本发明专利技术公开了一种输出功率可调的液压机器人储能装置，该储能装置包括储能装置头部、油侧外壳、气侧外壳、可变面积活塞、柔性隔膜、柔性薄膜压力传感器、电磁开关阀、气体压力调节活塞、密封组件和储能装置底部。可变面积活塞和柔性隔膜的设计使得在气体压力变化的情况下保持储能装置输出功率恒定，消除由于存储能量变化而导致的储能系统输出功率变化。储能装置能够调节预充压力，进一步改变恒定输出功率的值。储能装置能够适应变化工况，改善了传统装置结构参数固定的缺陷。本发明专利技术通过对可变面积活塞和柔性隔膜接触面积的检测实现对可变面积活塞的位置检测，输出功率可调储能装置应用于高性能伺服液压机器人等，具有重要的工程实际意义。程实际意义。程实际意义。
【技术实现步骤摘要】
一种输出功率可调的液压机器人储能装置
[0001]本专利技术涉及液压系统的辅助装置领域，尤其涉及一种输出功率可调的液压机器人储能装置。
技术介绍
[0002]液压机器人的运动特性多样，在实际运行中存在多种工况，流量脉动较大，需要设置储能装置来辅助液压泵短时间内供油，减小脉动，吸收系统的压力变化，补偿系统所需功率，提高系统能量效率。液压油是不可压缩液体，因此利用液压油是无法蓄积压力能的，必须依靠其他介质来转换、蓄积压力能。液压机器人的储能装置在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统，当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，保证整个系统压力正常。
[0003]气体式储能装置是一种能量效率较高的储能装置，其以波义尔定律为基础，通过压缩气体完成能量转化，使用时首先向储能装置充入预定压力的气体。当系统压力超过储能装置内部压力时，油液压缩气体，将油液中的压力转化为气体内能；当系统压力低于储能装置内部压力时，储能装置中的油在高压气体的作用下流向外部系统，释放能量。
[0004]传统的储能装置存在着储能能力有限、系统工况与固定工作模式被动匹配等问题，具体表现在：储能装置是被动工作的，结构参数固定，一旦储能装置的气室充入初始压力，它们的功能就不能改变，对多变工况的适应性差。此外，它们的输出流量和输出流量是耦合的，这不仅增加了液压系统的控制复杂性，而且限制了其应用。与此同时，传统储能装置在输出功率过程中，由于存储能量的变化会导致液压系统压力变化，具体表现为气室体积的增加会直接导致储能装置输出压力的下降，进一步使得储能装置的输出功率发生变化，出现输出功率不稳定的现象。因此，传统储能装置只能被动地与主系统相匹配，而作为辅助能量补充装置使用。上述问题的存在，限制了液压机器人储能装置的工业实际应用，是急需本领域的技术人员解决的问题。
技术实现思路
[0005]针对现有技术中所存在的问题，本专利技术提出了一种输出功率可调的液压机器人储能装置，在液压系统中起着储存能量、恒定输出功率、输出功率可调、减少压力脉动的作用。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种输出功率可调的液压机器人储能装置，该储能装置包括可变面积活塞、柔性隔膜、以及工作压力油腔、工作氮气气室和气体压力调节气室；所述工作氮气气室用于提供储能和释能的压缩气体，工作氮气气室一端通过电磁开关阀与气体压力调节气室之间相隔，另一端通过柔性隔膜与可变面积活塞一端相配合；所述可变面积活塞另一端为工作压力油腔；所述工作压力油腔的腔壁上具有螺旋沟槽；所述可变面积活塞包括活塞叶片和旋转圆盘，所述活塞叶片表面设置有凸台结构，安装于旋转圆盘上；所述旋转圆盘外表面设置有伸出滑块，滑块与工作压力油腔腔壁的螺旋
沟槽滑动连接；通过活塞叶片的打开和闭合改变与柔性隔膜的接触面积，在气体压力变化的情况下保持液压机器人储能装置的输出功率恒定。
[0007]进一步地，所述液压机器人储能装置还包括储能装置头部、储能装置油侧外壳、储能装置气侧外壳和储能装置底部，所述储能装置油侧外壳与所述柔性隔膜、所述储能装置气侧外壳固定连接，与储能装置头部、储能装置底部共同构成完整的储能装置壳体；所述储能装置油侧外壳、储能装置头部和可变面积活塞构成工作压力油腔；所述储能装置气侧外壳、电磁开关阀和储能装置底部构成气体压力调节气室；所述储能装置气侧外壳、电磁开关阀和柔性隔膜构成工作氮气气室。
[0008]进一步地，所述储能装置气侧外壳轴向中段处设置有充气口和充气阀，作为通入氮气的通道。
[0009]进一步地，所述储能装置头部和储能装置底部分别密封连接于液压机器人储能装置两端，所述储能装置头部和储能装置底部分别开有油口，作为储能装置工作油液的进出油口。
[0010]进一步地，所述可变面积活塞还包括活塞外壳、活塞端盖、活塞支撑座；所述活塞外壳和活塞端盖通过连接件固定连接在一起，所述活塞支撑座与旋转圆盘通过凹槽结构固定连接。
[0011]进一步地，所述柔性隔膜是与可变面积活塞直接接触的柔性密封，由粘合的弹性材料和增强织物组成，所述柔性隔膜安装于储能装置油侧外壳与储能装置气侧外壳中间；所述柔性隔膜能够在工作氮气气室和可变面积活塞之间弯曲且能够贴在工作氮气气室壁面滚动。
[0012]进一步地，所述柔性隔膜上安装有柔性薄膜压力传感器，所述柔性薄膜压力传感器为柔性纳米功能材料，包括两层聚酯薄膜、一层纳米级压力传感元件和导电材料；所述柔性薄膜压力传感器在感知压力变化后电阻值发生变化，把隔膜接触压力的区域面积大小信号转换成相应变化强度的电信号输出；柔性薄膜压力传感器通过对可变面积活塞和柔性隔膜接触面积的检测能够直接转化为可变面积活塞的位置检测。
[0013]进一步地，所述电磁开关阀是分隔工作氮气气室和气体压力调节气室的微型电磁开关阀；所述电磁开关阀与所述储能装置气侧外壳固定连接；所述电磁开关阀处于开启状态时，工作氮气气室和气体压力调节气室的压力保持一致；所述电磁开关阀处于关闭状态时，工作氮气气室和气体压力调节气室的连接切断，形成各自气室的独立压力。
[0014]进一步地，所述储能装置气侧外壳内侧滑动连接有气体压力调节活塞，以实现气体压力调节气室的压力变化；储能装置能够通过气体压力调节活塞改变气体压力调节气室的压力，进而改变工作氮气气室的预充压力，使得恒定输出功率的值发生变化，实现输出功率可调。
[0015]进一步地，该储能装置还包括气体压力调节油腔，所述气体压力调节油腔内充有气体压力调节油液，气体压力调节油液推动气体压力调节活塞，压缩气体压力调节气室内的工作气体。
[0016]本专利技术的有益效果：（1）本专利技术创新地设计面积随行程变化的活塞和柔性隔膜，在气体压力变化的情况下保持储能系统输出功率恒定，消除了由于存储能量的变化而导致的储能系统输出功率
变化，实现输入功率与输出功率的解耦，有效避免影响其他系统出现功率脉动的现象。
[0017]（2）本专利技术在预充压力一定的情况下，输出功率恒定储能装置的能量密度比传统储能装置提高20%，同时避免了输出功率的浪费，改善了传统储能装置结构参数固定、功能单一的缺陷。
[0018]（3）柔性薄膜压力传感器通过对可变面积活塞和柔性隔膜接触面积的高灵敏度检测可以直接转化为可变面积活塞的位置检测，无需安装其他位置检测元件即可反馈活塞位置，且薄膜传感器具有快速动态响应，在正常操作期间没有摩擦干扰活塞轴向的位置变化。
[0019]（4）高压微型电磁开关阀对工作氮气气室和气体压力调节气室的压力进行有效控制，压力传感器有效读取气室内部气压数值，实现对储能装置预充压力的精准调节。
[0020]（5）储能装置可以通过气体压力调节功能改变预充压力，进一步使得恒定输出功率的值发生变化，实现输出功率可调。储能装置能够自动适应变化的工况，提高系统的性能，可以高精度地控制预充压力、输出流量、输出压力和输出功率等一系列参数。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种输出功率可调的液压机器人储能装置，其特征在于：该储能装置包括可变面积活塞、柔性隔膜、以及工作压力油腔、工作氮气气室和气体压力调节气室；所述工作氮气气室用于提供储能和释能的压缩气体，工作氮气气室一端通过电磁开关阀与气体压力调节气室之间相隔，另一端通过柔性隔膜与可变面积活塞一端相配合；所述可变面积活塞另一端为工作压力油腔；所述工作压力油腔的腔壁上具有螺旋沟槽；所述可变面积活塞包括活塞叶片和旋转圆盘，所述活塞叶片表面设置有凸台结构，安装于旋转圆盘上；所述旋转圆盘外表面设置有伸出滑块，滑块与工作压力油腔腔壁的螺旋沟槽滑动连接；通过活塞叶片的打开和闭合改变与柔性隔膜的接触面积，在气体压力变化的情况下保持液压机器人储能装置的输出功率恒定。2.根据权利要求1所述的一种输出功率可调的液压机器人储能装置，其特征在于：所述液压机器人储能装置还包括储能装置头部、储能装置油侧外壳、储能装置气侧外壳和储能装置底部，所述储能装置油侧外壳与所述柔性隔膜、所述储能装置气侧外壳固定连接，与储能装置头部、储能装置底部共同构成完整的储能装置壳体；所述储能装置油侧外壳、储能装置头部和可变面积活塞构成工作压力油腔；所述储能装置气侧外壳、电磁开关阀和储能装置底部构成气体压力调节气室；所述储能装置气侧外壳、电磁开关阀和柔性隔膜构成工作氮气气室。3.根据权利要求2所述的一种输出功率可调的液压机器人储能装置，其特征在于：所述储能装置气侧外壳轴向中段处设置有充气口和充气阀，作为通入氮气的通道。4.根据权利要求2所述的一种输出功率可调的液压机器人储能装置，其特征在于：所述储能装置头部和储能装置底部分别密封连接于液压机器人储能装置两端，所述储能装置头部和储能装置底部分别开有油口，作为储能装置工作油液的进出油口。5.根据权利要求1所述的一种输出功率可调的液压机器人储能装置，其特征在于：所述可变面积活塞还包括活塞外壳、活塞端盖、活塞支撑座；所述活塞外壳和活塞端盖通过连接件固定连接在一起，所述活塞...
【专利技术属性】
技术研发人员：张军辉，倪小昊，纵怀志，黄伟迪，徐兵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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