一种机器人液压转动关节控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种机器人液压转动关节控制系统和控制方法，系统包括：液压转动关节；位置反馈单元，设置于液压转动关节上；第一电磁开关阀和第二电磁开关阀；直流电机；定排量双向柱塞泵；增压油箱；比例溢流阀；控制器，包括四个分别与直流电机、第一压力反馈单元、第二压力反馈单元、位置反馈单元连接的控制信号输入端，和四个分别与直流电机、比例溢流阀、第一电磁开关阀、第二电磁开关阀连接的控制信号输出端；上位机，与控制器连接。本发明专利技术采用与液压转动关节连接的独立的两个电磁开关阀，模块解耦，控制协调，维护成本占优。维护成本占优。维护成本占优。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人液压转动关节控制系统和控制方法


[0001]本专利技术涉及一种机器人液压转动关节控制系统和控制方法。

技术介绍

[0002]液压转动关节是机器人关节中较为常用的一种，其由于具有承受载荷大、功率密度高、重量轻等优点而被广泛应用于各种工业机器人和机械臂中。液压转动关节在运动过程中产生振动和冲击，静态保持时受到负载波动、承载变化影响，降低机器人的运动精度和寿命，传统的流量位置控制方法难以满足保障其良好的承载能力与运行稳定性。因此，需要研发新的液压转动关节控制系统及其控制方法。
[0003]现有技术在液压转动关节结构设计和控制方法上取得了相应提高，运转平稳性的解决方法多以闭环控制策略及其改进方法为主。液压转动关节内部的压力则是影响液压转动关节的运行状态以及承载能力的重要因素之一。液压转动关节内部压力的大小与液压系统中的流量、压力变化等因素有关，如果压力不足，可能会导致关节失去稳定性；而如果压力过高，可能会导致系统损耗增大。现有技术并未就油口独立设置、角度位置控制及定位后的抗负载波动提出良好的系统设计及控制策略。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种机器人液压转动关节控制系统和控制方法。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]本专利技术的第一方面，提供一种机器人液压转动关节控制系统，包括：
[0007]液压转动关节；
[0008]位置反馈单元，设置于液压转动关节上；
[0009]第一电磁开关阀和第二电磁开关阀，分别与液压转动关节的第一进回油口和液压转动关节的第二进回油口连接，液压转动关节的第一进回油口上还设置有第一压力反馈单元，液压转动关节的第二进回油口上还设置有第二压力反馈单元；
[0010]直流电机；
[0011]定排量双向柱塞泵，定排量双向柱塞泵的驱动端与直流电机连接，定排量双向柱塞泵的第一进回油口与第一电磁开关阀连接，定排量双向柱塞泵的第二进回油口与第二电磁开关阀连接；
[0012]增压油箱，通过第一单向阀与定排量双向柱塞泵的第一进回油口连接，同时通过第二单向阀与定排量双向柱塞泵的第二进回油口连接；
[0013]比例溢流阀，通过梭阀的第一端与定排量双向柱塞泵的第一进回油口连接，同时通过梭阀的第二端与定排量双向柱塞泵的第二进回油口连接；
[0014]控制器，包括四个分别与直流电机、第一压力反馈单元、第二压力反馈单元、位置反馈单元连接的控制信号输入端，和四个分别与直流电机、比例溢流阀、第一电磁开关阀、
第二电磁开关阀连接的控制信号输出端；
[0015]上位机，与所述控制器连接。
[0016]进一步地，所述控制器还包括通讯接口，控制器通过通讯接口与上位机连接。
[0017]本专利技术的第二方面，提供采用所述的一种机器人液压转动关节控制系统的控制方法包括液压转动关节转动控制步骤、在液压转动关节转动控制步骤完成后的位置保持阶段执行的液压转动关节压力保持控制步骤；所述液压转动关节压力保持控制步骤包括以下子步骤：
[0018]判断静态负载作用段，当液压转动关节位置保持时，若负载为垂直向下的负载惯量，液压转动关节的第二进回油口为正向负载，此时比例溢流阀的溢流压力设定值P
_d
为回路段压力值P2加上压力值上偏值Pes，其中，回路段压力值P2通过第二压力反馈单元得到，压力值上偏值Pes＝κΔp，κ为增益系数，Δp值为压差，即第一压力反馈单元的压力值减去第二压力反馈单元的压力值；当液压转动关节位置保持时，若负载为垂直向上的负载惯量，设置相反；
[0019]开启正向负载作用段的电磁开关阀，负向负载作用段的电磁开关阀保持关闭，以定排量双向柱塞泵与正向负载作用段的电磁开关阀连通一侧为回油口设定电机旋转方向；直流电机闭环控制，封闭液压回路在比例溢流阀作用下，形成局部稳定值，当正向负载作用段的压力反馈单元达到比例溢流阀的溢流压力设定值P_
d
，关闭正向负载作用段电磁开关阀。
[0020]进一步地，所述液压转动关节转动控制步骤包括以下子步骤：
[0021]控制器接收上位机信号，包括液压转动关节的目标位置信息；
[0022]控制器读取位置反馈单元的位置反馈信号，通过与目标位置信息比较判断液压转动关节的旋转方向和角度，形成特定方向转动指令；
[0023]控制器分别向直流电机、比例溢流阀、第一电磁开关阀、第二电磁开关阀输出特定方向转动指令，进行控制操作；
[0024]当特定方向转动指令为顺时针方向转动指令时，所述控制操作包括：定排量双向柱塞泵在直流电机转动带动下，增压油箱通过第二单向阀向作为进油口的定排量双向柱塞泵的第二进回油口提供油源及初始压力，作为回油口的定排量双向柱塞泵的第一进回油口流出流体；梭阀在油路通路压力作用下，第一端打开且第二端闭合，比例溢流阀的溢流压力设定值作用于定排量双向柱塞泵和第一电磁开关阀形成的通路；开启第一电磁开关阀和第二电磁开关阀，系统油路为定排量双向柱塞泵的第一进回油口、第一电磁开关阀、液压转动关节的第一进回油口、液压转动关节的第二进回油口、第二电磁开关阀、定排量双向柱塞泵的第二进回油口；当特定方向转动指令为逆时针方向转动指令时，操作相反；
[0025]当位置反馈单元的位置反馈信号与目标位置信息一致时，液压转动关节达到设定目标值，此时通过控制器同时关闭第一电磁开关阀和第二电磁开关阀，液压转动关节停止转动，完成位置闭环。
[0026]进一步地，在液压转动关节转动控制步骤中，比例溢流阀的溢流压力设定值设定为系统最大保护压力Pmax。
[0027]进一步地，在液压转动关节转动控制步骤中，在对液压转动关节的位置进行外环控制时，同时通过直流电机的转速进行内环控制，使得在不同负载及输出转矩下以平稳速
度运行。
[0028]本专利技术的有益效果是：
[0029](1)在本专利技术的一示例性实施例中，采用与液压转动关节连接的独立的两个电磁开关阀(即第一电磁开关阀、第二电磁开关阀)，模块解耦，控制协调，维护成本占优。
[0030](2)在本专利技术的一示例性实施例中，在位置控制完成后，依据控制指令需求，通过电磁开关阀的状态控制和比例溢流阀的设定，可调制液压转动关节正向负载段压力提高关节系统静态刚度以适应托举、抓取等旋转定位后抗负载波动、承载变化工况承载能力与运行稳定性需求。
[0031](3)在本专利技术的一示例性实施例中，采用双闭环控制，在不同输出转矩条件下实现运动控制平稳性及位置准确性。充分利用双向柱塞泵和电磁开关阀功能，通过闭环程序实现位置控制和压力保持控制的目的。
附图说明
[0032]图1为本专利技术一示例性实施例中提供的一种机器人液压转动关节控制系统的结构连接示意图；
[0033]图2为本专利技术一示例性实施例中提供的一种机器人液压转动关节控制系统的控制方法的流程图；
[0034]图3为本专利技术一示例性实施例中提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人液压转动关节控制系统，其特征在于：包括：液压转动关节；位置反馈单元，设置于液压转动关节上；第一电磁开关阀和第二电磁开关阀，分别与液压转动关节的第一进回油口和液压转动关节的第二进回油口连接，液压转动关节的第一进回油口上还设置有第一压力反馈单元，液压转动关节的第二进回油口上还设置有第二压力反馈单元；直流电机；定排量双向柱塞泵，定排量双向柱塞泵的驱动端与直流电机连接，定排量双向柱塞泵的第一进回油口与第一电磁开关阀连接，定排量双向柱塞泵的第二进回油口与第二电磁开关阀连接；增压油箱，通过第一单向阀与定排量双向柱塞泵的第一进回油口连接，同时通过第二单向阀与定排量双向柱塞泵的第二进回油口连接；比例溢流阀，通过梭阀的第一端与定排量双向柱塞泵的第一进回油口连接，同时通过梭阀的第二端与定排量双向柱塞泵的第二进回油口连接；控制器，包括四个分别与直流电机、第一压力反馈单元、第二压力反馈单元、位置反馈单元连接的控制信号输入端，和四个分别与直流电机、比例溢流阀、第一电磁开关阀、第二电磁开关阀连接的控制信号输出端；上位机，与所述控制器连接。2.根据权利要求1所述的一种机器人液压转动关节控制系统，其特征在于：所述控制器还包括通讯接口，控制器通过通讯接口与上位机连接。3.采用如权利要求1或2所述的一种机器人液压转动关节控制系统的控制方法，其特征在于：包括液压转动关节转动控制步骤、在液压转动关节转动控制步骤完成后的位置保持阶段执行的液压转动关节压力保持控制步骤；所述液压转动关节压力保持控制步骤包括以下子步骤：判断静态负载作用段，当液压转动关节位置保持时，若负载为垂直向下的负载惯量，液压转动关节的第二进回油口为正向负载，此时比例溢流阀的溢流压力设定值P
_d
为回路段压力值P2加上压力值上偏值Pes，其中，回路段压力值P2通过第二压力反馈单元得到，压力值上偏值Pes＝κΔp，κ为增益系数，Δp值为压差，即第一压力反馈单元的压力值减去第二压力反馈单元的压力值；当液压转动关节位置保持时，若负载为垂直向上的负载惯量，设置相反；开启正向负载作用段的电磁开关阀，负向负载作用段的电磁开关阀保持关闭，以定排量双向柱塞泵与正...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊杰，陈君辉，李柏宏，王嘉磊，司国雷，
申请(专利权)人：四川航天烽火伺服控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：