CN107246417B - 一种用于狭窄空间的集成位置传感器的液压摆动驱动器 - Google Patents

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Abstract

一种用于狭窄空间的集成位置传感器的液压摆动驱动器，其主要是：油箱开口端与阀块相连，油箱内设有伺服电机及小型轴向活塞泵，在阀块的外端面上设有2个与其轴线平行的液压缸A和B，这两液压缸带传感器的有杆端为自由端，两个液压缸活塞杆端部各与一个固定环连接，该固定环上设有套环，两个液压缸的两个套环分别与一根柔性绳的两端相连，柔性绳绕过与液压缸垂直的摆动轴且绳的中点固定在摆动轴上。本发明具有响应速度快、功率体积比高的特点，提高了工作效率，同时还具有控制精度和位置分辨率高的特点。本发明的集成化设计减少了液压元件的数量，大提高了空间利用率以及整套装置的便携性。

Description

一种用于狭窄空间的集成位置传感器的液压摆动驱动器
技术领域
本发明涉及一种液压驱动与控制装置。
背景技术
移动液压机械的自动化，如仿生机器人，需要高功率体积比和高性能控制解决方案，而现在的传统液压元件和系统已经难以适用于当前的机器人领域，因此，研制小型化、集成化和智能液压系统尤为必要。
在液压领域，现有实现曲线运动的驱动装置多由液压马达或者液压缸控制连杆机构来实现，这样就限制了主机对响应和安装尺寸的要求，液压驱动在直线驱动方面有着优良的表现，但在曲线运动中的响应速度和控制精度是一个难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种响应速度快、控制精度和位置分辨率高的用于狭窄空间的集成位置传感器的液压摆动驱动器。本发明主要是将液压缸与柔性绳相联接，使液压缸的直线运动通过柔性绳结构转换为轴的摆动运动，并利用位置传感器控制伺服电机实现对绳索变化量的精确补偿以及液压元件的集成化布置。
本发明主要包括：油箱、伺服电机、小型轴向活塞泵、阀块、带有集成位置传感器的液压缸、柔性绳、摆动轴、单向阀和溢流阀。其中，油箱为一端开口的圆筒形壳体，其开口端与阀块相连，油箱内设有伺服电机及与其相连且同轴的小型轴向活塞泵，通过控制伺服电机的转速来调节泵的输出流量，并且小型轴向活塞泵设有进出油口的一侧通过螺钉固定在阀块内端面上，在阀块的外端面上设有2个与其轴线平行的液压缸A和B，这两液压缸无杆端设在阀块上并与油箱相连通，这两液压缸带传感器的有杆端为自由端，其有杆腔与软管一端相连，软管另一端穿过阀块与油箱相连通。小型轴向活塞泵可以双向供油，进而控制两液压缸的伸出与缩回，从而实现摆动轴转动。两个液压缸活塞杆端部各与一个固定环一端螺纹连接，该固定环的另一端设有套环，两个液压缸的两个套环分别与一根柔性绳的两端相连，所述柔性绳为碳纤维绳或钢丝绳。柔性绳绕过与液压缸垂直的摆动轴且绳的中点固定在摆动轴上，摆动轴两端根据工况固定在执行机构上，最好，摆动轴与柔性绳可接触的部位设有若干与摆动轴平行的条形凹槽，凹槽的截面可以是梯形、三角形或矩形。另有一个固定块其一个面为与摆动轴曲率相同的弧形凹面，在该弧形凹面上设有若干与摆动轴上条形凹槽对应的条形凹槽，两者相互啮合。在该固定块条形凹槽上设有通孔，其与设在摆动轴上的螺孔相对应，两者通过螺钉相连，同时将柔性绳紧固，通过柔性绳和摆动轴将液压缸的直线运动转换成摆动轴的曲线运动，摆动轴的摆动角度由液压缸的移动距离和摆动轴的直径决定。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)将液压缸与柔性绳结合在一起，具有响应速度快、功率体积比高的特点，提高了工作效率。
(2)将位置传感器集成在液压缸上，具有控制精度和位置分辨率高的特点。
(3)本发明液压系统的设计和液压装置的集成化设计减少了液压元件的数量，大提高了空间利用率以及整套装置的便携性。
附图说明
图1为本发明的立体示意简图。
图2为本发明立体局剖示意简图。
图3为本发明主视局剖示意简图。
图4为图3的A-A视图。
图5为本发明柔性绳与摆动轴连接一个方向的立体示意简图。
图6为本发明柔性绳与摆动轴连接另一个方向的立体示意简图。
图7为本发明柔性绳与液压缸活塞杆连接立体示意简图。
图8为本发明工作原理图。
图9为本发明阀块油路示意简图。
图中：1、油箱，2、伺服电机，3、小型轴向活塞泵，4、阀块，5-1、带有集成位置传感器的液压缸A，5-2、带有集成位置传感器的液压缸B，6、软管，7、固定环，8、碳纤维绳，9、摆动轴，10-1条形凹槽，10-2条形凹槽，11、固定块，12、螺钉，13-1、单向阀A，13-2、单向阀B，13-3、单向阀C，14-1、溢流阀A，14-2、溢流阀B，15、进油孔，16、出油孔；a1：单向阀13-1油道口，a2：单向阀13-2油道口，a3：液压缸5-1无杆腔油道口，a4：液压缸5-1有杆腔油道口，a5：单向阀13-3油道口，a6：溢流阀14-2油道口，a7：液压缸5-2有杆腔油道口，a8：液压缸5-2无杆腔油道口，a9：溢流阀14-1油道口，b1：出油孔16油道口，b2、小型轴向活塞泵的进油口，b3：小型轴向活塞泵的出油口，b4：进油孔15油道口。
具体实施方式
在图1、图2和图3所示的用于狭窄空间的集成位置传感器的液压摆动驱动器示意简图中，油箱1为一端开口的圆筒形壳体，其开口端与阀块4螺纹连接，油箱内设有伺服电机2及与其相连且同轴的小型轴向活塞泵3，并且小型轴向活塞泵设有进出油口的一侧通过螺钉固定在阀块内端面上，在阀块的外端面上设有2个与其轴线平行的液压缸A5-1和液压缸B5-2，这两液压缸无杆端设在阀块上并与油箱相连通，这两液压缸带传感器的有杆端为自由端，其有杆腔与软管6一端相连，软管另一端穿过阀块与油箱相连通。两个液压缸活塞杆端部各与一个固定环7一端螺纹连接，该固定环的另一端设有套环，两个液压缸的两个套环分别与一根碳纤维绳8的两端相连，如图7所示，碳纤维绳绕过与液压缸垂直的摆动轴9且绳的中点固定在摆动轴上，摆动轴上下两端根据工况固定在执行机构上，如图5和图6所示，摆动轴与碳纤维绳可接触的部位设有若干与摆动轴平行且截面为等腰梯形的条形凹槽10-1。另有一个固定块11其一个面为与摆动轴曲率相同的弧形凹面，在该弧形凹面上设有若干与摆动轴上条形凹槽对应的条形凹槽10-2，两者相互啮合。在该固定块条形凹槽上设有通孔，其与设在摆动轴上的螺孔相对应，两者通过螺钉12相连，同时将柔性绳紧固。单向阀A13-1、单向阀B13-2、单向阀C13-3和溢流阀A14-1、溢流阀B14-2均采用螺纹插装式与阀块外端面相连，阀块内部结构如图4、图8和图9所示，阀块4内端面上设有4个油道口，其中，油箱的出油孔16通过阀块内部油道口b1与溢流阀14-1和14-2相连通。油箱的进油孔15通过阀块内部油道口b4与单向阀13-1、13-2和13-3相连通。阀块内端面的另两个油道口为小型轴向活塞泵的进出油口，其进油口b2通过阀块内部油道与单向阀13-1设在阀块外端面的油道口a1相连通，该油道口上设有单向阀13-1.与单向阀13-1相连的油道还与设在阀块外端面的液压缸5-1有杆腔油道口a4相连，进油口b2还通过阀块内部油道与溢流阀14-2设在阀块外端面的油道口a6相连通，该油道口上设有溢流阀14-2.小型轴向活塞泵的出油口b3通过阀块内部油道与单向阀13-3设在阀块外端面的油道口a5相连通，该油道口上设有单向阀13-3，该与单向阀13-3相连的油道还与设在阀块外端面的液压缸5-2有杆腔油道口a7相连；出油口b3上通过阀块内部油道与溢流阀14-1设在阀块外端面的油道口a9相连通，该油道口上设有溢流阀14-1.阀块外端面还设有2个分别与液压缸无杆腔5-1,5-2相连的油道口a3,a8，该两油道口又通过阀块内部油道与单向阀13-2设在阀块外端面的油道口a2相连通，该油道口上设有单向阀13-2。阀块上各加工用的油道，其油道口均设在阀块的周面上，并由内六角螺塞堵住油道口。图9中：a1—a9油道口在一面上；b1—b4油道口在另一面上；“X”油道口在圆周面上。
本发明的工作原理如图8所示，当油液进入液压缸A5-1的有杆腔中时，摆动轴逆时针转动，转角可以通过旋转角＝(液压缸7移动距离×360)÷(摆动轴9直径×π)得到。角度的单位是度。当油液进入液压缸B5-2的有杆腔时，摆动轴9顺时针旋转，由于碳纤维绳8的牵引力，液压缸A5-1和液压缸B5-2的无杆腔相通，液压缸A5-1和液压缸B5-2实现反向同步，即移动距离相等。由于该系统是闭式回路，考虑系统有泄漏的影响，单向阀B13-2接入无杆腔油路中，单向阀A13-1和单向阀C13-3接入小型轴向活塞泵的进出口油路上及时补油。当系统工作压力超过溢流阀设定压力时，油液经过溢流阀A14-1或溢流阀B14-2通过阀块4上的出油孔16卸荷，防止碳纤维绳5的牵引力过大造成其断裂。
本发明提出的集成位置传感器、数字控制器和控制方法对摆动轴9的摆动驱动能力也有重要影响，系统中的液压缸A5-1和液压缸B5-2分别集成了位置传感器用于给数字控制器提供液压缸的位置信号，其测得的液压缸A5-1和液压缸B5-2的位移信号的差值就是碳纤维绳8的伸长量，用于控制器控制伺服电机2补偿碳纤维绳8变化量。
上述虽然结合实例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于狭窄空间的集成位置传感器的液压摆动驱动器，其特征在于：油箱为一端开口的圆筒形壳体，其开口端与阀块相连，油箱内设有伺服电机及与其相连且同轴的小型轴向活塞泵，并且小型轴向活塞泵设有进出油口的一侧通过螺钉固定在阀块内端面上，在阀块的外端面上设有2个与其轴线平行的液压缸A和B，这两液压缸无杆端设在阀块上并与油箱相连通，这两液压缸带传感器的有杆端为自由端，其有杆腔与软管一端相连，软管另一端穿过阀块与油箱相连通，两个液压缸活塞杆端部各与一个固定环一端螺纹连接，该固定环的另一端设有套环，两个液压缸的两个套环分别与一根柔性绳的两端相连，柔性绳绕过与液压缸垂直的摆动轴且绳的中点固定在摆动轴上。
2.根据权利要求1所述的用于狭窄空间的集成位置传感器的液压摆动驱动器，其特征在于：摆动轴与柔性绳可接触的部位设有若干与摆动轴平行的条形凹槽，另有一个固定块，其一个面为与摆动轴曲率相同的弧形凹面，在该弧形凹面上设有若干与摆动轴上条形凹槽对应的条形凹槽，两者相互啮合，在该固定块条形凹槽上设有通孔，该通孔与设在摆动轴上的螺孔相对应，两者通过螺钉相连，同时将柔性绳紧固。
3.根据权利要求1所述的用于狭窄空间的集成位置传感器的液压摆动驱动器，其特征在于：柔性绳为碳纤维绳或钢丝绳。
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