一種高集成性液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高集成性液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)，它包括噴嘴擋板伺服閥、伺服缸、油路連接塊、壓力傳感器、力傳感器及位移傳感器，所述的伺服缸為雙出桿液壓缸，其上安裝噴嘴擋板伺服閥、油路連接塊、兩個(gè)壓力傳感器；伺服缸活塞桿前端安裝力傳感器，缸體與活塞桿安裝位移傳感器；伺服缸靠近伺服閥的缸筒一側(cè)內(nèi)部設(shè)有流道，以連通油路連接塊、噴嘴擋板伺服閥、壓力傳感器和伺服缸兩腔相應(yīng)油口。本實(shí)用新型的一種高集成性液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)，可滿足足式機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的高響應(yīng)高精度控制要求，而且結(jié)構(gòu)緊湊，能集成多個(gè)傳感檢測元件實(shí)時(shí)檢測液壓驅(qū)動(dòng)單元各狀態(tài)量，并用以控制以提高液壓驅(qū)動(dòng)單元的魯棒性。
【專利說明】一種高集成性液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于液壓【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及驅(qū)動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)型足式機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的一種高集成性液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人按其行走方式可分三類:輪式機(jī)器人、履帶式機(jī)器人及足式機(jī)器人。當(dāng)工作環(huán)境為崎嶇不平的山丘和沼澤時(shí)，足式機(jī)器人比其他兩種類型的機(jī)器人活動(dòng)更自如，因而更有優(yōu)勢。足式機(jī)器人的行走主要依靠關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)來完成，為此人們研究了機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方法。機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方法共有三種:電力驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。由于液壓驅(qū)動(dòng)有功重比高、推力大等優(yōu)點(diǎn)，用液壓驅(qū)動(dòng)的足式機(jī)器人具有更為顯著的優(yōu)勢，因此，研究驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的液壓驅(qū)動(dòng)方式變得尤為重要。
[0003]液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)所采用的驅(qū)動(dòng)方式一般為兩種，其中一種是非集成式閥控缸控制。對(duì)于非集成式閥控缸控制，其主要缺點(diǎn)是:1.閥控缸存在管路及管接頭較多，密封點(diǎn)較多，因而易出現(xiàn)接頭損壞和泄漏故障；2.伺服閥與伺服缸之間的連接管路過長，降低了系統(tǒng)固有頻率，導(dǎo)致多足機(jī)器人的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變差，功率損失增加。鑒于上述缺點(diǎn)，國內(nèi)外相關(guān)專利和論文也提出另一種驅(qū)動(dòng)方法，即集成式閥控缸控制，也就是將閥控缸結(jié)構(gòu)(也稱為液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu))的伺服閥和伺服缸集成在一起，伺服缸缸體內(nèi)加工相應(yīng)油道，省去了外接的管路和接頭體，但未能實(shí)現(xiàn)多傳感檢測元件的高度集成，限制了液壓驅(qū)動(dòng)單元的控制性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高集成性液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)。
[0005]為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種高集成性液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)，是由噴嘴擋板伺服閥、伺服缸、油路連接塊、壓力傳感器、力傳感器及位移傳感器組成，噴嘴擋板伺服閥和油路連接塊并列安裝在伺服缸缸體的上部；
[0007]所述的伺服缸為雙出桿液壓缸，伺服缸與噴嘴擋板伺服閥聯(lián)接處的缸體上設(shè)有徑向流道C、流道D、流道E和流道Y，伺服缸與油路連接塊聯(lián)接處的缸體上設(shè)有徑向流道G、流道H和流道J，伺服缸靠近噴嘴擋板伺服閥一側(cè)的缸體內(nèi)設(shè)有徑向流道K及軸向流道L、流道M、流道N和流道Z ;流道L分別與流道H和流道C連通，流道M分別與流道G和流道Y連通，流道N分別與流道J和流道D連通，流道Z分別與流道K和流道E連通；
[0008]所述的油路連接塊上并列開設(shè)有:水平向進(jìn)油/回油流道Q和進(jìn)油/回油流道R，垂直向流道W和流道V，進(jìn)油/回油流道Q和流道W連通，進(jìn)油/回油流道R和流道V連通；
[0009]油路連接塊的流道V與伺服缸缸體上的流道H連通，油路連接塊的流道W與伺服缸缸體上的流道J連通；
[0010]所述的噴嘴擋板伺服閥上有進(jìn)油口 P、控制油口 A、控制油口 B和回油口 T ;[0011]所述的壓力傳感器有兩個(gè)，第一壓力傳感器置于伺服缸上靠近噴嘴擋板伺服閥一偵lJ,第二壓力傳感器置于伺服缸缸蓋一側(cè)；力傳感器安裝在伺服缸活塞桿的前端；位移傳感器一端固定在與力傳感器同側(cè)的伺服缸活塞桿上，另一端固定在伺服缸缸體上。
[0012]壓力傳感器、力傳感器和位移傳感器配合使用，實(shí)時(shí)檢測液壓驅(qū)動(dòng)單元的外負(fù)載力、兩腔壓力、位移、速度等狀態(tài)量，采用狀態(tài)反饋在線修正控制器參數(shù)，以提高液壓驅(qū)動(dòng)單元的控制性能。
[0013]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的一種高集成性液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)，可滿足足式機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的高響應(yīng)高精度控制要求，而且結(jié)構(gòu)緊湊，能集成多個(gè)傳感檢測元件實(shí)時(shí)檢測液壓驅(qū)動(dòng)單元各狀態(tài)量，并用以控制以提高液壓驅(qū)動(dòng)單元的魯棒性。
[0014]本發(fā)明提供的一種高集成性液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有這樣的有益效果:
[0015]1、由于噴嘴擋板伺服閥、壓力傳感器、力傳感器和位移傳感器均直接集成在伺服缸上，因此該液壓驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)了多元器件的高密度集成，體積小、重量輕，并且伺服閥與伺服缸間無外接管路，降低了足式機(jī)器人管路接頭損壞和泄漏故障發(fā)生率，使關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)得到了提聞;
[0016]2、由于與多傳感檢測元件配合使用，液壓驅(qū)動(dòng)單元?jiǎng)討B(tài)過程的狀態(tài)量可實(shí)時(shí)檢測，采用狀態(tài)反饋在線修正控制器中的控制參數(shù)，提高了液壓驅(qū)動(dòng)單元的控制性能和魯棒性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)三維裝配圖；
[0018]圖2是本發(fā)明液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)裝配圖；
[0019]圖3是伺服缸缸體俯視圖；
[0020]圖4是伺服缸缸體(去缸蓋)左視圖；
[0021]圖5是油路連接塊在圖2中A-A向剖視圖；
[0022]圖6是本發(fā)明液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)原理圖；
[0023]圖7是本發(fā)明液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)控制方法示意圖。
[0024]圖中:1、油路連接塊，2、噴嘴擋板伺服閥，3、固定油路連接塊用螺釘?shù)穆菘祝?、流道G，5、流道H，6、固定伺服閥用螺釘?shù)穆菘祝?、流道C，8、流道K，9、流道E，10、流道D，11、流道Y，12、流道J，13、流道L，14、流道M，15、流道N，16、固定缸蓋用螺釘?shù)穆菘祝?7、流道Z，18、伺服缸，19、位移傳感器，20、力傳感器，21、壓力傳感器，22、流道Q，23、流道R，24、缸蓋，25、伺服缸活塞桿，26、流道V，27、流道W。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0026]如圖1-2所示，一種高集成性液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)，是由噴嘴擋板伺服閥2、伺服缸18、油路連接塊1、壓力傳感器21、力傳感器20及位移傳感器19組成，噴嘴擋板伺服閥2和油路連接塊I并列安裝在伺服缸18缸體的上部；
[0027]如圖3-4所示，所述的伺服缸18為雙出桿液壓缸，伺服缸18與噴嘴擋板伺服閥2聯(lián)接處的的缸體上設(shè)有徑向流道C7、流道D10、流道E9和流道Yl I，伺服缸18與油路連接塊I聯(lián)接處的的缸體上設(shè)有徑向流道G4、流道H5、流道J12，伺服缸18靠近噴嘴擋板伺服閥一側(cè)的缸體內(nèi)設(shè)有徑向流道K8及軸向流道L13、流道M14、流道N15和流道Z17 ;流道L13分別與流道H5和流道C7連通，流道M14分別與流道G4和流道Yll連通，流道N15分別與流道J12和流道DlO連通，流道Z17分別與流道K8和流道E9連通；
[0028]如圖5所示，所述的油路連接塊I上并列開設(shè)有:水平向進(jìn)油/回油流道Q22和進(jìn)油/回油流道R23，垂直向流道W27和流道V26，進(jìn)油/回油流道Q22和流道W27連通，進(jìn)油/回油流道R23和流道V26連通；
[0029]如圖1、3、5、6所示，油路連接塊I的流道V26與伺服缸18缸體上的流道H5連通，油路連接塊I的流道W27與伺服缸18缸體上的流道J12連通；所述的噴嘴擋板伺服閥2上有控制油口 A和控制油口 B ；
[0030]如圖1-2所示，高集成性液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)放置兩個(gè)壓力傳感器21，用于檢測伺服缸18兩腔油液壓力。其中一個(gè)放置在伺服缸靠近噴嘴擋板伺服閥2—端，即流道K8內(nèi)，另一個(gè)放置缸蓋24上，與流道M14連通；力傳感器20安裝固定在伺服缸活塞桿25—端；位移傳感器19 一端固定在與力傳感器20同側(cè)的伺服缸活塞桿25上，另一端安裝固定在伺服缸18缸體上。
[0031]如圖6-7所示，外界輸入偏差信號(hào)經(jīng)控制器、噴嘴擋板伺服閥2放大板輸出控制信號(hào)，控制噴嘴擋板伺服閥2，進(jìn)而控制伺服缸18的輸出位移，從而實(shí)現(xiàn)足式機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)。力傳感器20用于檢測伺服缸18所受外負(fù)載力，一方面可實(shí)現(xiàn)液壓驅(qū)動(dòng)單元的力閉環(huán)控制，另一方面，可實(shí)時(shí)檢測外負(fù)載力變化特性；位移傳感器19用于檢測伺服缸18的輸出位移信號(hào)，將其送回輸入端與初始輸入位移信號(hào)作比較，將得到的偏差信號(hào)輸入控制器中，可實(shí)現(xiàn)液壓驅(qū)動(dòng)單元的位移閉環(huán)控制，并與力傳感器20檢測的外負(fù)載力信號(hào)、伺服缸兩腔的微型壓力傳感器21檢測的壓力信號(hào)配合，通過觀測液壓驅(qū)動(dòng)單元涉及的狀態(tài)量變化特性，經(jīng)相應(yīng)控制算法計(jì)算，在線修正控制器內(nèi)控制參數(shù)，以提高液壓驅(qū)動(dòng)單元在位移、速度、載荷譜及兩腔壓力變化情況下的控制魯棒性。
[0032]本發(fā)明的工作流程如下:
[0033](I)液壓驅(qū)動(dòng)單元伸出運(yùn)動(dòng)
[0034]進(jìn)油:系統(tǒng)油液經(jīng)由進(jìn)油管道和油路連接塊I上的流道R23，由流道H5流入，再經(jīng)伺服缸18缸體內(nèi)的流道L13流至與噴嘴擋板伺服閥2進(jìn)油口 P相對(duì)應(yīng)的流道C7。油液流經(jīng)噴嘴擋板伺服閥2，從噴嘴擋板伺服閥2工作油口 A對(duì)應(yīng)的伺服缸缸體內(nèi)流道Y11，經(jīng)伺服缸18缸體內(nèi)的流道M14和流道G4最終進(jìn)入伺服缸18左腔。
[0035]回油:油液由伺服缸18右腔流出，經(jīng)流道K8和流道Z17流至與噴嘴擋板伺服閥2工作油口 B對(duì)應(yīng)的流道E9，再經(jīng)由噴嘴擋板伺服閥2從流道DlO流出，通過流道N15和流道J12回到油路連接塊I中，最后經(jīng)回油流道Q22及與其相連的回油管路回油，完成液壓驅(qū)動(dòng)單元的伸出運(yùn)動(dòng)。
[0036](2)液壓驅(qū)動(dòng)單元縮回運(yùn)動(dòng)
[0037]進(jìn)油:系統(tǒng)油液經(jīng)由進(jìn)油管路和油路連接塊I中的流道R23，由流道H5流入，再經(jīng)伺服缸18缸體內(nèi)的流道L13流至與噴嘴擋板伺服閥2進(jìn)油口 P相對(duì)應(yīng)的流道C7。油液流經(jīng)噴嘴擋板伺服閥2，從噴嘴擋板伺服閥2工作油口 B對(duì)應(yīng)的伺服缸缸體內(nèi)流道E9，經(jīng)伺服缸18缸體內(nèi)的流道Z17和流道K8最終進(jìn)入伺服缸18右腔。
[0038] 回油:油液由伺服缸18左腔流出，經(jīng)流道G4沿流道M14流至與噴嘴擋板伺服閥2工作油口 A對(duì)應(yīng)的流道Y11，再經(jīng)由噴嘴擋板伺服閥2從流道DlO流出，通過流道N15和流道J12回到油路連接塊1，最后經(jīng)回油流道Q22及與其相連的回油管路回油，完成液壓驅(qū)動(dòng)單元的縮回運(yùn)動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.一種高集成性液壓驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)，是由噴嘴擋板伺服閥、伺服缸、油路連接塊、壓力傳感器、力傳感器及位移傳感器組成，噴嘴擋板伺服閥和油路連接塊并列安裝在伺服缸缸體的上部；其特征在于: 所述的伺服缸為雙出桿液壓缸，其上安裝伺服閥、油路連接塊和壓力傳感器；伺服缸與噴嘴擋板伺服閥聯(lián)接處的缸體上設(shè)有徑向流道C、流道D、流道E和流道Y，伺服缸與油路連接塊聯(lián)接處的缸體上設(shè)有徑向流道G、流道H和流道J，伺服缸靠近噴嘴擋板伺服閥一側(cè)的缸體內(nèi)設(shè)有徑向流道K及軸向流道L、流道M、流道N和流道Z ;流道L分別與流道H和流道C連通，流道M分別與流道G和流道Y連通，流道N分別與流道J和流道D連通，流道Z分別與流道K和流道E連通； 所述的油路連接塊上并列開設(shè)有:水平向進(jìn)油/回油流道Q和進(jìn)油/回油流道R，垂直向流道W和流道V，進(jìn)油/回油流道Q和流道W連通，進(jìn)油/回油流道R和流道V連通；油路連接塊的流道V與伺服缸缸體上的流道H連通，油路連接塊的流道W與伺服缸缸體上的流道J連通； 所述的壓力傳感器有兩個(gè)，第一壓力傳感器置于伺服缸上靠近噴嘴擋板伺服閥一側(cè)，第二壓力傳感器置于伺服缸缸蓋一側(cè)；力傳感器安裝在伺服缸活塞桿的前端；位移傳感器一端固定在與力傳感器同側(cè)的伺服缸活塞桿上，另一端固定在伺服缸缸體上。
【文檔編號(hào)】F15B11/08GK203374541SQ201320460476
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】孔祥東, 俞濱, 權(quán)凌霄, 翟富剛, 張偉, 張宇彤 申請人:燕山大學(xué)