执行器专题：液压四足机器人用旋转执行器概述

除了之前提到的直线执行器，还有一种结构形式：旋转执行器，也叫伺服摆动缸、伺服马达等。总结来讲，旋转执行器相比于直线缸有三大优势：（1）结构紧凑，利于实现腿部结构的无管化、集成化设计；（2）可输出一个独立于关节位置的稳定扭矩；（3）适合前后运动方向对称的摆动，如髋、侧摆关节摆动。

由于直线驱动连杆结构设计方式不一样，无法衡量其与摆动缸的功率密度谁大谁小，各团队在设计时也有自己的考虑。下面对使用过摆动缸的机器人进行介绍：

和Claudio Semini交流时提到，意大利IIT DLS实验室的MiniHyQ 采用法国DS Dynatec公司的单叶片式摆动缸，如图1所示，提供60N.m的扭矩输出，摆动范围可达220°，利用绝对式编码器测量关节实时位置，利用扭矩传感器测量输出扭矩，实现位置控制和力控制。

图1. Mini-HyQ 用单叶片式摆动缸

此外，DLS实验室的HyQ2max在双叶片式摆动缸上集成了增材制造加工的智能阀、编码器和力矩传感器，如图2所示，摆动范围为100°，额定输出扭矩为170N.m，质量仅为2.1kg。值得注意的是，该伺服摆动缸在250N.m的外部冲击下仍能保持稳定，为机器人整机拖拽 3 t 的飞机提供爆发输出力。HyQ2max尺寸如图3所示。

图2. HyQ2max 用双叶片摆动缸

图3. HyQ2max 尺寸图

可以推断的是，HyQ-real 也是采用的此款含增材制造阀块的摆动缸，如图4所示。

图4. HyQReal

韩国科学技术研究院应用机器人部门开发了一款16自由度的液压四足机器人p2，如图5所示，关节全部由伺服摆动缸驱动，机器人可以实现0.8m/s的运动速度。

图5. p2

经过几代样机的积累，该团队开发了四足机器人JINPOONG，如图6所示，侧摆关节由韩国KNR公式的高功重比摆动缸实现，如图7所示，通过英国Star液压公司的伺服阀进行控制，摆动范围±70°，在21MPa压力下，输出扭矩可达400N.m，按照该公司成熟产品的功重比推算，单体质量5.0kg左右。

图6. JINPOONG四足机器人

图7. 韩国KNR公司摆动缸

韩国科学技术研究院HUBOLAB团队为他们的人形机器人LIGHT设计了一款低内泄的摆动缸，每分钟内泄小于0.05L（具体工况不详），摩擦力小于2N.m，如图8所示。

图8. 低内泄摆动缸

浙江大学先进机电液控制技术团队参考柱塞式液压缸的概念，设计了一种轴向活塞式摆动缸，如图9所示，通过两个直线缸和异形凸轮实现摆动，结构十分紧凑，输出扭矩大。以该摆动缸参数进行四足整机的仿真，相同步态下，比传统直线缸驱动的平均流量减少30%。

图9. 轴向活塞式摆动缸

团队和江苏某企业联合开发的螺旋式摆动缸，如图10，通过特殊的结构方案，大幅度降低了启动摩擦力，力重比显著提高，可达600N.m/5.2kg。相似功率密度的叶片式摆动缸也在设计中。

图10. 螺旋摆动缸

除以上介绍的机器人方案和元件外，波士顿动力的Wildcat、Atlas等高动态特性机器人上均采用了摆动缸，具体结构形式未公开。

有了解更多摆动缸情况的朋友，欢迎私信我补充。