CN105598964B - 一种提供气动肌肉工作的独立供气气动系统 - Google Patents

Abstract

一种提供气动肌肉工作的独立供气气动系统，它涉及一种气动系统。本发明为了解决现有的气动系统需要大体积气缸储存高压气体，并且通过压力比例阀调压设备对气动肌肉充气和排气，存在无法通过减小气动系统体积和质量来将气动系统集成到移动机器人中的问题。本发明的高压舱和低压舱相对设置且高压舱和低压舱之间通过气泵连通，电池接在气泵上并为气泵供电，高压舱连接空气过滤阀并通过一个开关气动系统为一个气动执行单元提供气源，低压舱通过另一个开关气动系统为该气动执行单元提供排气空间，高压舱压力传感器用于测量高压舱的舱内压力，低压舱压力传感器用于测量低压舱的舱内压力。本发明尤其适用于仿青蛙游动机器人。

Description

一种提供气动肌肉工作的独立供气气动系统

技术领域

本发明涉及一种能够集成在移动机器人本体上的气动系统，具体涉及一种提供气动肌肉工作的独立供气气动系统。

背景技术

气动肌肉由于其质量轻，体积小，输出力大，具有被动柔顺性等特点，被广泛应用于机器人驱动中，但是气动元件一般需要庞大沉重的气源及其处理设备及调压系统。为此，设计一种能够集成在机器人本体中并且体积小巧的气动系统有着重要意义。

常规气动系统需要大体积气缸储存高压气体，并且通过压力比例阀等调压设备对气动肌肉充气和排气，而压力比例阀等调压设备体积质量均较大，不利于集成在移动机器人本体中。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的气动系统需要大体积气缸储存高压气体，并且通过压力比例阀调压设备对气动肌肉充气和排气，存在不利于集成在移动机器人本体中的问题，进而提供一种提供气动肌肉工作的独立供气气动系统。

本发明的技术方案是：一种提供气动肌肉工作的独立供气气动系统，它包括高压舱、气泵、低压舱、空气过滤阀、高压舱压力传感器、电池、低压舱压力传感器、开关气动系统和气动执行单元，高压舱和低压舱相对设置且高压舱和低压舱之间通过气泵连通，电池接在气泵上并为气泵供电，高压舱连接空气过滤阀并通过开关气动系统中的进气高速开关阀为气动执行单元的气动肌肉提供气源，低压舱通过该开关气动系统中的排气高速开关阀为该气动肌肉提供排气，高压舱压力传感器用于测量高压舱的舱内压力，低压舱压力传感器用于测量低压舱的舱内压力。

气泵的进气口A端与低压舱连接，气泵的排气口B端与高压舱连接。

开关气动系统包括进气高速开关阀和排气高速开关阀，进气高速开关阀和排气高速开关阀并联设置并与空气过滤阀或低压舱连接。

气动执行单元包括气动肌肉和工作压力传感器，气动肌肉和工作压力传感器并联设置并与开关气动系统连接。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1.本发明的高压舱提供气源供执行单元工作后排气到低压舱，高低舱压差减小，通过气泵恢复高低舱之间的压差。从而使本发明的气动系统与外部大气隔离，形成可集成的独立气源。

2.本发明通过高速开关阀组控制气动肌肉的充气和放气，相对其他调压阀，体积和质量都有极大的减小，减小了一倍以上。将供电电池、开关阀、气泵等相关组件配置在低压舱内，使结构紧凑，有效缩减整个系统的体积，体积缩小了一倍以上。

3.本发明通过控制开关阀的高速开关来控制冲入肌肉密闭腔内的气体，从而达到控制肌肉收缩的目的。而高速开关阀具有体积小，质量轻的特点，并且可以通过调节开关频率控制气动肌肉等气动执行元件的工作。相比其他调压阀质量和体积有了较大减小，与压力比例阀相比，成本也有显著的降低。

附图说明

图1为本发明的气动系统原理图；图2为本发明气动系统一种安装结构图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式一种提供气动肌肉工作的独立供气气动系统，它包括高压舱1、气泵2、低压舱3、空气过滤阀4、高压舱压力传感器5、电池6、低压舱压力传感器7、开关气动系统20和气动执行单元30，高压舱1和低压舱3相对设置且高压舱1和低压舱3之间通过气泵2连通，电池6接在气泵2上并为气泵2供电，高压舱1连接空气过滤阀4并通过开关气动系统20中的进气高速开关阀21为气动执行单元30的气动肌肉31提供气源，低压舱3通过该开关气动系统20中的排气高速开关阀22为该气动肌肉提供排气，高压舱压力传感器5用于测量高压舱1的舱内压力，低压舱压力传感器7用于测量低压舱3的舱内压力。

本实施方式的气泵2由电池6供电，其进气口A端与低压舱3相连，气泵排气口B端与高压舱相连。通过气泵2保持高压与低压舱之间的压差，高压舱1连接空气过滤阀4通过开关气动系统为气动执行单元30提供气源。高压舱压力传感器5测量该舱内压力，低压舱压力传感器测量该舱内压力。

气泵2、开关气动系统20、电池6安置在低压舱3中。高压舱1和空气过滤阀4安置在低压舱外部。进气高速开关阀21连接高压舱1与气动肌肉31，排气高速开关阀22连接低压舱3与气动肌肉31。两个开关阀控制一条气动肌肉的充气与放气，所以开关阀数量和气动肌肉数量比为2:1。

本实施方式在实际使用过程中，如果应用到仿青蛙游动机器人上时，需要同时对仿青蛙游动机器人的两个气动肌肉进行控制，此时，在本实施方式的基础之上并联一套开关气动系统20和气动执行单元30即可，且两套开关气动系统20之间分别与高压舱1和低压舱3连接，为另外一个气动肌肉提供控制。

具体实施方式二：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的气泵2的进气口A端与低压舱3连接，气泵2的排气口B端与高压舱1连接。如此设置：便于实现高压舱和低压舱之间的压差，从而使本发明的气动系统与外部大气隔离，形成可集成的独立气源。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式三：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的开关气动系统20包括进气高速开关阀21和排气高速开关阀22，进气高速开关阀21和排气高速开关阀22并联设置并与空气过滤阀4或低压舱3连接。如此设置的益处是：便于减小体积。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的气动执行单元30包括气动肌肉31和工作压力传感器32，气动肌肉31和工作压力传感器32并联设置并与开关气动系统20连接。如此设置的益处是：便于与外界连接，实现对气动肌肉的动作控制，另外，每个开关气动系统通过工作压力传感器32测量气动肌肉31的工作压力。控制向气动肌肉的充气与放气。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

本发明具有的逻辑关系是：

逻辑一，进气高速开关阀21通电时，排气高速开关阀22断电，使高压气体从高压舱1通入气动肌肉31；

逻辑二，进气高速开关阀21断电，排气高速开关阀22也断电，气动肌肉内部气体质量守恒。

逻辑三，排气高速开关阀22通电时，进气高速开关阀21断电，气动肌肉31内的压缩空气排入低压舱3中。

本发明工作时，利用以上逻辑关系能够实现气动肌肉的主动收缩功能，具有驱动能力；零进气量时具有被动柔性，相当于变刚度弹簧；气动肌肉放气复位功能。本发明的具体实现形式如图2所示，具有体积小，质量轻，开关量控制，与外界大气隔离的特点，非常适用于集成在移动机器人本体上。

Claims (4)

1.一种提供气动肌肉工作的独立供气气动系统，其特征在于：它包括高压舱(1)、气泵(2)、低压舱(3)、空气过滤阀(4)、高压舱压力传感器(5)、电池(6)、低压舱压力传感器(7)、开关气动系统(20)和气动执行单元(30)，高压舱(1)和低压舱(3)相对设置且高压舱(1)和低压舱(3)之间通过气泵(2)连通，电池(6)接在气泵(2)上并为气泵(2)供电，高压舱(1)连接空气过滤阀(4)并通过开关气动系统(20)中的进气高速开关阀(21)为气动执行单元(30)的气动肌肉(31)提供气源，低压舱(3)通过该开关气动系统(20)中的排气高速开关阀(22)为该气动肌肉提供排气，高压舱压力传感器(5)用于测量高压舱(1)的舱内压力，低压舱压力传感器(7)用于测量低压舱(3)的舱内压力。

2.根据权利要求1所述的一种提供气动肌肉工作的独立供气气动系统，其特征在于：气泵(2)的进气口A端与低压舱(3)连接，气泵(2)的排气口B端与高压舱(1)连接。

3.根据权利要求2所述的一种提供气动肌肉工作的独立供气气动系统，其特征在于：开关气动系统(20)包括进气高速开关阀(21)和排气高速开关阀(22)，进气高速开关阀(21)和排气高速开关阀(22)并联设置并与空气过滤阀(4)或低压舱(3)连接。

4.根据权利要求1或3所述的一种提供气动肌肉工作的独立供气气动系统，其特征在于：气动执行单元(30)包括气动肌肉(31)和工作压力传感器(32)，气动肌肉(31)和工作压力传感器(32)并联设置并与开关气动系统(20)连接。