机器人液压动力系统技术方案

机器人液压动力系统，包括控制单元ECU，依次相连的启动电机、发动机和变量泵，所述变量泵的进油口通过粗滤与油箱相连，所述变量泵的出油口处设有第一压力传感器，所述变量泵的出油口处串联设有流量传感器、在负载的进油端并联有第二压力传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器和流量传感器将采集到的信号传输到控制单元ECU，所述控制单元ECU对动力系统的工作状态进行监测，同时对发动机转速和变量泵排量进行闭环控制，实现流量的精确供给和系统压力的精确控制。进一步地，所述变量泵的出油口处设有电控卸荷阀，所述变量泵的出油口通过单向止回阀与溢流阀和蓄能器并联。本实用新型专利技术能够有效利用能量，并能精确控制供油量。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及液压动力系统，特别涉及步行机器人的液压动力系统。
技术介绍
步行仿生机器人，具有常规平面地形下的高速移动特性和野外特殊地形下较强的适应性。步行机器人主要是面向野外环境，在具体设计过程中除了正常的行走功能外，还有背负有效载荷、行走里程等多方面的具体要求。由于液压驱动的结构紧凑、功率密度大、自适应性强，因此液压伺服驱动在该领域的应用与电驱动相比具有较大优势。为了满足机器人的多种设计要求液压伺服机构在工作过程中不仅要求液压源具有快速、稳定的特性，还要求液压源具备高功率密度(体积小、重量轻)、高效率的特点。因此，开发高度集成的液压动力系统为机器人的行走提供强有力的液压源是设计高性能步行机器人的一项关键技术。国外关于步行机器人的文献主要采用的是电池-电机驱动系统。中国专利文献 ZL200820157956. 2、C N101602382A.ZL03153505. 4公开的四足机器人结构也都是采用了电池-电机结构。电池-电机缺点在于功率密度低、续航能力差。中国专利CN 101811304A公开了一种四足机器人的液压驱动系统，该系统的动力部分采用了发动机结合定量泵的结构形式，除此之外在类似步行机器人的机器人结构中还有采用发动机加变量泵的结构，通过对变量泵的控制改变液压源的输出流量。以上采用的两种设计方案缺点如下第一种是发动机带动定量泵进行工作，这种结构的控制方法是通过调节发动机转速来实现不同的流量输出，这种方案的缺点在于发动机的转速变化范围较小，当伺服机构需要流量较小时，只能通过溢流来降低系统的压力，这样就造成了能量的浪费，在机器人低速运动时能耗较高，同时浪费的能量转化为热量需要通过散热器进行散热，增大了系统的散热负担。第二种设计方案是采用发动机带动变量泵进行工作，通过对变量泵排量的控制， 实现对系统流量的调节，实现定压变流量的调节。这种方案的缺点在于虽然通过变量泵实现了流量的调节，但是当机器人处于低速运动时，发动机处于高转速、低扭矩的工作状态， 燃料无法充分燃烧造成发动机的耗油量较大，同时变量泵处于较低排量时的工作效率也较低，消耗的能量一定程度上也会加重散热系统的负担。
技术实现思路
本技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种机器人液压动力系统，本技术能够有效利用能量，并能精确控制供油量。本技术的技术解决方案是机器人液压动力系统，包括控制单元ECU，依次相连的启动电机、发动机和变量泵，所述变量泵的进油口通过粗滤与油箱相连，所述变量泵的出油口处设有第一压力传感器，所述变量泵的出油口处串联设有流量传感器、在负载的进油端并联设有第二压力传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器和流量传感器将采集到的信号传输到控制单元ECU，所述控制单元ECU对动力系统的工作状态进行监测，同时对发动机转速和变量泵排量进行闭环控制，实现流量的精确供给。进一步地，所述变量泵的出油口通过单向止回阀与蓄能器并联。进一步地，所述变量泵的出油口还通过所述单向止回阀与溢流阀并联。 进一步地，所述变量泵的出油口处设有电控卸荷阀。优选地，所述变量泵为柱塞式变量泵。所述控制单元ECU采集变量泵的斜盘倾角传感器的信号，通过对变量泵比例阀的控制实现对变量泵排量的闭环控制。所述控制单元ECU采集发动机的转速传感器的信号，通过对发动机电子节气门的控制实现对发动机转速的闭环控制。优选地，所述控制单元E⑶通过can总线与机器人的其它系统通信。本技术与现有技术相比具有如下优点(1)本技术动力系统的核心部件包括发动机、变量泵和控制单元ECU。启动电机、发动机和变量泵依次相连，动力系统启动时，由启动电机带动发动机旋转，发动机再带动变量泵转动，所述变量泵的进油口通过粗滤与油箱相连，所述变量泵的出油口处设有第一压力传感器，所述变量泵的出油口处串联设有流量传感器、并联设有第二压力传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器和流量传感器将采集到的信号传输到控制单元ECU，所述控制单元ECU对动力系统的工作状态进行监测，通过对变量泵的排量和发动机的转速进行双参数闭环控制，在动力系统工作过程中合理地匹配发动机和变量泵的工作点，达到提高二者工作效率的目的；此结构设计能够使本技术在保证精确控制供油量的前提下， 提高动力系统的工作效率、降低燃油消耗。(2)本技术变量泵的出油口通过单向止回阀与蓄能器并联，蓄能器能够对系统的瞬态流量进行补充，提高动力系统的动态响应能力，增加系统的瞬时流量。(3)本技术变量泵的出油口通过单向止回阀与溢流阀并联，溢流阀起到安全溢流的作用，保证系统处于最大输出压力以下。(4)本技术采用启动电机和电控卸荷阀配合工作，实现动力系统的电启动和快速卸荷，在发动机怠速工况下，卸荷阀可以有效降低变量泵出油口的压力有利于提高变量泵的寿命。(5)本技术采用独立的控制单元ECU实现智能控制。附图说明图1是根据本技术的机器人液压动力系统原理示意图。图2是根据本技术的控制单元E⑶原理框图。图3是机器人液压动力系统在恒流源模式下的工作原理图。图4是机器人液压动力系统在恒压源模式下的工作原理图。图号说明1-启动电机，2-发动机，3-发动机的电子节气门，4-发动机的转速传感器，5-控制单元ECU，6-轴向柱塞变量泵，7-变量泵的比例阀，8-变量泵的斜盘倾角传感器， 9-电控卸荷阀，10-第一压力传感器，11-单向止回阀，12-蓄能器，13-流量传感器，14-第二压力传感器，15-精滤，16-散热器，17-油箱，18-溢流阀，19-粗滤。具体实施方式以下将结合附图对本技术的具体实施方式进行说明。如图1所示，根据本技术的机器人液压动力系统，包括控制单元(ECU)5，依次相连的启动电机1、发动机2和变量泵6，所述变量泵的进油口通过粗滤19与油箱17相连， 所述变量泵的出油口处并联有第一压力传感器10，所述变量泵的出油口处串联设有流量传感器13、负载供油端并联设有第二压力传感器14，所述第一压力传感器、第二压力传感器和流量传感器将采集到的信号传输到控制单元ECU，所述控制单元ECU对动力系统的工作状态进行监测，同时对发动机转速和变量泵排量进行闭环控制，实现流量的精确供给。启动电机1与发动机2直接连接，动力系统启动时，由启动电机1带动发动机2旋转。发动机2与变量泵6相连，带动变量泵6转动。在系统启动时，在控制单元(ECU)5的控制下，电控卸荷阀通电卸荷、变量泵排量调节为0。这样发动机可以在无负载的条件下启动，有效地降低发动机启动时的阻力矩。实施例中发动机采用汽油发动机(当然柴油发动机也可以)，变量泵采用柱塞式变量泵(其它变量泵也行，只是采用柱塞式变量泵的好处是运转平稳，流量均勻性好，噪声低，工作压力高，有利于提高系统的功率密度，发动机优选转速不小于7000r/min的，变量泵优选转速不小于6000r/min的，采用高转速的好处是可以降低系统的体积和重量，提高系统的功率密度。该动力系统中发动机2、变量泵6和控制单元5是核心部件，控制单元ECU同时对发动机转速和变量泵排量进行控制，实现流量的精确供给。控制单元5采集发动机的转速传感器4的信号，通过对发动机电子节气门3的控制实现对发动机转速的闭环控制；控制单元5采集变量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘西侠，金毅，刘维平，
申请(专利权)人：中国人民解放军装甲兵工程学院，
类型：实用新型
国别省市：