CN103233932A - 一种高集成性液压驱动单元结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高集成性液压驱动单元结构，它包括喷嘴挡板伺服阀、伺服缸、油路连接块、压力传感器、力传感器及位移传感器，所述的伺服缸为双出杆液压缸，其上安装喷嘴挡板伺服阀、油路连接块、两个压力传感器；伺服缸活塞杆前端安装力传感器，缸体与活塞杆安装位移传感器；伺服缸靠近伺服阀的缸筒一侧内部设有流道，以连通油路连接块、喷嘴挡板伺服阀、压力传感器和伺服缸两腔相应油口。本发明的一种高集成性液压驱动单元结构，可满足足式机器人关节运动的高响应高精度控制要求，而且结构紧凑，能集成多个传感检测元件实时检测液压驱动单元各状态量，并用以控制以提高液压驱动单元的鲁棒性。

Description

一种高集成性液压驱动单元结构

技术领域

本发明属于液压技术领域，涉及液压驱动型足式机器人关节运动的一种高集成性液压驱动单元结构。

背景技术

机器人按其行走方式可分三类：轮式机器人、履带式机器人及足式机器人。当工作环境为崎岖不平的山丘和沼泽时，足式机器人比其他两种类型的机器人活动更自如，因而更有优势。足式机器人的行走主要依靠关节运动来完成，为此人们研究了机器人关节运动的驱动方法。机器人关节运动的驱动方法共有三种：电力驱动、气压驱动和液压驱动。由于液压驱动有功重比高、推力大等优点，用液压驱动的足式机器人具有更为显著的优势，因此，研究驱动机器人关节运动的液压驱动方式变得尤为重要。

液压驱动机器人关节运动所采用的驱动方式一般为两种，其中一种是非集成式阀控缸控制。对于非集成式阀控缸控制，其主要缺点是：1.阀控缸存在管路及管接头较多，密封点较多，因而易出现接头损坏和泄漏故障；2.伺服阀与伺服缸之间的连接管路过长，降低了系统固有频率，导致多足机器人的动态响应变差，功率损失增加。鉴于上述缺点，国内外相关专利和论文也提出另一种驱动方法，即集成式阀控缸控制，也就是将阀控缸结构(也称为液压驱动单元结构)的伺服阀和伺服缸集成在一起，伺服缸缸体内加工相应油道，省去了外接的管路和接头体，但未能实现多传感检测元件的高度集成，限制了液压驱动单元的控制性能。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供一种高集成性液压驱动单元结构。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高集成性液压驱动单元结构，是由喷嘴挡板伺服阀、伺服缸、油路连接块、压力传感器、力传感器及位移传感器组成，喷嘴挡板伺服阀和油路连接块集成安装在伺服缸缸体的上部；

所述的伺服缸为双出杆液压缸，伺服缸与喷嘴挡板伺服阀联接处的缸体上设有径向流道C、流道D、流道E和流道Y，伺服缸与油路连接块联接处的缸体上设有径向流道G、流道H和流道J，伺服缸靠近喷嘴挡板伺服阀一侧的缸体内设有径向流道K及轴向流道L、流道M、流道N和流道Z；流道L分别与流道H和流道C连通，流道M分别与流道G和流道Y连通，流道N分别与流道J和流道D连通，流道Z分别与流道K和流道E连通；

所述的油路连接块上并列开设有：水平向进油/回油流道Q和进油/回油流道R，垂直向流道W和流道V，进油/回油流道Q和流道W连通，进油/回油流道R和流道V连通；

油路连接块的流道V与伺服缸缸体上的流道H连通，油路连接块的流道W与伺服缸缸体上的流道J连通；

所述的喷嘴挡板伺服阀上有进油口P、控制油口A、控制油口B和回油口T；

所述的压力传感器有两个，第一压力传感器置于伺服缸上靠近喷嘴挡板伺服阀一侧，第二压力传感器置于伺服缸缸盖一侧；力传感器安装在伺服缸活塞杆的前端；位移传感器一端固定在与力传感器同侧的伺服缸活塞杆上，另一端固定在伺服缸缸体上。

压力传感器、力传感器和位移传感器配合使用，实时检测液压驱动单元的外负载力、两腔压力、位移、速度等状态量，采用状态反馈在线修正控制器参数，以提高液压驱动单元的控制性能。

由于采用上述技术方案，本发明的一种高集成性液压驱动单元结构，可满足足式机器人关节运动的高响应高精度控制要求，而且结构紧凑，能集成多个传感检测元件实时检测液压驱动单元各状态量，并用以控制以提高液压驱动单元的鲁棒性。

本发明提供的一种高集成性液压驱动单元结构与现有技术相比，具有这样的有益效果：

1、由于喷嘴挡板伺服阀、压力传感器、力传感器和位移传感器均直接集成在伺服缸上，因此该液压驱动单元实现了多元器件的高密度集成，体积小、重量轻，并且伺服阀与伺服缸间无外接管路，降低了足式机器人管路接头损坏和泄漏故障发生率，使关节运动的动态响应得到了提高；

2、由于与多传感检测元件配合使用，液压驱动单元动态过程的状态量可实时检测，采用状态反馈在线修正控制器中的控制参数，提高了液压驱动单元的控制性能和鲁棒性。

附图说明

图1是本发明液压驱动单元结构三维装配图；

图2是本发明液压驱动单元结构装配图；

图3是伺服缸缸体俯视图；

图4是伺服缸缸体(去缸盖)左视图；

图5是油路连接块在图2中A-A向剖视图；

图6是本发明液压驱动单元结构原理图；

图7是本发明液压驱动单元结构控制方法示意图。

图中：1、油路连接块，2、喷嘴挡板伺服阀，3、固定油路连接块用螺钉的螺孔，4、流道G，5、流道H，6、固定伺服阀用螺钉的螺孔，7、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、固定缸盖用螺钉的螺孔，17、流道Z，18、伺服缸，19、位移传感器，20、力传感器，21、压力传感器，22、流道Q，23、流道R，24、缸盖，25、伺服缸活塞杆，26、流道V，27、流道W。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1-2所示，一种高集成性液压驱动单元结构，是由喷嘴挡板伺服阀2、伺服缸18、油路连接块1、压力传感器21、力传感器20及位移传感器19组成，喷嘴挡板伺服阀2和油路连接块1并列安装在伺服缸18缸体的上部；

如图3-4所示，所述的伺服缸18为双出杆液压缸，伺服缸18与喷嘴挡板伺服阀2联接处的的缸体上设有径向流道C7、流道D10、流道E9和流道Y11，伺服缸18与油路连接块1联接处的的缸体上设有径向流道G4、流道H5、流道J12，伺服缸18靠近喷嘴挡板伺服阀一侧的缸体内设有径向流道K8及轴向流道L13、流道M14、流道N15和流道Z17；流道L13分别与流道H5和流道C7连通，流道M14分别与流道G4和流道Y11连通，流道N15分别与流道J12和流道D10连通，流道Z17分别与流道K8和流道E9连通；

如图5所示，所述的油路连接块1上并列开设有：水平向进油/回油流道Q22和进油/回油流道R23，垂直向流道W27和流道V26，进油/回油流道Q22和流道W27连通，进油/回油流道R23和流道V26连通；

如图1、3、5、6所示，油路连接块1的流道V26与伺服缸18缸体上的流道H5连通，油路连接块1的流道W27与伺服缸18缸体上的流道J12连通；所述的喷嘴挡板伺服阀2上有控制油口A和控制油口B；

如图1-2所示，高集成性液压驱动单元结构放置两个压力传感器21，用于检测伺服缸18两腔油液压力。其中一个放置在伺服缸靠近喷嘴挡板伺服阀2一端，即流道K8内，另一个放置缸盖24上，与流道M14连通；力传感器20安装固定在伺服缸活塞杆25一端；位移传感器19一端固定在与力传感器20同侧的伺服缸活塞杆25上，另一端安装固定在伺服缸18缸体上。

如图6-7所示，外界输入偏差信号经控制器、喷嘴挡板伺服阀2放大板输出控制信号，控制喷嘴挡板伺服阀2，进而控制伺服缸18的输出位移，从而实现足式机器人的关节驱动。力传感器20用于检测伺服缸18所受外负载力，一方面可实现液压驱动单元的力闭环控制，另一方面，可实时检测外负载力变化特性；位移传感器19用于检测伺服缸18的输出位移信号，将其送回输入端与初始输入位移信号作比较，将得到的偏差信号输入控制器中，可实现液压驱动单元的位移闭环控制，并与力传感器20检测的外负载力信号、伺服缸两腔的微型压力传感器21检测的压力信号配合，通过观测液压驱动单元涉及的状态量变化特性，经相应控制算法计算，在线修正控制器内控制参数，以提高液压驱动单元在位移、速度、载荷谱及两腔压力变化情况下的控制鲁棒性。

本发明的工作流程如下：

(1)液压驱动单元伸出运动

进油：系统油液经由进油管道和油路连接块1上的流道R23，由流道H5流入，再经伺服缸18缸体内的流道L13流至与喷嘴挡板伺服阀2进油口P相对应的流道C7。油液流经喷嘴挡板伺服阀2，从喷嘴挡板伺服阀2工作油口A对应的伺服缸缸体内流道Y11，经伺服缸18缸体内的流道M14和流道G4最终进入伺服缸18左腔。

回油：油液由伺服缸18右腔流出，经流道K8和流道Z17流至与喷嘴挡板伺服阀2工作油口B对应的流道E9，再经由喷嘴挡板伺服阀2从流道D10流出，通过流道N15和流道J12回到油路连接块1中，最后经回油流道Q22及与其相连的回油管路回油，完成液压驱动单元的伸出运动。

(2)液压驱动单元缩回运动

进油：系统油液经由进油管路和油路连接块1中的流道R23，由流道H5流入，再经伺服缸18缸体内的流道L13流至与喷嘴挡板伺服阀2进油口P相对应的流道C7。油液流经喷嘴挡板伺服阀2，从喷嘴挡板伺服阀2工作油口B对应的伺服缸缸体内流道E9，经伺服缸18缸体内的流道Z17和流道K8最终进入伺服缸18右腔。

回油：油液由伺服缸18左腔流出，经流道G4沿流道M14流至与喷嘴挡板伺服阀2工作油口A对应的流道Y11，再经由喷嘴挡板伺服阀2从流道D10流出，通过流道N15和流道J12回到油路连接块1，最后经回油流道Q22及与其相连的回油管路回油，完成液压驱动单元的缩回运动。

Claims (1)

1.一种高集成性液压驱动单元结构，是由喷嘴挡板伺服阀、伺服缸、油路连接块、压力传感器、力传感器及位移传感器组成，喷嘴挡板伺服阀和油路连接块集成安装在伺服缸缸体的上部，其特征在于：

所述的伺服缸为双出杆液压缸，其上安装伺服阀、油路连接块和压力传感器；伺服缸与喷嘴挡板伺服阀联接处的缸体上设有径向流道C、流道D、流道E和流道Y，伺服缸与油路连接块联接处的缸体上设有径向流道G、流道H和流道J，伺服缸靠近喷嘴挡板伺服阀一侧的缸体内设有径向流道K及轴向流道L、流道M、流道N和流道Z；流道L分别与流道H和流道C连通，流道M分别与流道G和流道Y连通，流道N分别与流道J和流道D连通，流道Z分别与流道K和流道E连通；

所述的油路连接块上并列开设有：水平向进油/回油流道Q和进油/回油流道R，垂直向流道W和流道V，进油/回油流道Q和流道W连通，进油/回油流道R和流道V连通；

油路连接块的流道V与伺服缸缸体上的流道H连通，油路连接块的流道W与伺服缸缸体上的流道J连通；

所述的压力传感器有两个，第一压力传感器置于伺服缸上靠近喷嘴挡板伺服阀一侧，第二压力传感器置于伺服缸缸盖一侧；力传感器安装在伺服缸活塞杆的前端；位移传感器一端固定在与力传感器同侧的伺服缸活塞杆上，另一端固定在伺服缸缸体上。

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