本发明涉及人形机器人，具体涉及一种液压驱动的人形机器人盆骨，用于需要携带重物或执行强大力量的任务中，例如：救援和建筑等领域。
背景技术：
1、仿人机器人是仿照人类结构和行为在形式和功能上的一种仿生机电自动化系统，其关节运动与人类相似，具备优良的机动性能和在复杂环境中良好的适应能力。目前，人形机器人主要采用电机驱动方式，但这种驱动方式存在重量大、越障能力弱等问题。盆骨是双足机器人下肢运动系统的关键部件，包含两个髋关节，实现了下肢四个自由度的运动，与上身腰关节相连接。
2、在人形机器人领域，高性能的执行器应具备高输出力/自重比、低输出力代价、高速力响应等特点，即重量轻、出力大、能耗低、反应快。现有的人形机器人多采用电机驱动，其结构简单、效率高、成本低、空间占用小、控制响应快，适合远距离和高精度控制。这种驱动方式电机通过减速器直接带动关节旋转，或使用电动缸带动连杆机构实现关节旋转。但其使用条件要求高，力矩较小，容易堵转，负载能力低。对于多自由度大负载和高爆发高输出的人形机器人，电机驱动面临驱动力矩不足的问题。
3、相比之下，液压驱动通常采用油液作为传动介质，能够方便地将原动机的旋转运动转化为直线运动，并能在运行过程中实现大范围的无级调速。液压系统的特点使其具有高能源密度、高力矩/体积比和强抗堵转能力，能轻量化地提供强大扭矩，使双足机器人能够携带重物或执行需要强大力量的任务，如救援、建筑和军事操作等。由于运动惯性小，液压系统的响应速度快。
4、在相同尺寸下，液压驱动在负重能力上明显优于全电机驱动。然而，液压结构通常较为复杂，外接油管较多，系统重量较大，且缺乏闭环伺服反馈功能。液压元件的制造精度、表面粗糙度以及材料的材质和热处理要求都较高，维护和维修需专业团队，运行中有噪音，因此，尽管液压驱动具备许多优点，其复杂性和高维护要求限制了其广泛应用。
5、公告号为cn115871019a，名称为一种一体化仿人并联髋关节盆骨结构的发明专利，其通过金属3d打印技术，将液压系统减轻管路等部件进行集成打印，在一定程度上减轻了现有液压驱动的人形机器人重量和尺寸，并能够实现盆骨的俯仰、横滚和偏航。上述功能的实现需要采用非常多的结构构件来实现，例如：横滚和偏航动作需要多个结构构件协同来实现，造成结构复杂冗余。另外，即使省略了液压油路，但该盆骨结构的外部结构形状在厚度和长度方向上仍然较大，不适用于在狭小的救援空间执行强大力量的任务中。
6、综上所述，现有髋关节盆骨结构存在结构复杂和尺寸较大的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了解决现有髋关节盆骨结构存在结构复杂和尺寸较大的问题，进而提供一种液压驱动的人形机器人盆骨。
2、本发明的技术方案是：
3、一种液压驱动的人形机器人盆骨，包括盆骨骨架，它还包括腰关节和两个髋关节，盆骨骨架包括盆骨保护架、腰部关节底座和两个髋关节安装架，盆骨保护架上集成打印有液压油路，腰部关节底座安装在盆骨保护架长度方向的一侧，两个髋关节安装架分别左右对称安装在盆骨保护架宽度方向的两侧，且髋关节安装架的轴线与盆骨保护架的宽度方向相同，盆骨保护架的厚度小于与髋关节安装架的外径；腰关节安装在腰部关节底座上并带动盆骨骨架运动实现位姿调整；每个髋关节安装架内安装有一个髋关节并实现横滚运动和偏航运动，每个髋关节与一个大腿连接，通过大腿上液压缸的驱动实现盆骨骨架的俯仰运动。
4、进一步地，腰关节包括中部转动连接件和两侧转动连接件，中部转动连接件转动安装在腰部关节底座的中部，两侧转动连接件分别转动安装在腰部关节底座的左右两侧；
5、其中，中部转动连接件包括腰关节连接轴、腰关节轴承和腰关节轴套，腰关节连接轴水平插装在腰部关节底座的中部，腰关节轴套套装在腰关节连接轴上，腰关节连接轴的两端分别安装有一个腰关节轴承；
6、两侧转动连接件包括腰关节轴、腰关节轴承端盖和腰关节轴承，腰关节轴水平插装在腰部关节底座的左侧或右侧的内孔中，腰关节轴的两端分别套装有一个腰关节轴承，腰关节轴承的外侧面通过腰关节轴承端盖扣装。
7、更进一步地，腰关节还包括imu传感器，imu传感器安装在腰部关节底座的中部。
8、进一步地，每个髋关节均包括横滚驱动组件和偏航驱动组件；横滚驱动组件和偏航驱动组件均安装在盆骨保护架和两个髋关节安装架上并分别实现横滚运动和偏航运动。
9、进一步地，横滚驱动组件包括液压缸活塞组件、直线导轨、伺服阀、滑块、滑块连接杆、髋横滚二力杆和横滚液压驱动器，横滚液压驱动器安装在盆骨保护架的上部，液压缸活塞组件和直线导轨水平安装在盆骨保护架上，横滚液压驱动器与液压缸活塞组件连接，滑块滑动安装在直线导轨上，液压缸活塞组件的活塞杆与滑块连接，滑块与滑块连接杆的一端转动连接，滑块连接杆的另一端与转动安装在髋关节安装架内的髋横滚二力杆连接，活塞杆伸出时带动滑块向一侧移动，滑块驱动滑块连接杆的另一端将水平直线运动转化为髋横滚二力杆的旋转运动，伺服阀安装在髋关节安装架上并控制液压缸活塞组件的动作。
10、更进一步地，横滚驱动组件还包括髋横滚挡圈，髋关节安装架的外侧端部安装有髋横滚挡圈。
11、进一步地，偏航驱动组件包括偏航液压驱动器、髋侧摆液压缸组件、髋侧摆导轨组件和髋偏摆二力杆，偏航液压驱动器安装在盆骨保护架的上部，髋侧摆液压缸组件与髋关节安装架同轴布置并安装在盆骨保护架上，偏航液压驱动器与髋侧摆液压缸组件连接，髋侧摆导轨组件内嵌并安装在髋关节安装架的内侧壁上，髋侧摆液压缸组件的活塞杆与髋侧摆导轨组件上的滑块连接，髋偏摆二力杆的一端与滑块连接，髋偏摆二力杆的另一端向外延伸并伸出髋关节安装架，髋偏摆二力杆在髋侧摆液压缸组件的伸缩带动下实现偏航自由度。
12、更进一步地，它还包括髋偏航销轴和大腿连接件，大腿连接件与髋偏摆二力杆的另一端之间通过髋偏航销轴。
13、更进一步地，它还包括髋关节轴承，大腿连接件与髋横滚二力杆的另一端之间通过髋关节轴承转动连接。
14、优选地，盆骨骨架上端面的加工面均为同一高度的水平面。
15、本发明与现有技术相比具有以下效果：
16、1、本发明的盆骨结构使机器人的盆骨具备紧凑小巧、集成度高、重量轻、控制简单、负载大、感知信息丰富等特点。
17、(1)盆骨结构紧凑小巧重量轻主要体现在：本发明的两个髋关节安装架26是与盆骨保护架24的宽度方向相同的，避免了髋关节安装架26向外侧延伸导致的长度方向结构尺寸大的问题。而且本发明的盆骨保护架24的厚度小于髋关节安装架26的厚度，使得本发明的盆骨骨架19在厚度方向更加轻薄，从而使整体盆骨尺寸更加小巧。
18、(2)集成度高：髋关节与盆骨骨架及其液油路使用3d打印技术，选用钛合金高性能金属。一体打印完成后，骨架本体采用喷丸子工艺提高表面性能，再进行精加，完成各种平面与孔的加工，省去了外加油路，最大程度降低占用空间及重量，为更高的运动性能提供可能。所述盆骨的油路与盆骨骨架一体化设计，集成设计了油压传感器、伺服阀等关键元件的相关油路，确定了相关零件的安装位置，简化了液压系统设计，避免了杂乱的油路结构，提高了髋关节及盆骨结构的刚度，减轻了质量，减少了安装空间带来的尺寸。
19、(3)重量轻主要体现在：盆骨骨架设计采用拓扑优化减重与曲面建模重构。经过拓扑优化，骨架质量得到降低，减少了髋关节与盆骨的惯性，使上下肢体更易于控制，使机器人行走、跑跳更加灵活准确。
20、(4)控制简单主要体现在：髋关节液压缸油路安装油压传感器，液压缸尾部安装位移传感器，可实现控制反馈，增加控制精度。
21、(5)负载大主要体现在：采用液压驱动，适用于大负载环境下使用。
22、(6)感知信息丰富主要体现在：四个液压缸驱动两个髋关节，关节角度由液压杆的位移传感器反馈值计算得出。
23、因此，通过上述分析可知，本发明通过模拟人类髋关节的多自由度，确保结构紧凑性、高刚度和大驱动力，本盆骨克服了传统仿人机器人盆骨自由度不足、运动驱动力小、运动不稳定等缺点，同时避免了多自由度仿人关节复杂结构导致的低刚度、结构复杂和笨重等问题。
24、2、本发明是一种应用于仿人双足机器人的一体化仿人盆骨结构，其结构更加简单：髋关节为二自由度串联驱动，可实现横滚和偏航转动，腿部结构整体位于盆骨骨架前侧，左右对称分布的两个髋关节连接左右大腿，共计四个自由度。髋关节前后俯仰自由度设置在大腿上；在盆骨骨架上部安装有腰部关节底座，可实现对盆骨姿态调节，与上部腰关节连接；工作时，液压油在伺服阀的控制下进入液压缸，推动活塞杆移动，活塞杆前端连接有滑块连接件、盆骨二力杆、髋关节等；液压缸活塞杆推动直线导轨上的滑块移动，滑块与髋关节通过二力杆连接，当偏航液压缸推动活塞杆运动时，大腿实现偏航方向转动；当侧摆液压缸推动活塞杆运动时，大腿实现侧摆横滚方向转动。油路上相应位置的油压传感器和液压杆位移传感器实现对液压缸位移和油压等信息的感知。
25、3、本发明采用了一体化液压驱动系统，具有高力矩与体积比以及强抗堵转能力，能够承受较大负载。通过基于拓扑优化的结构设计，将液压油路与盆骨骨架整合为一体，有效克服了传统液压系统结构复杂、外接油管较多、重量较大的缺点，大幅提升了系统的整体性和结构密闭性。
26、4、本发明采用伺服阀、油压传感器与位移传感器，伺服闭环控制，可实时感知髋关节状态并控制调节油压及流量，实现精准控制，控制方便，保证位置精度。
27、5、本发明采用骨架钛合金3d打印加工技术，降低重量的同时保证了刚度，整体结构尺寸小重量低。
28、6、本发明采用串联机构，在左右髋关节实现各自二自由度运动，第三个自由度驱动器设置在大腿上，简化髋关节，使大腿动作灵活，结构稳定，简单可靠，外观整洁，控制简单，具有刚度高、负载大的优势。
29、7、腿部结构整体位于盆骨的前侧，结构简单，运动稳定，控制精度高。
1.一种液压驱动的人形机器人盆骨，它包括盆骨骨架(19)，其特征在于：它还包括腰关节和两个髋关节(25)，
2.根据权利要求1所述的一种液压驱动的人形机器人盆骨，其特征在于：腰关节包括中部转动连接件和两侧转动连接件，
3.根据权利要求2所述的一种液压驱动的人形机器人盆骨，其特征在于：腰关节还包括imu传感器(9)，imu传感器(9)安装在腰部关节底座(23)的中部。
4.根据权利要求3所述的一种液压驱动的人形机器人盆骨，其特征在于：每个髋关节(25)均包括横滚驱动组件和偏航驱动组件；横滚驱动组件和偏航驱动组件均安装在盆骨保护架(24)和两个髋关节安装架(26)上并分别实现横滚运动和偏航运动。
5.根据权利要求4所述的一种液压驱动的人形机器人盆骨，其特征在于：横滚驱动组件包括液压缸活塞组件(4)、直线导轨(5)、伺服阀(7)、滑块(27)、滑块连接杆(28)、髋横滚二力杆(15)和横滚液压驱动器(17)，
6.根据权利要求5所述的一种液压驱动的人形机器人盆骨，其特征在于：横滚驱动组件还包括髋横滚挡圈(18)，髋关节安装架(26)的外侧端部安装有髋横滚挡圈(18)。
7.根据权利要求6所述的一种液压驱动的人形机器人盆骨，其特征在于：偏航驱动组件包括偏航液压驱动器(20)、髋侧摆液压缸组件(14)、髋侧摆导轨组件(13)和髋偏摆二力杆(16)，
8.根据权利要求7所述的一种液压驱动的人形机器人盆骨，其特征在于：它还包括髋偏航销轴(21)和大腿连接件，大腿连接件与髋偏摆二力杆(16)的另一端之间通过髋偏航销轴(21)。
9.根据权利要求8所述的一种液压驱动的人形机器人盆骨，其特征在于：它还包括髋关节轴承(10)，大腿连接件与髋横滚二力杆(15)的另一端之间通过髋关节轴承(10)转动连接。
10.根据权利要求9所述的一种液压驱动的人形机器人盆骨，其特征在于：盆骨骨架(19)上端面的加工面均为同一高度的水平面。
