一种数字-模拟混合阀控液压机器人系统技术方案

本发明专利技术公开了一种数字

【技术实现步骤摘要】
一种数字
‑
模拟混合阀控液压机器人系统


[0001]本专利技术属于液压系统控制
，具体涉及一种数字和模拟电磁阀混合控制的多关节机器人系统。

技术介绍

[0002]工业机器人一般由机械臂本体、控制系统、传感器和驱动系统等部分组成。机械臂本体通常为6自由度的关节式机械臂，能够在可达空间中具备较高的灵活性。传感器通常包括旋转编码器、位移传感器等，检测机器人各关节当前的转角或行程。控制系统根据指令的目标位姿进行关节角度正逆解运算，结合传感器测得的机械臂当前位姿，进行反馈和闭环控制。驱动接收到控制系统的指令后驱动机器人的关节进行动作，工业中常用的动力源包括电动、气动和液压驱动，其中电力驱动使用最为广泛，气动一般只适用于点位控制场合，液压驱动用于重载、防爆场合。
[0003]在加油站自动加油场景中，开闭汽车油箱盖、抓取油枪插入汽车油箱口等操作，都需要机械臂来精确完成。这种机械臂能够在视觉伺服系统的帮助下迅速精确地代替人工完成给汽车加油的工作，大幅提高加油站的运行效率。
[0004]但是，加油站对机器人的防爆特性有严格的要求，机器人必须能在国家规定的爆炸物危险场所0区中正常工作。已有的防爆电驱机器人大多采用正压或密封的形式，对关节电机进行防暴处理。正压形式需要在机械臂内部构造空腔并在工作时不断通入惰性气体，会造成机械臂体积臃肿虚胖，对加油机械臂所需的精密操作造成干涉；密封形式主要对关节电机进行密封和外壳隔爆处理，会明显增加关节电机的体积、严重降低机器人的末端负载，因此加油过程中需要抓取的油枪、吸盘等部件的重量很容易超过常见防爆机器人的极限负载。
[0005]因此，现有电力驱动的防爆机器人很难满足加油站自动加油机器人的使用要求。液压驱动的机械臂天生具有防爆的特性，且功率
‑
体积比远高于传统的电力驱动机器人，摆动液压缸可以直接驱动关节转动而不需要通过减速器降速升矩，达到普通电驱机器人的数倍乃至十余倍负载。但液压驱动在控制精度和稳定性上存在瓶颈，限制了液压驱动的高精度场合的应用。
[0006]中国技术专利CN 212146444 U公布了一种浇铸铁水的液压机器人，采用了旋转液压马达和直线液压缸作为机器人运动的驱动部件，实现了搬运和翻转大型重物的功能。其主要控制旋转液压马达的方式是通过控制器发送信号经由D/A转换器，将计算机产生的数字信号转换为模拟电压信号发送至液压调节阀，从而控制各液压缸的动作。这种较为简单的控制结构适合于浇铸铁水等精度要求不高的工况，但受限于单纯的液压调节阀的控制精度和稳定性，无法应用于精密的机器人系统。
[0007]中国专利技术专利CN 111546350 A公布了一种多关节重载液压机器人系统及其高精度运动控制方法，该方法建立了液压机器人的动力学模型，考虑了系统不确定性和建模误差进行系统补偿，提高了运动控制精度。但该方法主要从控制算法和理论角度分析了控制
的稳定性，其控制原理仍然单纯以电液伺服阀为核心，没有结合电液伺服阀和高速开关阀两种控制阀的优势。
[0008]中国专利技术专利CN 108481360 A公布了一种液压机器人电液关节，主要由电液比例溢流阀、电磁比例换向阀这两种模拟信号驱动的控制阀，以及压力传感器组成伺服系统，可以实现连续、比例、无极调速，将控制阀与液压摆缸集成到一处，可用于液压机器人。但控制原理上主要局限于使用传统的比例阀控制，存在驱动电压饱和、阀芯死区遮盖等固有缺陷，对高精度控制场合并不适用。
[0009]综上，现有的液压机器人及控制技术，主要使用传统的伺服或比例阀，与角度或压力传感器组成伺服系统，并对此类伺服系统的控制算法进行改进，但没有从根本上避开单纯的电液伺服阀的固有缺陷。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于针对现有液压机器人及控制方法的控制精度不足的问题，提供了一种数字
‑
模拟混合阀控液压机器人系统。采用液压摆缸作为6自由度机械臂各关节转动的执行元件，以电液伺服阀和高速开关阀同时对旋转液压缸进行控制。
[0011]为是实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案来实现：
[0012]一种数字
‑
模拟混合阀控液压机器人系统，包括机器人机械本体、动力系统和传感器检测及控制系统；
[0013]机器人机械本体包括机器人基座，安装在机器人基座上的机器人腰部部件，安装在机器人腰部部件上的1号关节液压缸和2号关节液压缸、机器人大臂部件和机器人中臂部件，安装在机器人中臂部件上的3号关节液压缸、4号关节液压缸和机器人小臂部件，安装在机器人小臂部件上的5号关节液压缸和机器人手腕部件，以及安装在机器人手腕部件上的6号关节液压缸和机器人末端法兰部件；
[0014]所述机器人腰部部件的底部圆盘与机器人基座以转动副连接；所述机器人大臂部件的后端与机器人腰部部件的上方以转动副连接；所述机器人中臂部件的后端与机器人大臂部件的前端以转动副连接；所述机器人小臂部件的后端与机器人大臂部件的前端以转动副连接，该转动副轴线方向与机器人小臂部件长度方向平行；所述机器人手腕部件与机器人小臂部件的前端以转动副链接，实现俯仰转动自由度；所述机器人末端法兰部件与机器人手腕部件中心处以转动副连接；
[0015]动力系统用于为机器人机械本体提供动力源，传感器检测及控制系统用于分别检测六个液压缸的转角，并分别控制六个液压缸动作。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，机器人腰部部件与机器人基座之间的转动副，由1号关节液压缸直接驱动其转动；机器人大臂部件与机器人腰部部件之间的转动副，由2号关节液压缸直接驱动其转动；所述机器人中臂部件与机器人大臂部件之间的转动副，通过3号关节液压缸直接驱动其转动；所述机器人小臂部件与机器人中臂部件之间的转动副，通过4号关节液压缸直接驱动其转动；所述机器人手腕部件与机器人小臂部件之间的转动副，通过5号关节液压缸经过传动机构驱动其转动；所述机器人末端法兰部件与机器人手腕部件之间的转动副，通过6号关节液压缸直接驱动其转动。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，动力系统包括潜油泵和数字
‑
模拟混合阀控系统；所述
潜油泵为机器人机械本体的动力源；数字
‑
模拟混合阀控系统分别连接至1号关节液压缸、2号关节液压缸、3号关节液压缸、4号关节液压缸、5号关节液压缸和6号关节液压缸，为各个液压缸提供动力源。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，数字
‑
模拟混合阀控系统由电液伺服阀和流量比例为1:2:4:8的高速开关阀组成，以一个电液伺服阀和4个高速开关阀为一组，共计六组。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，传感器检测及控制系统包括角位移传感器和计算机控制系统，角位移传感器分别安装在所述机器人机械本体的六个液压缸上，实时检测六个液压缸的转角，计算机控制系统用于接收六个角位移传感器测得的转角，接收控制指令，对机器人末端位姿进行运动学正逆解运算，进而控制所述的数字
‑
模拟混合阀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字
‑
模拟混合阀控液压机器人系统，其特征在于，包括机器人机械本体(1)、动力系统和传感器检测及控制系统；机器人机械本体(1)包括机器人基座(110)，安装在机器人基座(110)上的机器人腰部部件(120)，安装在机器人腰部部件(120)上的1号关节液压缸(121)和2号关节液压缸(122)、机器人大臂部件(130)和机器人中臂部件(140)，安装在机器人中臂部件(140)上的3号关节液压缸(141)、4号关节液压缸(142)和机器人小臂部件(150)，安装在机器人小臂部件(150)上的5号关节液压缸(151)和机器人手腕部件(160)，以及安装在机器人手腕部件(160)上的6号关节液压缸(161)和机器人末端法兰部件(170)；所述机器人腰部部件(120)的底部圆盘与机器人基座(110)以转动副连接；所述机器人大臂部件(130)的后端与机器人腰部部件(120)的上方以转动副连接；所述机器人中臂部件(140)的后端与机器人大臂部件(130)的前端以转动副连接；所述机器人小臂部件(150)的后端与机器人大臂部件(130)的前端以转动副连接，该转动副轴线方向与机器人小臂部件(150)长度方向平行；所述机器人手腕部件(160)与机器人小臂部件(150)的前端以转动副链接，实现俯仰转动自由度；所述机器人末端法兰部件(170)与机器人手腕部件(160)中心处以转动副连接；动力系统用于为机器人机械本体(1)提供动力源，传感器检测及控制系统用于分别检测六个液压缸的转角，并分别控制六个液压缸动作。2.根据权利要求1所述的所述一种数字
‑
模拟混合阀控液压机器人系统，其特征在于，机器人腰部部件(120)与机器人基座(110)之间的转动副，由1号关节液压缸(121)直接驱动其转动；机器人大臂部件(130)与机器人腰部部件(120)之间的转动副，由2号关节液压缸(122)直接驱动其转动；所述机器人中臂部件(140)与机器人大臂部件(130)之间的转动副，通过3号关节液压缸(141)直接驱动其转动；所述机器人小臂部件(150)与机器人中臂(140)部件之间的转动副，通过4号关节液压缸(142)直接驱动其转动；所述机器人手腕部件(160)与机器人小臂(15...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海波，陈家豪，刘旭阳，沈翁炀，薛海洋，温利涛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：