一数字阀200包括第一数字阀第一油口210和第一数字阀第二油口220，如图3所示，第二数字阀300包括第二数字阀第一油口310和第二数字阀第二油口320；如图6所示，换向阀400与液压缸主体100连接，换向阀400包括换向阀第一油口410、换向阀第二油口420、换向阀第三油口430和换向阀第四油口440；如图1和图6所示，转轴600与液压缸主体100连接，转轴600的轴线方向与液压缸主体100的液压腔110轴线方向互相垂直，转轴600绕转轴600的轴线转动；其中，如图6、图7和图8所示，换向阀第一油口410与高压油源连通，换向阀第三油口430与低压油源连通；如图4所示，换向阀第二油口420与第一数字阀第一油口210连通，如图6所示，第一数字阀第二油口220分别与第二数字阀第二油口320、第二容腔102连通；如图3和图6所示，第二数字阀第一油口310与换向阀第四油口440、第一容腔101连通。如图6所示，换向阀400具有使换向阀第一油口410与换向阀第四油口440导通、换向阀第二油口420与换向阀第三油口430导通的换向阀第一工作状态，以及使换向阀第一油口410与换向阀第二油口420
导通、换向阀第三油口430与换向阀第四油口440导通的换向阀第二工作状态，换向阀400在换向阀第一工作状态和换向阀第二工作状态之间切换；第一数字阀200的阀口大小和第二数字阀300的阀口大小以及启闭状态均可调节以切换第一数字阀200和第二数字阀300的不同工作状态。
28.根据上述实施例可知，本实施例设计一种数字液压关节执行器10，通过令液压缸主体100、换向阀400、第一数字阀200和第二数字阀300之间相互配合，其中换向阀400用于切换油液的运动方向，第一数字阀200和第二数字阀300可以控制数字阀连通的油路的通断以及油液流量，因此通过控制第一数字阀200、第二数字阀300和换向阀400可进一步实现控制液压缸主体100内活塞杆150的运动方向以及运动速度，活塞杆150与关节轴承500之间连接，因此本实施例提供的数字液压关节执行器10可适应关节在不同工况下的运动情形，在特定工况下，液压缸内不需要外界高压油源或低压油源的油压也可实现特定工况下的运动需求，可以减少节流损失，以进一步提高能量利用效率。同时，本实施例提供的数字液压关节执行器10可根据关节在不同工况下的负载，通过第一数字阀200、第二数字阀300控制液压缸主体100内的第一容腔101和第二容腔102之间的阻尼，提高了数字液压关节执行器10整体的冲击载荷缓冲能力。
29.另外，本实施例中转轴600的轴线方向与液压缸主体100的液压腔110轴线方向互相垂直，转轴600绕转轴600的轴线转动，可实现令液压缸通过关节轴承500和转轴600铰接于肢体结构上，可避免活塞杆150受到径向力，改善活塞杆150沿轴向运动时的摩擦力，提高液压缸的工作效率，减少能量损失，并且延长液压缸的使用寿命。
30.在一些实施例中，低压油源可采用与油箱直接连通的方式，高压油源可采用外接高压油泵的方式。
31.在一些实施例中，如图1~图10所示，液压缸主体100还包括第三流道103、第四流道104、第五流道105、第六流道106、第七流道107、第八流道108和第九流道109；具体如图8所示，第三流道103的两端分别与换向阀第一油口410、高压油源连通；如图10所示，第四流道104的两端分别与换向阀第三油口430、低压油源连通；如图3和图6所示，第五流道105的两端分别与第一容腔101、换向阀第四油口440连通；如图3和图6所示，第六流道106的两端分别与第五流道105、第二容腔102连通；如图3和图6所示，第七流道107的两端分别与第二容腔102、第二数字阀第二油口320连通；如图4所示，第八流道108的两端分别与换向阀第二油口420、第一数字阀第一油口210连通；如图6所示，第九流道109的两端分别与第二容腔102、第一数字阀第二油口220连通。
32.本实施例中在液压缸主体100内部设有多个流道以实现换向阀400、第一数字阀200、第二数字阀300和液压缸之间的工作油路的连通，将各个油路均设计在液压缸的周侧可实现缩短液压缸、换向阀400、第一数字阀200和第二数字阀300之间连通的工作油路，减少节流损失，减少油路中的油压损失以确保液压缸的动力源稳定。同时，本实施例中的液压缸主体100采用金属3d打印技术实现，集成度较高，因此本实施例中的各个流道通过异形流道灵活布局，可以有效缩短油路，同时减小液压缸的体积和重量，便于轻便的集成于关节上。
33.在一些实施例中，如图9所示，转轴600内设有转轴第一油口610、转轴第二油口620、转轴第一导通结构630和转轴第二导通结构640，转轴第一油口610与高压油源连通，转
轴第二油口620与低压油源连通；如图9、图11和图12所示，转轴第一导通结构630的两端分别与转轴第一油口610、第三流道103连通，如图9和图10所示，转轴第二导通结构640的两端分别与转轴第二油口620、第四流道104连通。
34.本实施例中的转轴600的两端分别设有转轴第一油口610和转轴第二油口620，转轴第一油口610与高压油源连通，转轴第二油口620与低压油源连通。转轴第一油口610、转轴第二油口620均与转轴600连接的肢体结构之间没有相对运动，因此可以避免使用软管，从而避免软管随执行器运动造成的干扰力。
35.在一些实施例中，如图9所示，转轴第一导通结构630包括依次连通的第一流道631、第一径向孔632和第一周向凹槽633，第一流道631与转轴第一油口610连通，如图12所示，第一周向凹槽633与第三流道103连通；如图9所示，转轴第二导通结构640包括依次连通的第二流道641、第二径向孔642和第二周向凹槽643，如图10所示，第二流道641与转轴第二油口620连通，第二周向凹槽643与第四流道104连通。
36.结合图7、图8和图9可知，本实施例中转轴第一导通结构630中的第一流道631和第一径向孔632之间的方向相对垂直，两者之间通过第一周向凹槽633改变油路的运动方向，从而适应液压缸主体100和换向阀400的位置，缩短工作油路，提高能量利用效率并且减少节流损失。转轴第二导通结构640同理，此处不再赘述。
37.在一些实施例中，如图13、图14、图15和图16所示，第一径向孔632包括沿径向呈十字交叉分布的多个径向支孔，径向支孔均与第一流道631、第一周向凹槽633连通。本实施例中通过设置多个径向支孔，可提升油路的可容纳体积，减少节流损失，提高能量利用效率。
38.在一些实施例中，如图10、图13、图14所示，第二径向孔642包括沿径向呈十字交叉分布的多个径向支孔，径向支孔均与第二流道641、第二周向凹槽643连通。本实施例的有益效果同前述实施例，此处不再赘述。
39.在一些实施例中，如图13和图14所示，第一径向孔632靠近第一周向凹槽633的开孔端与第一周向凹槽633的凹槽底面之间对齐。本实施例中的第一径向孔632与第一周向凹槽633对齐以便于油液从第一径向孔632扩散到第一周向凹槽633内，以进一步的流入第三流道103内，周向凹槽的表面积和可流动面积较大，可减少节流损失，提高能量利用效率。
40.在一些实施例中，如图13和图14所示，第二径向孔642靠近第二周向凹槽643的开孔端与第二周向凹槽643的凹槽底面之间对齐。本实施例的有益效果同前述实施例，此处不再赘述。
41.在一些实施例中，如图1所示，数字液压关节执行器10还包括：第一控制器710和第二控制器720；第一控制器710与第一数字阀200远离换向阀400的一侧连接，用于控制第一数字阀200的阀口大小以及启闭状态；第二控制器720与第二数字阀300远离换向阀400的一侧连接，用于控制第二数字阀300的阀口大小以及启闭状态。
42.在一些实施例中，如图1所示，数字液压关节执行器10还包括第一联轴器810和第二联轴器820，第一联轴器810的两端分别与第一控制器710、第一数字阀200连接，第二联轴器820的两端分别与第二控制器720、第二数字阀300连接。联轴器可吸收振动和缓和冲击，当将控制器连接在液压缸主体100上时，作为一种安全装置起过载保护。
43.在一些实施例中，第一控制器710和第二控制器720可以为电机、舵机或电磁铁。本
领域技术人员可根据具体情况进行设计，不限于此。
44.在一些实施例中，如图1所示，数字液压关节执行器10还包括第三控制器900，第三控制器900与换向阀400远离液压缸主体100的一端连接，第三控制器900用于控制换向阀400在换向阀第一工作状态和换向阀第二工作状态之间切换。第三控制器与第一控制器、第二控制器同理。
45.基于同一发明构思，如图17所示，本技术提供一种机器人，包括前述实施例提供的数字液压关节执行器10以及第一肢体部件1、第二肢体部件2、铰接第一肢体部件1和第二肢体部件2的关节3，第一肢体部件1与转轴600固定连接，第二肢体部件2与关节轴承500铰接。本实施例中的机器人具备前述实施例中的全部技术特征，因此也具备相应的有益效果，此处不再赘述。
46.为便于理解，本技术还提供一种机器人的控制方法，基于前述实施例提供的数字液压关节执行器10，应用于实际工作场景中，例如，当第一肢体部件1为大腿，第二肢体部件2为小腿、关节3为膝关节时，该控制方法包括：当小腿具有绕膝关节向后摆动的运动意图且活塞杆150承受关节轴承500的负载较小时，令换向阀400切换至换向阀第一工作状态（使换向阀第一油口410与换向阀第四油口440导通、换向阀第二油口420与换向阀第三油口430导通），关闭第一数字阀200，开启第二数字阀300，则形成的工作油路中，高压油路：高压油源-转轴第一油口610-第一流道631-第一径向孔632-第一周向凹槽633-第三流道103-换向阀第一油口410-换向阀第四油口440-（第五流道105-第一容腔101）/（第五流道105-第六流道106-第二数字阀第一油口310-第二数字阀300导通-第二数字阀第二油口320-第七流道107-第二容腔102）。低压油路：低压油源-转轴第二油口620-第二流道641-第二径向孔642-第二周向凹槽643-第四流道104-换向阀第三油口430-换向阀第二油口420-第八流道108-第一数字阀第一油口210-第一数字阀200阻断。此时由于第一容腔101的受压面积（活塞140面积-活塞杆150面积）小于第二容腔102的受压面积（活塞140面积），因此当第一容腔101和第二容腔102均接收同一高压油源时，第二容腔102受到的压力更大，因此此时第一容腔101的容积减小，第二容腔102的容积增大，活塞杆150向外伸出，小腿完成绕膝关节向后摆动的动作。在这种情形下，由于低压油源不参与整个动力驱动过程，因此可不启用低压油源，减少节流损失，提高能量利用率。
47.当小腿具有绕膝关节向前摆动的运动意图时，令换向阀400切换至换向阀第一工作状态（使换向阀第一油口410与换向阀第四油口440导通、换向阀第二油口420与换向阀第三油口430导通），开启第一数字阀200，关闭第二数字阀300，则形成的工作油路中，高压油路：高压油源-转轴第一油口610-第一流道631-第一径向孔632-第一周向凹槽633-第三流道103-换向阀第一油口410-换向阀第四油口440-（第五流道105-第一容腔101）/（第五流道105-第六流道106-第二数字阀第一油口310-第二数字阀300阻断）。低压油路：低压油源-转轴第二油口620-第二流道641-第二径向孔642-第二周向凹槽643-第四流道104-换向阀第三油口430-换向阀第二油口420-第八流道108-第一数字阀第一油口210-第一数字阀200-第一数字阀第二油口220-第九流道109-第二容腔102-第七流道107-第二数字阀第二油口320-第二数字阀300阻断。则此时第一容腔101接收高压油源，第二容腔102接收低压油源，由于第一容腔101比第二容腔102受到的压力更大，因此此时第一容腔101的容积增大，第二容腔102的容积减小，活塞杆150向内收回，小腿完成绕膝关节向前摆动的动作。
48.当小腿具有绕膝关节向后摆动的运动意图且活塞杆150承受关节轴承500的负载较大时，令换向阀400切换至换向阀第二工作状态（使换向阀第一油口410与换向阀第二油口420导通、换向阀第三油口430与换向阀第四油口440导通），开启第一数字阀200，关闭第二数字阀300，则形成的工作油路中，高压油路：高压油源-转轴第一油口610-第一流道631-第一径向孔632-第一周向凹槽633-第三流道103-换向阀第一油口410-换向阀第二油口420-第八流道108-第一数字阀第一油口210-第一数字阀200导通-第一数字阀第二油口220-第九流道109-第二容腔102-第七流道107-第二数字阀第二油口320-第二数字阀300阻断。低压油路：低压油源-转轴第二油口620-第二流道641-第二径向孔642-第二周向凹槽643-第四流道104-换向阀第三油口430-换向阀第四油口440-（第五流道105-第一容腔101）/（第五流道105-第六流道106-第二数字阀第一油口310-第二数字阀300阻断）。则此时第一容腔101接收低压油源，第二容腔102接收高压油源，由于第二容腔102比第一容腔101受到的压力更大，因此此时第二容腔102的容积增大，第一容腔101的容积减小，活塞杆150向外伸出，小腿完成绕膝关节向后摆动的动作。相比于当负载较小时，利用液压缸自身的活塞杆150相对液压腔110的运动实现小腿的移动而言，当负载较大时，高压油源和低压油源之间的油压差更大，因此可产生更大的液压驱动力，因此可实现负载较大时液压缸的驱动。
49.当小腿需要保持与大腿相对静止状态（静止或跃起）时，令换向阀400切换至换向阀第二工作状态（使换向阀第一油口410与换向阀第二油口420导通、换向阀第三油口430与换向阀第四油口440导通），关闭第一数字阀200，开启第二数字阀300，则形成的工作油路中，高压油路：高压油源-转轴第一油口610-第一流道631-第一径向孔632-第一周向凹槽633-第三流道103-换向阀第一油口410-换向阀第二油口420-第八流道108-第一数字阀第一油口210-第一数字阀200阻断。低压油路：低压油源-转轴第二油口620-第二流道641-第二径向孔642-第二周向凹槽643-第四流道104-换向阀第三油口430-换向阀第四油口440-（第五流道105-第一容腔101）/（第五流道105-第六流道106-第二数字阀第一油口310-第二数字阀300导通-第二数字阀第二油口320-第七流道107-第二容腔102）。此时低压油源控制第一容腔101和第二容腔102之间的油压保持相对平衡，用于耗散冲击以实现对冲击载荷的有效缓冲。在这种情形下，由于高压油源不参与整个动力驱动过程，因此可不启用高压油源，减少节流损失，提高能量利用率。
50.本技术的上述实施例，在不产生冲突的情况下，可互为补充。
51.本技术领域技术人员可以理解，本技术中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本技术中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，相关技术中的具有与本技术中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
52.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
53.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含
地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
54.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
55.在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
56.以上仅是本技术的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种数字液压关节执行器，其特征在于，包括液压缸主体、第一数字阀、第二数字阀、换向阀、关节轴承和转轴，其中，所述液压缸主体包括缸体、活塞、活塞杆和缸盖，所述缸体内壁与所述缸盖内壁共同形成液压腔，所述活塞杆的一部分设置于所述液压腔内并与所述活塞连接，所述活塞杆的另一部分设置于所述缸盖外并与所述关节轴承连接；所述活塞杆沿所述液压腔的轴线方向移动，所述活塞与所述液压腔的壁面相接触并将所述液压腔分隔为第一容腔和第二容腔；所述第一数字阀和所述第二数字阀均与所述液压缸主体连接，所述第一数字阀包括第一数字阀第一油口和第一数字阀第二油口，所述第二数字阀包括第二数字阀第一油口和第二数字阀第二油口；所述换向阀与所述液压缸主体连接，所述换向阀包括换向阀第一油口、换向阀第二油口、换向阀第三油口和换向阀第四油口；所述转轴与所述液压缸主体连接，所述转轴的轴线方向与所述液压缸主体的液压腔轴线方向互相垂直，所述转轴绕所述转轴的轴线转动；其中，所述换向阀第一油口与高压油源连通，所述换向阀第三油口与低压油源连通；所述换向阀第二油口与所述第一数字阀第一油口连通，所述第一数字阀第二油口分别与所述第二数字阀第二油口、所述第二容腔连通；所述第二数字阀第一油口与所述换向阀第四油口、所述第一容腔连通；所述换向阀具有使所述换向阀第一油口与所述换向阀第四油口导通、所述换向阀第二油口与所述换向阀第三油口导通的换向阀第一工作状态，以及使所述换向阀第一油口与所述换向阀第二油口导通、所述换向阀第三油口与所述换向阀第四油口导通的换向阀第二工作状态，所述换向阀在所述换向阀第一工作状态和所述换向阀第二工作状态之间切换；所述第一数字阀的阀口大小和所述第二数字阀的阀口大小以及启闭状态均可调节以切换所述第一数字阀和所述第二数字阀的不同工作状态。2.根据权利要求1所述的数字液压关节执行器，其特征在于，所述液压缸主体还包括第三流道、第四流道、第五流道、第六流道、第七流道、第八流道和第九流道；所述第三流道的两端分别与所述换向阀第一油口、高压油源连通；所述第四流道的两端分别与所述换向阀第三油口、低压油源连通；所述第五流道的两端分别与所述第一容腔、所述换向阀第四油口连通；所述第六流道的两端分别与所述第五流道、所述第二容腔连通；所述第七流道的两端分别与所述第二容腔、所述第二数字阀第二油口连通；所述第八流道的两端分别与所述换向阀第二油口、所述第一数字阀第一油口连通；所述第九流道的两端分别与所述第二容腔、所述第一数字阀第二油口连通。3.根据权利要求2所述的数字液压关节执行器，其特征在于，所述转轴内设有转轴第一油口、转轴第二油口、转轴第一导通结构和转轴第二导通结构，所述转轴第一油口与高压油源连通，所述转轴第二油口与低压油源连通；所述转轴第一导通结构的两端分别与所述转轴第一油口、所述第三流道连通，所述转轴第二导通结构的两端分别与所述转轴第二油口、所述第四流道连通。4.根据权利要求3所述的数字液压关节执行器，其特征在于，所述转轴第一导通结构包括依次连通的第一流道、第一径向孔和第一周向凹槽，所述第一流道与所述转轴第一油口连通，所述第一周向凹槽与所述第三流道连通；所述转轴第二导通结构包括依次连通的第二流道、第二径向孔和第二周向凹槽，所述第二流道与所述转轴第二油口连通，所述第二周
向凹槽与所述第四流道连通。5.根据权利要求4所述的数字液压关节执行器，其特征在于，所述第一径向孔包括沿径向呈十字交叉分布的多个径向支孔，所述径向支孔均与所述第一流道、所述第一周向凹槽连通；和/或，所述第二径向孔包括沿径向呈十字交叉分布的多个径向支孔，所述径向支孔均与所述第二流道、所述第二周向凹槽连通。6.根据权利要求4所述的数字液压关节执行器，其特征在于，所述第一径向孔靠近所述第一周向凹槽的开孔端与所述第一周向凹槽的凹槽底面之间对齐；和/或，所述第二径向孔靠近所述第二周向凹槽的开孔端与所述第二周向凹槽的凹槽底面之间对齐。7.根据权利要求1所述的数字液压关节执行器，其特征在于，还包括：第一控制器和第二控制器；所述第一控制器与所述第一数字阀远离所述换向阀的一侧连接，用于控制所述第一数字阀的阀口大小以及启闭状态；所述第二控制器与所述第二数字阀远离所述换向阀的一侧连接，用于控制所述第二数字阀的阀口大小以及启闭状态。8.根据权利要求7所述的数字液压关节执行器，其特征在于，还包括第一联轴器和第二联轴器，所述第一联轴器的两端分别与所述第一控制器、所述第一数字阀连接，所述第二联轴器的两端分别与所述第二控制器、所述第二数字阀连接。9.根据权利要求1所述的数字液压关节执行器，其特征在于，还包括第三控制器，所述第三控制器与所述换向阀远离所述液压缸主体的一端连接，所述第三控制器用于控制所述换向阀在所述换向阀第一工作状态和所述换向阀第二工作状态之间切换。10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1~9任一项所述的数字液压关节执行器以及第一肢体部件、第二肢体部件、铰接所述第一肢体部件和所述第二肢体部件的关节，所述第一肢体部件与所述转轴固定连接，所述第二肢体部件与所述关节轴承铰接。

技术总结
本申请提供一种数字液压关节执行器和机器人，其中该数字液压关节执行器包括液压缸主体、第一数字阀、第二数字阀、换向阀、关节轴承和转轴。其中，换向阀、第一数字阀、第二数字阀分别和液压缸主体之间连接形成相互配合的工作油路，关节轴线和转轴分别与液压缸主体连接以实现不同的运动状态，通过控制换向阀、第一数字阀和第二数字阀的工作状态可实现液压缸主体带动关节轴承以及转轴运动，可以实现，适应不同工况下的运动需求，同时减少节流损失，提高能量利用效率，提高数字液压关节执行器对冲击载荷的缓冲能力。冲击载荷的缓冲能力。冲击载荷的缓冲能力。


技术研发人员：赵鹏宇 谢安桓 丁梦龙 穆玉康 陈思远 孔令雨
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：2023.08.30
技术公布日：2023/10/8