CN108081275A - 一种基于电液伺服比例驱动与控制回转窑窑衬清理机器人 - Google Patents

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Abstract

一种基于电液伺服比例驱动与控制回转窑窑衬清理机器人，具有4个自由度以满足不同规格尺寸回转窑的清理工作。采用双履带形式作为行走装置，使得清窑机器人具有足够的牵引越障能力，有较大的支撑面积以提高清理工作时的稳定性。该本清窑机器人的部分关节采用了电液伺服与比例控制技术、PLC模拟量控制技术、上下位机通信技术相结合，使机器人的驱动与控制更加灵活、方便和可靠。

Description

一种基于电液伺服比例驱动与控制回转窑窑衬清理机器人
技术领域
本发明涉及一种基于电液伺服比例驱动与控制回转窑窑衬清理机器人，适用于机械领域。
背景技术
回转窑运转一段时间后由于筒体发生扭曲变形或筒体出现裂纹从而使耐火砖损坏、脱落而需清理。由于窑衬清理工作目前主要采用人工清理，作业工人要面对强噪声、高粉尘和危险等恶劣工作环境，因此有必要研制一种回转窑窑衬清理机器人替代人工进行窑衬清理，将作业工人从恶劣和危险的作业环境中解放出来。
发明内容
本发明提出了一种基于电液伺服比例驱动与控制回转窑窑衬清理机器人，具有4个自由度以满足不同规格尺寸回转窑的清理工作。采用双履带形式作为行走装置，使得清窑机器人具有足够的牵引越障能力，有较大的支撑面积以提高清理工作时的稳定性。
本发明所采用的技术方案是：
所述清窑机器人的部分关节采用了电液伺服与比例控制技术、PLC模拟量控制技术、上下位机通信技术相结合，使机器人的驱动与控制更加灵活、方便和可靠。
所述清理机器人的控制系统采用液压驱动与控制的回转窑清窑机器人的有些关节需要采用一般的液压传动，而有些关节则需要利用电液伺服比例技术。
所述清窑机器人采用专用软件包STEP7-Micro/WIN32，使得编程简单，开发周期短，并且在程序调试时可以方便地针对不同的作业工况进行参数的设置与修改。
所述清理机器人液压系统采用变量泵供油，通过手动可调整其流量，并且通过溢流阀调节系统的最高工作压力。
所述清理机器人液压系统采用电磁换向阀和行程开关来控制液压油的流向，因而可以实现摆动缸的正反转(支座的回转)、直线缸伸缩(小臂的俯仰)和液压马达正反转(整机的行走)及其定位。在每个电磁换向阀的进口处分别设置了单向节流阀，通过调整其节流口的大小，来改变摆动缸、直线缸和液压马达的速度。此外，利用带集成放大器的两个伺服比例阀作为流量控制阀来实现大臂俯仰和推进臂伸缩的比例控制，并且PLC从中的模拟量控制单元可以获得的所需的电流信号，以调整伺服阀的阀芯位置。
所述清理机器人电气控制系统采用可靠性高、控制性能强、又便于编程的以PLC为中心的电气控制系统。机器人的液压系统采用了两个伺服比例阀分别控制1个伺服直线缸和1个伺服摆动缸，还选用2个电磁换向阀控制的直线缸和摆动缸来实现2个关节的动作，这也就是说控制系统既有数字量的控制又有模拟量的输入。
本发明的有益效果是：该本清窑机器人的部分关节采用了电液伺服与比例控制技术、PLC模拟量控制技术、上下位机通信技术相结合，使机器人的驱动与控制更加灵活、方便和可靠。
附图说明
图1是本发明的液压系统原理图。
图2是本发明的大臂位置控制框图。
图中：1.电机；2.柱塞变量泵；3.溢流阀；4.单向节流阀；5.蓄能器；6.电磁换向阀；7.伺服比例阀；8.摆动马达；9.直线伺服缸；10.液压马达；11.直线液压缸。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，一般的液压传动系统具有价格便宜、调节方便、运行可靠的特点，但是不能做到输出跟随输入，实现快速、成比例地控制。因此采用液压驱动与控制的回转窑清窑机器人的有些关节需要采用一般的液压传动，而有些关节则需要利用电液伺服比例技术，才能顺利完成窑衬清理作业。
从图中可以看出：液压系统采用变量泵供油，通过手动可调整其流量，并且通过溢流阀调节系统的最高工作压力。采用电磁换向阀和行程开关来控制液压油的流向，因而可以实现摆动缸的正反转(支座的回转)、直线缸伸缩(小臂的俯仰)和液压马达正反转(整机的行走)及其定位。在每个电磁换向阀的进口处分别设置了单向节流阀，通过调整其节流口的大小，来改变摆动缸、直线缸和液压马达的速度。此外，利用带集成放大器的两个伺服比例阀作为流量控制阀来实现大臂俯仰和推进臂伸缩的比例控制，并且PLC从中的模拟量控制单元可以获得的所需的电流信号，以调整伺服阀的阀芯位置。
如图2，系统大臂(回转)位置的电液伺服与比例控制系，电液伺服阀采用的是美国某公司研制的DLHZO型直动式滑套伺服比例阀;阀内具有集成电子放大器，输入端的给定信号和角位移传感器反馈输入信号比较后形成控制信号，经PID调节和功率放大后对电液伺服比例实现驱动和控制，因而对大臂的回转实现闭环控制。本系统小臂伸缩动作也采用了伺服比例阀，其控制与大臂相似，采用TXWDC-SOOL型的直线位移传感器，并且在伺服直线缸(推进缸)的两个油腔上装有压力传感器用以检测末端执行器(液压冲击锤)的位置极限。
小臂在清窑时的推进力采用了电液比例压力控制，利用MA26压力变送器将压力传感器的信号放大后，通过内部比较电路，对小臂的推进力进行控制。伺服比例控制的给定输入信号是由上位计算机（PC）设定后，再传输给下位机(PLC)，然后通过PLC的模拟量模块进行D/A转换后输出给伺服比例放大器，从而实现了大臂回转和小臂伸缩的闭环控制。
系统采用可靠性高、控制性能强、又便于编程的以PLC为中心的电气控制系统。机器人的液压系统采用了两个伺服比例阀分别控制1个伺服直线缸和1个伺服摆动缸，还选用2个电磁换向阀控制的直线缸和摆动缸来实现2个关节的动作，这也就是说控制系统既有数字量的控制又有模拟量的输入。
该机械手选用德国某公司57-200系列产品，它可以应用于各种自动化系统，具有结构紧凑、低成本以及功能强大的指令集等特点。可编程控制器由1个CPU模块和2个扩展模拟量输入输出模块组成，CPU模块型号为：CPU226，扩展模拟模块型号为：EM235。
软件系统采用了SIMATIC指令集，编译环境是某公司的STEP7- Micro/WIN32软件工具包。在计算机(上位机)PC上使用较为直观的梯形图LAD或语句表STL，按控制流程和控制算法进行编程。然后使用上传(程序从PLC到PC机)与下传(程序PC到PLC)的数据通信功能实现PLC和PC机之间数据的传送。在编程时会自动进行数据类型的检查，主程序可以通过调用子程序和中断程序连续地执行用户程序，控制一个任务或过程。并且在程序进行调线程序的状态。

Claims (6)

1.一种基于电液伺服比例驱动与控制回转窑窑衬清理机器人，其特征是：所述清窑机器人的部分关节采用了电液伺服与比例控制技术、PLC模拟量控制技术、上下位机通信技术相结合，使机器人的驱动与控制更加灵活、方便和可靠。
2.根据权利要求1所述的一种基于电液伺服比例驱动与控制回转窑窑衬清理机器人，其特征是：所述清理机器人的控制系统采用液压驱动与控制的回转窑清窑机器人的有些关节需要采用一般的液压传动，而有些关节则需要利用电液伺服比例技术。
3.根据权利要求1所述的一种基于电液伺服比例驱动与控制回转窑窑衬清理机器人，其特征是：所述清窑机器人采用专用软件包STEP7-Micro/WIN32，使得编程简单，开发周期短，并且在程序调试时可以方便地针对不同的作业工况进行参数的设置与修改。
4.根据权利要求1所述的一种基于电液伺服比例驱动与控制回转窑窑衬清理机器人，其特征是：所述清理机器人液压系统采用变量泵供油，通过手动可调整其流量，并且通过溢流阀调节系统的最高工作压力。
5.根据权利要求1所述的一种基于电液伺服比例驱动与控制回转窑窑衬清理机器人，其特征是：所述清理机器人液压系统采用电磁换向阀和行程开关来控制液压油的流向，因而可以实现摆动缸的正反转(支座的回转)、直线缸伸缩(小臂的俯仰)和液压马达正反转(整机的行走)及其定位。
6.根据权利要求1所述的一种基于电液伺服比例驱动与控制回转窑窑衬清理机器人，其特征是：所述清理机器人电气控制系统采用可靠性高、控制性能强、又便于编程的以PLC为中心的电气控制系统，机器人的液压系统采用了两个伺服比例阀分别控制1个伺服直线缸和1个伺服摆动缸，还选用2个电磁换向阀控制的直线缸和摆动缸来实现2个关节的动作，这也就是说控制系统既有数字量的控制又有模拟量的输入。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109822549A (zh) * 2018-12-31 2019-05-31 深圳市越疆科技有限公司 一种机器人编程方法、装置及控制器
CN114087240A (zh) * 2021-11-09 2022-02-25 中铁工程装备集团有限公司 掘进机用换刀机器人的液压控制系统
WO2024146472A1 (zh) * 2023-01-03 2024-07-11 中国原子能科学研究院 多自由度机械臂

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