CN110456837B - 正负压一体流体压力调节装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种正负压一体流体压力调节装置、系统及方法，其中，该装置包括：第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和隔膜泵，其中：所述隔膜泵的流体出口和所述第一端口连通，所述隔膜泵的流体进口和所述第四端口连通，所述第五端口和所述第六端口连通，所述第二端口和所述第七端口汇集成一路与待调节的外部驱动腔的驱动管道连通；所述第三端口和所述第八端口分别与外部流体介质连通。本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节装置、系统及方法，通过基于单个泵源和最少量电磁阀的组合，不仅可以实现可控的流体充入抽出过程，并且可以实现单路流体管路同时提供正压和负压，且正负压状态可以平稳切换；且经济实惠、结构简单，使用方便。

Description

正负压一体流体压力调节装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及流体压力调节和压力控制技术领域，具体涉及一种正负压一体流体压力调节装置、系统及方法。

背景技术

流体驱动的柔性机器人是指通过向机器人驱动腔结构中充入或排出气体、液体、混合体或液态金属等流体，利用气/液体压力使结构产生变形或运动，以气动驱动的柔性机器人为例，柔性机器人的驱动腔室是封闭的，只有一个气口，既是进气口同时也是排气口，以外界环境气压为基准，气压有正压和负压状态，因此，针对气压驱动型柔性机器人，气压驱动形式总体可以分为两类，即正压驱动和负压驱动。正压驱动方式通常通过对不同形态的气腔加压，气腔流体充入变形实现诸如膨胀、弯曲、扭转等运动。对于柔性驱动器的每一个驱动腔而言，存在三种工作状态：即流体充入，流体抽出和压力保持状态。在一个柔性结构中设计多个气动驱动腔，控制不同的驱动腔的流体充入压力，实现多个方向和角度的弯曲，多个驱动腔变形的结合，可以实现复杂的运动。基于正压驱动原理，研究者开发了诸多不同结构和应用的气动柔性机器人，如应用于康复、训练用的辅助外骨骼设备、多自由度气动柔性关节、应用于医疗的柔性多自由度器械等。负压驱动方面则与正压相反，是通过真空泵等方式对气动驱动腔进行流体抽出，形成负压条件，驱动腔在负压收缩时会产生一个轴向的拉力，目前应用最广泛的负压驱动方式是基于颗粒阻塞原理的柔性驱动器，通过负压流体抽出使颗粒间间隙减小，从而改变驱动器的刚度。另一个负压驱动常用的应用场景是吸盘结构，该结构在仿蠕虫和仿章鱼柔性机器人中被广泛使用。

不论基于正压或负压驱动原理的机器人，每一个驱动腔相连的气路都需要能实现三种不同工作状态的需求，以控制气体流动方向。为了实现气压的有效控制，研究者对气动系统进行了研究。根据气源产生的方式和原理，目前用于驱动柔性机器人的气动系统总体可分为两种：泵和电磁阀组合式和基于注射器原理的气动系统。最常用的方案为泵和电磁阀组合式，使用泵作为气源进行流体充入和流体抽出，通过电磁阀控制柔性机器人驱动腔和外部大气的通断状态。然而目前大多数气动系统气路设计较为简单，大多偏向于气压的开关控制，流体抽出的速度和流量处于不可控状态，无法实现连续精细的流体压力控制。且常用的流体驱动系统只能产生单一的正压或负压，单路流体管路不能同时实现正负压。而对于能够产生正负压的气动系统，虽然它们能在同一气路设计下达到某一正压或某一负压，但由于气路设计上的缺陷，正负压转换的过程无法很好地控制，对柔性机器人的精细控制存在一定困难。针对这一问题，注射器原理的气动系统被应用于柔性机器人驱动中。在连接有注射器的封闭管路中，注射器可以通过改变流体腔的体积来改变外部驱动腔的气压且可以实现正负压。简单的方式有直接手动推拉注射器来控制气压或使用电机推动气缸控制气压等。注射器原理流体抽出充入过程更加连续平滑。但由于外部驱动腔的体积随着流体充入增大，加上不可避免地存在的少许漏气，而注射器或气缸的气体体积是有限的，因此实际使用中，该方案的持续流体供应能力存在较大挑战。

随着柔性机器人结构复杂度和控制精度的提升，对流体压力的精确控制也提出了更高的要求，对于一些既需要正压也需要负压的柔性机器人，机器人同时需要正压流体充入变形，也需要负压条件进行收缩，正负压驱动结合要求流体充入和流体抽出的速度和流量均可控，且流体管路能够实现正负压的平稳转换和流体压力的精细调节。

发明内容

为解决或至少部分地解决现有技术中的问题，本发明实施例提供一种正负压一体流体压力调节装置、系统及方法。

第一方面，本发明实施例提供一种正负压一体流体压力调节装置，该装置包括：第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和隔膜泵，所述第一电磁阀包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一电磁阀打开时，所述第一端口和所述第二端口接通；所述第一电磁阀关闭时，所述第一端口和所述第三端口接通；所述第二电磁阀包括第四端口和第五端口，所述第二电磁阀打开时，所述第四端口和所述第五端口接通；所述第三电磁阀包括第六端口、第七端口和第八端口，所述第三电磁阀打开时，所述第六端口和所述第七端口接通；所述第三电磁阀关闭时，所述第六端口和所述第八端口接通；其中：所述隔膜泵的流体出口和所述第一端口连通，所述隔膜泵的流体进口和所述第四端口连通，所述第五端口和所述第六端口连通，所述第二端口和所述第七端口汇集成一路与待调节的驱动腔的驱动管道连通；所述第三端口和所述第八端口分别与外部流体介质连通。

进一步地，所述装置还包括：电子开关模块、驱动模块、微控制器和上位机；其中：所述电子开关模块的输出端连接所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述第三电磁阀，所述电子开关模块的输入端通过所述微控制器连接所述上位机，所述电子开关模块用于在所述微控制器和所述上位机的控制下控制所述第一电磁阀、所述第二电磁阀及所述第三电磁阀的通断；所述驱动模块的输出端连接所述隔膜泵，所述驱动模块的输入端通过所述微控制器连接所述上位机，所述驱动模块用于在所述微控制器和所述上位机的控制下控制所述隔膜泵的开启、关闭及转速。

进一步地，所述装置还包括压力传感器，所述压力传感器的压力测量端口接入流体通路中所述外部驱动腔，用于进行所述外部驱动腔的压力采集，所述压力传感器的电气输出端连接所述微控制器，所述外部驱动腔的压力检测结果发送给所述微控制器。

进一步地，所述外部流体介质包括气体、液体、混合体及液态金属中的一种。

进一步地，所述液体包括水，所述装置还包括用于储存水的容器。

第二方面，本发明实施例提供一种正负压一体流体压力调节系统，该系统包括总控制器和与所述总控制器连接的至少一个所述的正负压一体流体压力调节装置；其中，各个所述正负压一体流体压力调节装置在所述总控制器的控制下实现同时对多路所述外部驱动腔流体压力的调节。

第三方面，本发明实施例提供一种正负压一体流体压力调节方法，该方法包括：常规流体充入流程、压力保持流程和常规流体抽出流程；其中：所述常规流体充入流程具体包括：打开所述隔膜泵，打开所述第一电磁阀，打开所述第二电磁阀，关闭所述第三电磁阀，通过调控所述隔膜泵的运转速率控制流体充入快慢；所述压力保持流程具体包括：关闭所述隔膜泵，关闭所述第一电磁阀，关闭所述第二电磁阀，关闭所述第三电磁阀，实现所述外部驱动腔的压力保持；所述常规流体抽出流程具体包括：打开所述隔膜泵，关闭所述第一电磁阀，打开所述第二电磁阀，打开所述第三电磁阀，通过调控所述隔膜泵的运转速率控制流体抽出快慢。

进一步地，所述方法还包括：脉冲式流体抽出流程；所述脉冲式流体抽出流程具体包括：在第一电磁阀、第二电磁阀及第三电磁阀关闭的情况下，重复至少一个脉冲式流体抽出进程；所述脉冲式流体抽出进程包括：关闭所述第二电磁阀，延时第一预设时间，在所述第一预设时间内，所述隔膜泵短暂运行或关闭，之后打开所述第三电磁阀；若所述外部驱动腔为正压状态，则关闭所述第三电磁阀，然后打开所述第二电磁阀；若所述外部驱动腔为负压状态，则打开所述第二电磁阀，然后关闭所述第三电磁阀。

进一步地，所述方法还包括：脉冲式流体充入流程；所述脉冲式流体充入流程具体包括：在所述第一电磁阀、所述第二电磁阀及所述第三电磁阀关闭的情况下，重复至少一个脉冲式流体充入进程；所述脉冲式流体充入进程具体包括：关闭第二电磁阀，打开第一电磁阀，延时第二预设时间，在所述第二预设时间内，所述隔膜泵短暂运行或关闭，然后关闭所述第一电磁阀，打开所述第二电磁阀。

进一步地，所述方法还包括：压力闭环控制流程；所述压力闭环控制流程具体包括：目标压力值和允许误差范围获取子流程，具体包括：微控制器获取上位机设置的所述外部驱动腔的目标压力值和允许误差范围；差值获取子流程，具体包括：所述微控制器通过压力传感器获取所述外部驱动腔的实际压力值，并获取所述目标压力值减去所述实际压力值的差值；判断执行子流程，具体包括：若所述差值超出所述允许误差范围，则重复执行所述差值获取流程和闭环控制子流程；若所述差值满足所述允许误差范围，则关闭所述隔膜泵、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述第三电磁阀；其中，所述闭环控制子流程具体包括：若所述差值大于零，并且上一个计算周期的所述差值小于零，则获知发生过放，则执行所述脉冲式流体充入流程；若所述差值大于零，并且上一个计算周期的所述差值也大于零，则执行所述常规流体充入流程；若所述差值小于零，并且上一个计算周期的所述差值大于零，则获知发生过充，则执行所述脉冲式流体抽出流程；若所述差值小于零，并且上一个计算周期的所述差值也小于零，则执行所述常规流体抽出流程。

本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节装置、系统及方法，通过基于单个泵源和最少量电磁阀的组合，可以实现单路供气管路同时提供正压和负压，并可以实现外部气腔可控的流体充入抽出过程；且经济实惠、结构简单，使用方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节装置的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的正负压一体流体压力调节装置的结构示意图；

图3是本发明再一实施例提供的正负压一体流体压力调节装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法中的常规流体充入流程原理示意图；

图7是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法中的压力保持流程原理示意图；

图8是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法中的常规流体抽出流程原理示意图；

图9是本发明另一实施例提供的正负压一体流体压力调节方法的流程图；

图10是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法中的脉冲式流体抽出流程示意图；

图11是本发明另一实施例提供的正负压一体流体压力调节方法的流程图；

图12是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法中的脉冲式流体充入流程示意图；

图13是本发明另一实施例提供的正负压一体流体压力调节方法的流程图；

图14是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法中的压力闭环控制流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节装置的结构示意图。如图1所示，所述装置包括：第一电磁阀1、第二电磁阀2、第三电磁阀3和隔膜泵4，所述第一电磁阀1包括第一端口11、第二端口12和第三端口13，所述第一电磁阀1打开时，所述第一端口11和所述第二端口12接通；所述第一电磁阀1关闭时，所述第一端口11和所述第三端口13接通；所述第二电磁阀2包括第四端口21和第五端口22，所述第二电磁阀2打开时，所述第四端口21和所述第五端口22接通；所述第三电磁阀3包括第六端口31、第七端口32和第八端口33，所述第三电磁阀3打开时，所述第六端口31和所述第七端口32接通；所述第三电磁阀3关闭时，所述第六端口31和所述第八端口33接通；其中：所述隔膜泵4的流体出口41和所述第一端口11连通，所述隔膜泵4的流体入口42和所述第四端口21连通，所述第五端口22和所述第六端口31连通，所述第二端口12和所述第七端口32汇集成一路与待调节的外部驱动腔5的驱动管道连通；所述第三端口13和所述第八端口33分别与外部流体介质6连通。

上述第一电磁阀1、第二电磁阀2及第三电磁阀3的打开或关闭是从功能上描述电磁阀的通断状态，并非实指电磁阀端点之间的开启与闭合，各个电磁阀可根据实际需求选择常开式或常闭式。所述第一电磁阀1和所述第三电磁阀3可以采用常闭型两位三通电磁阀，所述第二电磁阀2可以采用常闭型两位两通电磁阀。按动作方式，电磁阀可以选用直动式和先导式。直动式电磁阀无启动压力，可以实现零压差启动；先导式电磁阀有最低启动压力，因此电磁阀必须满足流体压差的条件下才能启动。小通径的流体管道一般选用直动式电磁阀，可以精确地实现流体换向和压力调节。所述隔膜泵4还可以用和隔膜泵4原理相同的泵进行替换。根据流体性质的不同，所述外部流体介质6可以为气体、液体、混合体、液态金属等。在所述外部流体介质6为气体时，第三端口13和第八端口33可以直接连通大气；在所述外部流体介质为液体(如水)时，第三端口13和第八端口33可以直接连通放置液体的容器，如水槽。

通过控制隔膜泵4的开闭、转速及第一电磁阀1、第二电磁阀2和第三电磁阀3的通断，基于所述正负压一体流体压力调节装置的流体通路可以实现可控的流体充入和流体抽出过程，且能实现负压和正压的大范围调节，理论上，该装置所能达到的正负压范围为隔膜泵4的流体出口41的最大正压和流体进口42的最小负压。

本装置中使用了单个隔膜泵4，可以实现正负压转换，充分利用了隔膜泵4的流体进口41和流体出口42，降低了系统的复杂度且经济实惠。

具体的压力调节过程详见方法实施例。

本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节装置可应用于柔性机器人、工业生产流水线和医疗辅助呼吸装置等领域。

本发明实施例通过基于单个泵源和最少量电磁阀的组合，可以实现单路供气管路同时提供正压和负压，并可以实现外部气腔可控的流体充入抽出过程；且经济实惠、结构简单，使用方便。

图2是本发明另一实施例提供的正负压一体流体压力调节装置的结构示意图。如图2所示，在图1的基础上，所述装置还包括电子开关模块7、驱动模块8、微控制器9及上位机10，其中：所述电子开关模块7的输出端连接所述第一电磁阀1、所述第二电磁阀2和所述第三电磁阀3，所述电子开关模块7的输入端通过所述微控制器9连接所述上位机10，所述电子开关模块7用于在所述微控制器9和所述上位机10的控制下控制所述第一电磁阀1、所述第二电磁阀2及所述第三电磁阀3的通断；所述驱动模块8的输出端连接所述隔膜泵4，所述驱动模块8的输入端通过所述微控制器9连接所述上位机10，所述驱动模块8用于在所述微控制器9和所述上位机10的控制下控制所述隔膜泵4的开启、关闭及转速。

注：图2中，外部流体介质6未示出。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过在上位机和微控制器的控制下，利用电子开关模块控制电磁阀的通断，利用驱动模块控制隔膜泵的开启、关闭及转速，实现了自动化的压力调节过程。

图3是本发明再一实施例提供的正负压一体流体压力调节装置的结构示意图。如图3所示，在图2的基础上，所述装置还包括压力传感器11，所述压力传感器11的压力测量端口接入流体通路中所述外部驱动腔5，用于进行所述外部驱动腔的压力采集，所述压力传感器11的电气输出端连接所述微控制器9；所述外部驱动腔5的压力检测结果发送给所述微控制器9。通过设置压力传感器11可以实时或根据预设规则获取外部驱动腔5的压力值，利用本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节装置可以实现压力的闭环控制，即调节压力处于预设的压力范围。

具体调节方法详见方法实施例。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过设置压力传感器，可以获取外部驱动腔的压力数值，进而可以实现外部驱动腔压力的闭环控制。

图4是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节系统的结构示意图。如图4所示，所述正负压一体流体压力调节系统包括总控制器和与所述总控制器连接的至少一个如权利要求1至3任一所述的正负压一体流体压力调节装置；其中，各个所述正负压一体流体压力调节装置在所述总控制器的控制下实现同时对多路所述外部驱动腔流体压力的调节。

上述各个所述正负压一体流体压力调节装置可以多路联合使用。实现多路流体压力的控制。所有的正负压一体流体压力调节装置可以由总控制器协调控制。

本发明实施例通过基于单个泵源和最少量电磁阀的组合，实现了多路流体压力的调节，可以实现同时提供正压和负压，并可以实现外部驱动腔可控的流体充入抽出过程；且经济实惠、结构简单，使用方便。

图5是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法的流程图。所述正负压一体流体压力调节方法包括常规流体充入流程101、压力保持流程102和常规流体抽出流程103。

图6是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法中的常规流体充入流程原理示意图。如图1、图5、图6所示，所述常规流体充入流程101，具体包括：打开所述隔膜泵4，打开所述第一电磁阀1，打开所述第二电磁阀2，关闭所述第三电磁阀3，通过调控所述隔膜泵4的运转速率控制流体充入快慢。

打开所述隔膜泵4，当隔膜泵运转时，气体从所述流体入口42吸入，从所述流体出口41出气口排出。打开所述第一电磁阀1，则所述第一电磁阀1的所述第一端口11和所述第二端口12接通，所述第一端口11和所述第三端口13断开；打开所述第二电磁阀2，则所述第二电磁阀2的所述第五端口22和所述第六端口31连通；关闭所述第三电磁阀3，则所述第三电磁阀3的所述第六端口31和所述第八端口33接通，所述第八端口33连接外部流体介质6，所述外部流体介质6可以为大气。

因此，形成了由外部流体介质6、第八端口33、第六端口31、第五端口22、第四端口21、流体入口42、流体出口41、第一端口11、第二端口12至外部驱动腔5的流体通路，通过控制隔膜泵4的运转，可以实现对外部驱动腔5的流体充入过程，并且，通过调控所述隔膜泵4的运转速率可以控制流体充入快慢。

其中，打开所述隔膜泵4，打开所述第一电磁阀1，打开所述第二电磁阀2，关闭所述第三电磁阀3的顺序可根据实际需要进行调整。

图7是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法中的压力保持流程原理示意图。如图1、图5、图7所示，所述压力保持流程102，具体包括：关闭所述隔膜泵4，关闭所述第一电磁阀1，关闭所述第二电磁阀2，关闭所述第三电磁阀3，实现所述外部驱动腔5的压力保持。

通过关闭所述隔膜泵4、所述第一电磁阀1、所述第二电磁阀2和所述第三电磁阀3，实现所述外部驱动腔5的压力保持。其中，关闭所述隔膜泵4，关闭所述第一电磁阀1，关闭所述第二电磁阀2，关闭所述第三电磁阀3的顺序可以根据实际需要调整。

图8是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法中的常规流体抽出流程原理示意图。如图1、图5、图8所示，所述常规流体抽出流程103，具体包括：打开所述隔膜泵4，关闭所述第一电磁阀1，打开所述第二电磁阀2，打开所述第三电磁阀3，通过调控所述隔膜泵4的运转速率控制流体抽出快慢。

打开所述隔膜泵4，当隔膜泵运转时，流体从所述流体入口42吸入，从所述流体出口41排出。关闭所述第一电磁阀1，则所述第一电磁阀的第一端口11和所述第二端口12断开，所述第一端口11和所述第三端口13接通，所述第三端口13连接外部流体介质6；打开所述第二电磁阀2，则所述第二电磁阀2的所述第四端口21和所述第五端口22接通；打开所述第三电磁阀3，则所述第三电磁阀3的所述第六端口31和所述第七端口32接通，所述第六端口31和所述第八端口33断开，所述第七端口32连接外部驱动腔5。

由此，形成了由外部驱动腔5、第七端口32、第六端口31、第五端口22、第四端口21、流体入口42、流体出口41、第一端口11至外部流体介质6的流体通路，通过控制隔膜泵4的运转，可以实现对外部驱动腔5的流体抽出过程，并且，通过调控所述隔膜泵4的运转速率可以控制流体抽出快慢。

其中，打开所述隔膜泵4，关闭所述第一电磁阀1，打开所述第二电磁阀2，打开所述第三电磁阀3的顺序可以根据实际需要调整。

本发明实施例通过基于单个泵源和最少量电磁阀的组合，可以实现单路供气管路同时提供正压和负压，并可以实现外部气腔可控的流体充入抽出过程；且经济实惠、结构简单，使用方便。

图9是本发明另一实施例提供的正负压一体流体压力调节方法的流程图。图10是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法中的脉冲式流体抽出流程示意图。如图1、图9、图10所示，所述正负压一体流体压力调节方法包括常规流体充入流程101、压力保持流程102、常规流体抽出流程103和脉冲式流体抽出流程104，其中，所述脉冲式流体抽出流程104，具体包括：在第一电磁阀1、第二电磁阀2及第三电磁阀3关闭的情况下，重复至少一个脉冲式流体抽出进程；所述脉冲式流体抽出进程包括：关闭所述第二电磁阀2，延时第一预设时间，在所述第一预设时间内，所述隔膜泵4短暂运行或关闭，之后打开所述第三电磁阀3；若所述外部驱动腔5为正压状态，则关闭第三电磁阀3，然后打开第二电磁阀2；若所述外部驱动腔5为负压状态，则打开第二电磁阀2，然后关闭第三电磁阀3。通过所述第一预设时间的长短和隔膜泵4的运行状态来控制脉冲式流体抽出的速率，实现更精细的可控流体抽出。同时解决了由于隔膜泵4本身结构的特性和电磁阀的响应频率有限，在负压状态下，当外部驱动腔5与环境连通时压力无法保持且处于不可控状态的缺陷。

在初始第一电磁阀1、第二电磁阀2及第三电磁阀3关闭的情况下，重复至少一个脉冲式流体抽出进程，完成脉冲式流体抽出流程104。抽出进程中通过动态控制电磁阀以及隔膜泵4，完成一个脉冲式流体抽出进程，经过一个脉冲式流体抽出进程，外部驱动腔内气压仅有微小下降，多次重复该脉冲式流体抽出进程使气压缓慢降低。所述脉冲式流体抽出进程包括下述过程：先关闭所述第二电磁阀2，延时第一预设时间，打开所述第三电磁阀3，则所述第三电磁阀3的第六端口31和第七端口32接通，则外部驱动腔5的一部分气体通过流体管道经由第七端口32、第六端口31，进入第五端口22和第六端口31之间，即第二电磁阀2和第三电磁阀3之间，在外部驱动腔5压力为正压时，之后依次关闭第三电磁阀3，并打开第二电磁阀2，所述第三电磁阀3的第六端口31和第七端口32断开，所述第二电磁阀2的第四端口21和第五端口22接通，处于第一电磁阀1和第三电磁阀3之间的流体与外部流体介质6相通，则完成一个脉冲式流体抽出进程后外部驱动腔内的压力在产生小的压降后压力保持，多次重复该流体抽出进程使流体压力缓慢降低。

同理，在外部驱动腔5压力为负压时，若在第一预设时间内短暂运行隔膜泵，短暂运行的时间可以预先设定，则流体入口42与第四端口21之间的压力为负压状态，打开第二电磁阀2，所述外部驱动腔5与第二电磁阀2的第四端口21接通，则外部驱动腔5的压力产生一个小的压降，之后关闭第三电磁阀3，所述第三电磁阀3的第六端口31和第七端口32断开，则完成一个脉冲式流体抽出进程后外部驱动腔5内的压力在产生小的压降后压力保持，多次重复所述脉冲式流体抽出进程使流体压力缓慢降低。

其中，缓慢流体抽出过程中多次重复所述脉冲式流体抽出进程，通过调整所述第一预设时间的长短和隔膜泵4的运行速率来控制缓慢流体抽出的速率，实现气压精细可控流体抽出，使流体压力逐渐降低。

在上述实施例的基础上，本发明实施例可以弥补隔膜泵流体抽出过程不存气(压力无法保持)的缺陷，实现了驱动腔的缓慢流体抽出、精细流体抽出。

图11是本发明另一实施例提供的正负压一体流体压力调节方法的流程图。图12是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法中的脉冲式流体充入流程示意图。如图1、图11、图12所示，所述正负压一体流体压力调节方法包括常规流体充入流程101、压力保持流程102、常规流体抽出流程103、脉冲式流体抽出流程104和脉冲式流体充入流程105，其中，所述脉冲式流体充入流程105，具体包括：在第一电磁阀1、第二电磁阀2和第三电磁阀3关闭的情况下，重复至少一个脉冲式流体充入进程；所述脉冲式流体充入进程具体包括：关闭第二电磁阀2，打开第一电磁阀1，延时第二预设时间，在所述第二预设时间内，所述隔膜泵4短暂运行或关闭，然后关闭所述第一电磁阀1，打开所述第二电磁阀2。

动态控制电磁阀以及隔膜泵4，完成一个流体充入进程，经过一个脉冲式流体充入进程，外部驱动腔内流体压力仅有微小上升，多次重复所述脉冲式流体充入进程使流体压力缓慢上升，一个脉冲式流体充入进程如下：关闭所述第二电磁阀2，打开所述第一电磁阀1，延时第二预设时间，延时时间内根据实际需求控制隔膜泵4的运行状态(打开或关闭)，之后关闭所述第一电磁阀1，打开所述第二电磁阀2。

其中，通过所述第二预设时间的长短和隔膜泵4的运行状态来控制脉冲式流体充入的速率，实现流体压力精细可控的缓慢升高。在实现外部驱动腔5的缓慢精细流体充入的同时，解决了由于隔膜泵4本身结构的特性和电磁阀的响应频率有限，在负压状态下，当外部驱动腔5与环境连通时压力无法保持且处于不可控状态的缺陷。

所述脉冲式流体充入进程包括：先关闭所述第二电磁阀2，打开所述第一电磁阀1，则所述第一电磁阀1的第一端口11和第二端口12接通，则外部驱动腔5与隔膜泵4连通，延时第二预设时间，在第二预设时间内控制隔膜泵4处于短暂运行或关闭状态，短暂运行的时间可以预先设定，之后依次关闭第一电磁阀1，并打开第二电磁阀2，则所述第一电磁阀1的第一端口11和第二端口12断开，所述第二电磁阀2的第四端口21和第五端口22接通，处于第一电磁阀1和第三电磁阀3之间的流体与外部流体介质6相通，完成一个脉冲式流体充入进程后外部驱动腔5内的压力在产生小的上升后压力保持，多次重复该流体充入进程使流体压力缓慢升高。

图13是本发明另一实施例提供的正负压一体流体压力调节方法的流程图。图14是本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法中的压力闭环控制流程示意图。如图3、图13、图14所示，所述正负压一体流体压力调节方法包括常规流体充入流程101、压力保持流程102、常规流体抽出流程103、脉冲式流体抽出流程104、脉冲式流体充入流程105和压力闭环控制流程106，其中，所述压力闭环控制流程106，具体包括：

目标压力值和允许误差范围获取子流程，具体包括：所述微控制器9获取所述上位机10设置的所述外部驱动腔5的目标压力值和允许误差范围；差值获取子流程，具体包括：所述微控制器9通过所述压力传感器11获取所述外部驱动腔5的实际压力值，并获取所述目标压力值减去所述实际压力值的差值；判断执行子流程，具体包括：若所述差值超出所述允许误差范围，则重复执行所述差值获取流程和闭环控制子流程；若所述差值满足所述允许误差范围，则关闭所述隔膜泵4、所述第一电磁阀1、所述第二电磁阀2和所述第三电磁阀3；其中，所述闭环控制子流程具体包括：若所述差值大于零，并且上一个计算周期的所述差值小于零，则获知发生过放，则执行所述脉冲式流体充入流程105；若所述差值大于零，并且上一个计算周期的所述差值也大于零，则执行所述常规流体充入流程101；若所述差值小于零，并且上一个计算周期的所述差值大于零，则获知发生过充，则执行所述脉冲式流体抽出流程104；若所述差值小于零，并且上一个计算周期的所述差值也小于零，则执行所述常规流体抽出流程103。

所述上位机设定所述外部驱动腔5的目标压力值和允许误差范围。所述微控制器9获取所述上位机10设置的所述外部驱动腔5的目标压力值和允许误差范围，并且通过压力传感器11获取当前的外部驱动腔5的实际压力值；比较所述目标压力值和所述实际压力值，若所述目标压力值和所述实际压力值的差值超过所述允许误差范围，则说明需要调节使得所述外部驱动腔5的实际压力值达到所述目标压力值；若所述目标压力值和所述实际压力值的差值满足所述允许误差范围，则不需进行压力的调整，关闭所述隔膜泵4、所述第一电磁阀1、所述第二电磁阀2和所述第三电磁阀3即可。

其中，在需要调节使得所述外部驱动腔5的实际压力值达到所述目标压力值时，利用所述闭环控制子流程进行一轮轮的调节，直至所述目标压力值和所述实际压力值的差值满足所述允许误差范围。

所述闭环控制子流程具体过程如下：

判断目标压力值减去实际压力值的差值(e_t)是否大于零，若是，则目标压力值大于实际压力值；则进一步判断上一计算周期(上一闭环控制子流程，上一调整过程)中的所述差值(e_t-1)的正负(因为如果上一次调整过程中所述差值(e_t-1)为零的话，则不需再进行此次调整，所以上一次调整过程中的所述差值(e_t-1)必然不为零)，若上一次闭环控制子流程中所述差值(e_t-1)小于零，说明上一次调整时目标压力值小于实际压力值，说明经过此次调整出现了过放，使得目标压力值变成了大于实际压力值。由于常规流体充入流程101是通过隔膜泵4的转速控制流体充入速率，无法实现缓慢流体充入，因此，需要执行所述脉冲式流体充入流程105，进行缓慢流体充入；若上一次闭环控制子流程中所述差值(e_t-1)大于零，则说明上一轮调整中所述目标压力值也是大于实际压力值的，说明外部驱动腔5处于正常流体充入状态，则执行所述常规流体充入流程101进行流体充入。

判断目标压力值减去实际压力值的差值(e_t)是否大于零，若否，则目标压力值小于实际压力值；则进一步判断上一计算周期(上一闭环控制子流程，上一调整过程)中的所述差值(e_t-1)的正负，若上一次闭环控制子流程中所述差值(e_t-1)大于零，说明上一次调整时目标压力值大于实际压力值，说明经过此次调整出现了过充，使得目标压力值变成了小于实际压力值。由于常规流体抽出流程103是通过隔膜泵的转速控制流体抽出速率，无法实现缓慢流体抽出，因此，需要执行所述脉冲式流体抽出流程104，进行缓慢流体抽出；若上一次闭环控制子流程中所述差值(e_t-1)小于零，则说明上一轮调整中所述目标压力值也是小于实际压力值的，说明外部驱动腔5处于正常流体抽出状态，则执行所述常规流体抽出流程103进行流体抽出。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过设置压力闭环控制流程，根据差值的大小和正负控制隔膜泵和电磁阀，最终达到设定的流体压力附近，差值在允许误差范围内，实现闭环反馈控制过程。

本发明实施例提供的正负压一体流体压力调节方法可以适用于液体、混合体、液态金属等流体介质，并不限定流体的形式。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于正负压一体流体压力调节装置的正负压一体流体压力调节方法，其特征在于，所述正负压一体流体压力调节装置包括：第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和单个隔膜泵，所述第一电磁阀包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一电磁阀打开时，所述第一端口和所述第二端口接通；所述第一电磁阀关闭时，所述第一端口和所述第三端口接通；所述第二电磁阀包括第四端口和第五端口，所述第二电磁阀打开时，所述第四端口和所述第五端口接通；所述第三电磁阀包括第六端口、第七端口和第八端口，所述第三电磁阀打开时，所述第六端口和所述第七端口接通；所述第三电磁阀关闭时，所述第六端口和所述第八端口接通；其中：

所述单个隔膜泵的流体出口和所述第一端口连通，所述单个隔膜泵的流体进口和所述第四端口连通，所述第五端口和所述第六端口连通，所述第二端口和所述第七端口汇集成一路与待调节的外部驱动腔的驱动管道连通；所述第三端口和所述第八端口分别与外部流体介质连通；

相应地，正负压一体流体压力调节方法包括：常规流体充入流程、压力保持流程和常规流体抽出流程；其中：

所述常规流体充入流程具体包括：打开所述单个隔膜泵，打开所述第一电磁阀，打开所述第二电磁阀，关闭所述第三电磁阀，通过调控所述单个隔膜泵的运转速率控制流体充入快慢；

所述压力保持流程具体包括：关闭所述单个隔膜泵，关闭所述第一电磁阀，关闭所述第二电磁阀，关闭所述第三电磁阀，实现所述外部驱动腔的压力保持；

所述常规流体抽出流程具体包括：打开所述单个隔膜泵，关闭所述第一电磁阀，打开所述第二电磁阀，打开所述第三电磁阀，通过调控所述单个隔膜泵的运转速率控制流体抽出快慢；

其中，所述正负压一体流体压力调节方法还包括：脉冲式流体抽出流程；所述脉冲式流体抽出流程具体包括：

在所述第一电磁阀、所述第二电磁阀及所述第三电磁阀关闭的情况下，重复至少一个脉冲式流体抽出进程；所述脉冲式流体抽出进程包括：关闭所述第二电磁阀，延时第一预设时间，在所述第一预设时间内，所述单个隔膜泵短暂运行或关闭，之后打开所述第三电磁阀；若所述外部驱动腔为正压状态，则关闭所述第三电磁阀，然后打开所述第二电磁阀；若所述外部驱动腔为负压状态，则打开所述第二电磁阀，然后关闭所述第三电磁阀。

2.根据权利要求1所述的正负压一体流体压力调节方法，其特征在于，所述方法还包括：脉冲式流体充入流程；所述脉冲式流体充入流程具体包括：

在所述第一电磁阀、所述第二电磁阀及所述第三电磁阀关闭的情况下，重复至少一个脉冲式流体充入进程；所述脉冲式流体充入进程具体包括：关闭第二电磁阀，打开第一电磁阀，延时第二预设时间，在所述第二预设时间内，隔膜泵短暂运行或关闭，然后关闭所述第一电磁阀，打开所述第二电磁阀。

3.根据权利要求2所述的正负压一体流体压力调节方法，其特征在于，所述方法还包括：压力闭环控制流程；所述压力闭环控制流程具体包括：

目标压力值和允许误差范围获取子流程，具体包括：微控制器获取上位机设置的所述外部驱动腔的目标压力值和允许误差范围；

差值获取子流程，具体包括：所述微控制器通过压力传感器获取所述外部驱动腔的实际压力值，并获取所述目标压力值减去所述实际压力值的差值；

判断执行子流程，具体包括：若所述差值超出所述允许误差范围，则重复执行所述差值获取流程和闭环控制子流程；若所述差值满足所述允许误差范围，则关闭所述隔膜泵、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述第三电磁阀；

其中，所述闭环控制子流程具体包括：若所述差值大于零，并且上一个计算周期的所述差值小于零，则获知发生过放，则执行所述脉冲式流体充入流程；若所述差值大于零，并且上一个计算周期的所述差值也大于零，则执行所述常规流体充入流程；若所述差值小于零，并且上一个计算周期的所述差值大于零，则获知发生过充，则执行所述脉冲式流体抽出流程；若所述差值小于零，并且上一个计算周期的所述差值也小于零，则执行所述常规流体抽出流程。

4.根据权利要求1所述的正负压一体流体压力调节方法，其特征在于，所述装置还包括：电子开关模块、驱动模块、微控制器和上位机；其中：

所述电子开关模块的输出端连接所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述第三电磁阀，所述电子开关模块的输入端通过所述微控制器连接所述上位机，所述电子开关模块用于在所述微控制器和所述上位机的控制下控制所述第一电磁阀、所述第二电磁阀及所述第三电磁阀的通断；所述驱动模块的输出端连接隔膜泵，所述驱动模块的输入端通过所述微控制器连接所述上位机，所述驱动模块用于在所述微控制器和所述上位机的控制下控制所述隔膜泵的开启、关闭及转速。

5.根据权利要求4所述的正负压一体流体压力调节方法，其特征在于，所述装置还包括压力传感器，所述压力传感器的压力测量端口接入流体通路中所述外部驱动腔，用于进行所述外部驱动腔的压力采集，所述压力传感器的电气输出端连接所述微控制器，所述外部驱动腔的压力检测结果发送给所述微控制器。

6.根据权利要求1所述的正负压一体流体压力调节方法，其特征在于，所述外部流体介质包括气体、液体、混合体及液态金属中的一种。

7.根据权利要求6所述的正负压一体流体压力调节方法，其特征在于，所述液体包括水，所述装置还包括用于储存水的容器。

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