CN103846904A

CN103846904A - 一种用于控制水下液压机械手的伺服阀箱

Info

Publication number: CN103846904A
Application number: CN201210506307.XA
Authority: CN
Inventors: 张奇峰; 曲风杰; 霍良青; 张竺英; 孙斌
Original assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Current assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明属于水下机器人工程领域，具体地说是一种用于控制水下液压机械手的伺服阀箱，在伺服阀箱盖罩着的伺服阀箱体的上表面装有电磁阀、控制器和多个锁阀以及安装在锁阀上的伺服阀，电磁阀穿过伺服阀箱体与外部液压源相连，各锁阀穿过伺服阀箱体分别与机械手各关节液压执行器连通，电磁阀、伺服阀与控制器的驱动端子连接，控制器的信号采集端子由伺服阀箱体穿出接至机械手的关节位置传感器，控制器通过水密接插件与外部通信；每个伺服阀进油口和回油口通过伺服阀箱体内部液压油路并联于进油管接头及回油管接头之间。本发明具有结构紧凑、便于装配、扩展灵活、安全性高等优点。

Description

一种用于控制水下液压机械手的伺服阀箱

技术领域

本发明属于水下机器人工程领域，具体地说是一种用于控制水下液压机械手的伺服阀箱。

背景技术

在深海环境中，机械手要在高压环境下进行作业，液压机械手系统必须能实现对环境压力的自动平衡补偿，同时要求重量功率比和重量扭矩比小，单位能量密度大，能在较大范围内实现与外界作业特性匹配。因此，以液压源驱动的多关节机械手已成为水下工作站、深海潜水器等装备的主要作业工具。然而，要始终保持液压机械手良好的作业性能，如何配置和保护机械手的液压系统和电控系统就显得尤为重要。一方面要满足实时调控机械手各关节动力特性；另一方面系统结构要紧凑，减少外部管线的配置，降低水下系统出现外部故障的可能性，同时要避免海水渗透对内部电子设备损坏。

发明内容

为了使液压机械手系统适应不同的作业水深，本发明的目的在于提供一种用于控制水下液压机械手的伺服阀箱，满足水下液压机械手海洋作业的要求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括伺服阀箱盖、伺服阀箱体、锁阀、电磁阀、伺服阀及控制器，其中伺服阀箱盖密封安装在伺服阀箱体上，由伺服阀箱盖罩住的伺服阀箱体上表面分别安装有电磁阀、控制器及多个锁阀，每个锁阀上分别串联有一个伺服阀；所述伺服阀箱体外表面的前后两侧分别设有多个铰接管接头，每个锁阀对应一个铰接管接头，进油管接头和回油管接头分别设置在伺服阀箱体外表面的前后两侧，水密接插件与走线管接头则分别设置在伺服阀箱体外表面的左右两侧；所述电磁阀的进油口通过进油管接头与外部液压源相连，出油口通过伺服阀箱体内部的液压油路分别与各锁阀相连通，各锁阀的一端面分别通过相对应的铰接管接头与机械手各关节液压执行器连通，各锁阀的另一端面分别与各自对应的伺服阀串联，各锁阀的回油分别通过伺服阀箱体内部的液压油路接至回油管接头；所述电磁阀及每个伺服阀分别与控制器相连，液压机械手的各关节位置传感器信号线分别通过走线接头穿入伺服阀箱体内、并接至控制器。

其中：所述伺服阀箱体上表面靠近水密接插件的一端开设有第一盲孔，伺服阀箱体外表面安装进油管接头的一侧还设有补偿油管接头，该补偿油管接头通过所述第一盲孔与伺服阀箱盖和伺服阀箱体之间的密封空间相通，将补偿油引入所述密封空间内；所述进油管接头及回油管接头与锁阀相连通的伺服阀箱体内部的液压油路通过工艺孔实现，铰接管接头通过伺服阀箱体内部的工艺孔与锁阀和伺服阀串联相通，形成独立的走油通道；所述工艺孔通过密封螺钉封堵；所述伺服阀箱体上表面靠近水密接插件的一端开设有第一盲孔，靠近走线接头的另一端开设有多个第二盲孔；所述控制器通过第二盲孔经走线接头将信号线引向机械手的关节位置传感器，通过第一盲孔与水密接插件相通、与外界进行信息交互；所述伺服阀箱体的上表面设有环形的密封槽，该密封槽内容置有O形密封圈，伺服阀箱盖和伺服阀箱体通过所述O形密封圈密封结合，并由螺钉6紧固；所述电磁阀与各锁阀相连通的用于进油的液压油路与各锁阀与回油管接头相连通的用于回油的液压油路上下设置，用于进油的液压油路位于用于回油的液压油路的上方。

本发明的优点与积极效果为：

1．结构紧凑。本发明在箱体内通过工艺孔配置机械手液压回路，每个关节的锁阀设计成独立模块，布局紧凑，极大节省了因布置管线需要的额外空间。

2．装配灵活，便于扩展。本发明箱体留有扩展孔，锁阀拆装灵活，伺服阀可以和锁阀组合使用，又可以拆除锁阀后单独使用；

3．安全性高。本发明采用箱体内部通油和走线，避免了多管线的交叉缠绕，减少了水下系统出现故障的可能性；盖壳体内充满液压补偿油，不仅能使自身适应不同的工作水深，而且还对箱内液压元件及电子设备进行了有效保护。此外，箱盖与阀箱体结合面采用O形密封圈紧密贴合，有效防止了海水的渗漏。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为图1中去掉伺服阀箱盖及螺钉后的俯视图；

图3为图1的左视图；

图4为本发明锁阀安装孔位局部视图；

图5为图1中去掉伺服阀箱盖后的右视图；

图6为本发明的液压系统原理图；

其中：1为伺服阀箱盖，2为伺服阀箱体，3为O形密封圈，4为锁阀，5为铰接管接头，6为螺钉，7为电磁阀，8为走线接头，9为水密接插件，10为补偿油管接头，11为控制器，12为伺服阀，13为回油管接头，14为进油管接头，15为密封螺钉，16为第一盲孔，17为第二盲孔，18为密封槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示，本发明包括伺服阀箱盖1、伺服阀箱体2、锁阀4、电磁阀7、伺服阀12及控制器11，伺服阀箱盖1和伺服阀箱体2由螺钉6固联为一体，在伺服阀箱体2的上表面设有环形的密封槽18，该密封槽18内置有O形密封圈3，伺服阀箱盖1和伺服阀箱体2通过该O形密封圈3将两者的结合面紧密贴合。电磁阀7固定在伺服阀箱体2的上表面，与进油管接头14相通，锁阀4固定在伺服阀箱体2上表面，与伺服阀箱体2外表面的前后侧壁上开设的铰接管接头5相通，并与机械手各关节液压执行器形成独立的走油通道。

如图2所示，伺服阀箱体2外表面的前后两侧面上分别布置有进油管接头14、补偿油管接头10和回油管接头13以及与机械臂联通的铰接管接头5，进油管接头14和补偿油管接头10布置在前侧，回油管接头13布置在后侧；伺服阀箱体2外表面的左右两侧面上分别布置有水密接插件9和多个走线接头8，水密接插件9布置在右侧，走线接头8布置在左侧。固接在伺服阀箱体2上的每个锁阀4的上表面布置有一个与锁阀4串联的伺服阀12，伺服阀12的数量与锁阀4的数量相同，本实施例均为七个。在伺服阀箱盖1罩住的伺服阀箱体2的上表面设有控制器11，该控制器11为现有技术，在控制器11的周围、靠近伺服阀箱体2上表面右侧设有一个第一盲孔16，在伺服阀箱体2上表面靠近左侧的部位开有多个第二盲孔17（本实施例设置了三个第二盲孔17），本实施例在伺服阀箱体2的左侧面设置了五个走线接头8；各个伺服阀12的控制线直接与控制器11的驱动端子相连，机械手的关节位置传感器的信号线通过均布的各走线接头8分别接至控制器11的信号采集端子；外部信号及电源线穿过水密接插件9，经控制器11的周围的第一盲孔16与控制器11相连。进油管接头14和回油管接头13与伺服阀12和锁阀4相连通的液压油路通过伺服阀箱体2内的工艺孔实现，工艺孔通过密封螺钉15封堵。

如图3～5所示，伺服阀箱体2一端通过工艺孔开设了两条用于进油的液压油路和两条用于回油的液压油路，并用密封螺钉15封堵，电磁阀7与各锁阀4相连通的用于进油的液压油路与各锁阀4与回油管接头13相连通的用于回油的液压油路上下设置，用于进油的液压油路位于用于回油的液压油路的上方。用于进油的液压油路与进油管接头14相通，用于回油的液压油路与回油管接头13相通；用于进油的液压油路和用于回油的液压油路分别通过伺服阀箱体2内的工艺孔并通过锁阀4上的通孔接至伺服阀12的进油孔和回油孔，伺服阀12的负载油孔与锁阀4一端面上的进油孔和回油孔连通，锁阀4另一端面通过伺服阀箱体2的工艺孔与安装在伺服阀箱体2外表面前后两侧壁上的铰接管接头5相连通，铰接管接头5将液压油直接引向机械手各关节液压执行器（液压缸或液压马达），进而形成多条并联的液压回路。

伺服阀箱体2内部实现图6中虚线框内部为液压集成回路。如图4～6所示，液压油通过伺服阀箱体2内的工艺孔与机械手各关节液压执行器连通，每个伺服阀12经锁阀4外接两个负载油口，实现对机械手各关节液压执行器的往返或正反转控制。补偿油直接通过补偿管接头10经控制器11的周围的盲孔引入伺服阀箱盖1和伺服阀箱体2之间的密封空间，这样除了补偿工作油液因本身弹性变形、温度及下潜深度的变化而产生的油液体积变化外，更主要的是平衡内外压力，使系统内压等于工作水深外压或稍大于外压，实现对环境压力的自动平衡补偿，保持系统的稳定。

本发明的工作原理为：

本发明水下液压机械手伺服阀箱的进油管接头14和回油管接头13经伺服阀箱体2内的工艺孔与伺服阀12的油路连通，伺服阀12上的负载油口经锁阀4与前后侧壁上的铰接管接头5相连，形成多条并联的液压回路，分别驱动机械手各关节液压执行器；伺服阀箱体2的前侧壁上单独配置补偿油管接头10，能将补偿油引入伺服阀箱盖1和伺服阀箱体2之间的密封空间，补偿油实现对环境压力的自动平衡补偿，使伺服阀箱内压等于工作水深外压或稍大于外压，从而避免海水渗漏，保持系统的稳定。此外，阀箱内控制器通过水密接插件及走线接头传输信号，实现与外界信息交互。具体为：

首先，打开伺服阀箱盖1，检查箱内电控系统线路布置，接着将伺服阀箱体2两面侧壁上的铰接管接头5与机械手各关节对应的液压执行器用软管相连，确保油路通畅。

然后，将伺服阀箱体2前侧壁的进油管接头14和后侧壁的回油管接头13经软管与载体液压站相连。接着开启液压站，检查液压系统是否漏油，机械手运动有无异常。

最后，若整个系统无异常情况，则安装好伺服阀箱盖1，由补偿油管接头10处引入补偿油，具备水下工作条件。

综上所述，伺服阀箱将机械手的液压控制系统和电控系统集成在一个独立的水下密封体内。在实际的工作过程中，伺服阀箱将外界的检测信号和控制信号转化成液压系统的流量和压力实现对液压机械手的实时控制。同时，伺服阀箱盖1内充满液压补偿油，不仅可以使伺服阀箱适应不同的水深，而且还可以保护箱内液压元件及电子设备。

Claims

1.一种用于控制水下液压机械手的伺服阀箱，其特征在于：包括伺服阀箱盖（1）、伺服阀箱体（2）、锁阀（4）、电磁阀（7）、伺服阀（12）及控制器（11），其中伺服阀箱盖（1）密封安装在伺服阀箱体（2）上，由伺服阀箱盖（1）罩住的伺服阀箱体（2）上表面分别安装有电磁阀（7）、控制器（11）及多个锁阀（4），每个锁阀（4）上分别串联有一个伺服阀（12）；所述伺服阀箱体（2）外表面的前后两侧分别设有多个铰接管接头（5），每个锁阀（4）对应一个铰接管接头（5），进油管接头（14）和回油管接头（13）分别设置在伺服阀箱体（2）外表面的前后两侧，水密接插件（9）与走线管接头（8）则分别设置在伺服阀箱体（2）外表面的左右两侧；所述电磁阀（7）的进油口通过进油管接头（14）与外部液压源相连，出油口通过伺服阀箱体（2）内部的液压油路分别与各锁阀（4）相连通，各锁阀（4）的一端面分别通过相对应的铰接管接头（5）与机械手各关节液压执行器连通，各锁阀（4）的另一端面分别与各自对应的伺服阀（12）串联，各锁阀（4）的回油分别通过伺服阀箱体（2）内部的液压油路接至回油管接头（13）；所述电磁阀（7）及每个伺服阀（12）分别与控制器（11）相连，液压机械手的各关节位置传感器信号线分别通过走线接头（8）穿入伺服阀箱体（2）内、并接至控制器（11）。

2.按权利要求1所述用于控制水下液压机械手的伺服阀箱，其特征在于：所述伺服阀箱体（2）上表面靠近水密接插件（9）的一端开设有第一盲孔（16），伺服阀箱体（2）外表面安装进油管接头（14）的一侧还设有补偿油管接头（10），该补偿油管接头（10）通过所述第一盲孔（16）与伺服阀箱盖（1）和伺服阀箱体（2）之间的密封空间相通，将补偿油引入所述密封空间内。

3.按权利要求1所述用于控制水下液压机械手的伺服阀箱，其特征在于：所述进油管接头（14）及回油管接头（13）与锁阀（4）相连通的伺服阀箱体（2）内部的液压油路通过工艺孔实现，铰接管接头（5）通过伺服阀箱体（2）内部的工艺孔与锁阀（4）和伺服阀（12）串联相通，形成独立的走油通道。

4.按权利要求3所述用于控制水下液压机械手的伺服阀箱，其特征在于：所述工艺孔通过密封螺钉（15）封堵。

5.按权利要求1所述用于控制水下液压机械手的伺服阀箱，其特征在于：所述伺服阀箱体（2）上表面靠近水密接插件（9）的一端开设有第一盲孔（16），靠近走线接头（8）的另一端开设有多个第二盲孔（17）。

6.按权利要求5所述用于控制水下液压机械手的伺服阀箱，其特征在于：所述控制器（11）通过第二盲孔（17）经走线接头（8）将信号线引向机械手的关节位置传感器，通过第一盲孔（16）与水密接插件（9）相通、与外界进行信息交互。

7.按权利要求1所述用于控制水下液压机械手的伺服阀箱，其特征在于：所述伺服阀箱体（2）的上表面设有环形的密封槽（18），该密封槽（18）内容置有O形密封圈（3），伺服阀箱盖（1）和伺服阀箱体（2）通过所述O形密封圈（3）密封结合，并由螺钉6紧固。

8.按权利要求1所述用于控制水下液压机械手的伺服阀箱，其特征在于：所述电磁阀（7）与各锁阀（4）相连通的用于进油的液压油路与各锁阀（4）与回油管接头（13）相连通的用于回油的液压油路上下设置，用于进油的液压油路位于用于回油的液压油路的上方。