CN110816659A - 独立驱动与独立转向机器人二次调节液压移动平台 - Google Patents

独立驱动与独立转向机器人二次调节液压移动平台 Download PDF

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Abstract

一种独立驱动与独立转向机器人二次调节液压移动平台主要包括车轮、平台本体、电磁制动器和二次调节液压驱动装置等；通过调节平台左侧或右侧二次元件的排量大小，来调节平台左侧或右侧车轮的转速和转角大小，实现平台转向；四个二次元件通过减速器分别驱动四个车轮，调节二次元件分别处在液压马达或液压泵工况，来驱动平台运动或回收其制动动能和坡道重力能，储存在蓄能器中，用于移动平台的起动、加速和爬坡运动；本发明适合在野外、高速、大负载的工况下工作，移动平台承载大、牵引能力强；能够实现能量的回收与再利用，大大减少了移动平台的装机功率。

Description

独立驱动与独立转向机器人二次调节液压移动平台
技术领域
本发明涉及一种机器人移动平台，具体是一种独立驱动与独立转向机器人二次调节液压移动平台。
背景技术
移动平台是机器人的载体，目前移动平台通常采用电驱动方式，例如国外的明电舍、国内的新松移动平台都是电机驱动，移动平台操纵、控制性能较好，但大多只适用于室内环境工作，普适性较差，且移动速度低，机动越野性及承载牵引能力不足，不适用于高速、大负载的工况。
液压传动以其传动平稳、调速方便、功率质量比大、承载牵引能力强等优点，在工程领域得到了广泛的应用，成为机械传动领域中重要传动形式之一。二次调节静液传动技术是一种新型的液压传动技术，在恒压网络中采用二次元件实现机械能、重力势能与液压能相互转换的调节技术，通过改变二次元件的排量，实现对负载转矩或转速的调节，通过改变二次元件油流方向（过零点），使二次元件既可在“液压马达”工况工作，又可在“液压泵”工况工作。当二次元件工作于液压马达工况时，液压能转换为机械能，向移动平台输出功率，驱动平台运动；当二次元件工作于液压泵工况，回收平台的制动动能和坡道重力势能，并转换为液压能储存在蓄能器中，用于移动平台的起动、加速和爬坡运动，实现节能降耗。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术中电驱动方式的不足，提供一种采用二次调节静液传动技术的节能型机器人液压移动平台，可工作于野外、高速、大负载的工况，实现能量再生，且降低了移动平台的装机功率。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案：
一种独立驱动与独立转向机器人二次调节液压移动平台，包括左前车轮、左前电磁制动器、左前减速器、左前变量装置、左前二次元件、左前二次元件支座、前挡板、油箱、电机、电机支座、变量泵、右前二次元件、右前变量装置、右前减速器、右前车轮、右前电磁制动器、右前二次元件支座、右侧板、减压阀、溢流阀、单向阀、右后车轮、右后电磁制动器、右后减速器、右后变量装置、右后二次元件、右后二次元件支座、后挡板、蓄能器支座、蓄能器、左后二次元件支座、左后变量装置、左后二次元件、左后减速器、左侧板、左后电磁制动器、左后车轮、底板、上盖板；
左前车轮的车轮轴通过左前电磁制动器安装在左前减速器的输出轴上，左后车轮通过左后电磁制动器安装在左后减速器的输出轴上，左前电磁制动器、左后电磁制动器安装在平台本体左侧板的外侧面上，左前减速器、左后减速器安装在平台本体左侧板的内侧面上，右前车轮的车轮轴通过右前电磁制动器安装在右前减速器的输出轴上，右后车轮通过右后电磁制动器安装在右后减速器的输出轴上，右前电磁制动器、右后电磁制动器安装在平台本体右侧板的外侧面上，右前减速器、右后减速器安装在平台本体右侧板的内侧面上；
前挡板、右侧板、后挡板、左侧板、底板、上盖板构成平台本体，前挡板、右侧板、后挡板、左侧板与底板之间焊接在一起，与上盖板通过螺栓联接；
左前减速器、左前变量装置、左前二次元件、油箱、电机、变量泵、右前二次元件、右前变量装置、右前减速器、减压阀、溢流阀、单向阀、右后减速器、右后变量装置、右后二次元件、蓄能器、左后变量装置、左后二次元件、左后减速器构成移动平台的二次调节液压驱动装置；
左前伺服阀、左前变量油缸构成左前变量装置，左前变量装置安装在左前二次元件上，左前二次元件通过左前二次元件支座安装在平台本体底板上，左前二次元件的输出轴与左前减速器的输入轴连接；
右前伺服阀、右前变量油缸构成右前变量装置，右前变量装置安装在右前二次元件上，右前二次元件通过右前二次元件支座安装在平台本体底板上，右前二次元件的输出轴与右前减速器的输入轴连接；
右后伺服阀、右后变量油缸构成右后变量装置，右后变量装置安装在右后二次元件上，右后二次元件通过右后二次元件支座安装在平台本体底板上，右后二次元件的输出轴与右后减速器的输入轴连接；
左后伺服阀、左后变量油缸构成左后变量装置，左后变量装置安装在左后二次元件上，左后二次元件通过左后二次元件支座安装在平台本体底板上，左后二次元件的输出轴与左后减速器的输入轴连接；
电机、变量泵安装在电机支座上，电机支座固定在油箱上，减压阀、溢流阀、单向阀安装在油箱上，油箱用螺栓固定在平台本体底板上，蓄能器通过蓄能器支座安装在平台本体底板上；变量泵、单向阀、溢流阀构成恒压油源。
本发明与现有技术相比，所产生的有益效果是：
可工作于野外、高速、大负载的工况；转向灵活、机动越野性好、承载大、牵引能力强；能够实现移动平台制动动能和坡道重力势能能量的回收与再利用；
液压蓄能器能量密度高，输出功率大，能提供较大的起动、制动扭矩，大大减少了移动平台的装机功率。
（四）附图说明
图1 是独立驱动与独立转向机器人二次调节液压移动平台结构示意图；
图2 是独立驱动与独立转向机器人二次调节液压移动平台A—A视图；
图3 是独立驱动与独立转向机器人二次调节液压移动平台液压系统原理图；
图中：1.左前车轮，2.左前电磁制动器，3.左前减速器，4.左前变量装置，5.左前二次元件，6.左前二次元件支座，7.前挡板，8.油箱，9.电机，10.电机支座，11.变量泵，12.右前二次元件，13.右前变量装置，14.右前减速器，15.右前车轮，16.右前电磁制动器，17.右前二次元件支座，18.右侧板，19.减压阀，20.溢流阀，21.单向阀，22.右后车轮，23.右后电磁制动器，24.右后减速器，25.右后变量装置，26.右后二次元件，27.右后二次元件支座，28.后挡板，29.蓄能器支座，30.蓄能器，31.左后二次元件支座，32.左后变量装置，33.左后二次元件，34.左后减速器，35.左侧板，36.左后电磁制动器，37.左后车轮，38.底板，39.上盖板。
（五）具体实施方式
下面结合附图1、2、3和实施例对本发明进一步说明。
如图1、2、3所示，本发明包括左前车轮1、左前电磁制动器2、左前减速器3、左前变量装置4、左前二次元件5、左前二次元件支座6、前挡板7、油箱8、电机9、电机支座10、变量泵11、右前二次元件12、右前变量装置13、右前减速器14、右前车轮15、右前电磁制动器16、右前二次元件支座17、右侧板18、减压阀19、溢流阀20、单向阀21、右后车轮22、右后电磁制动器23、右后减速器24、右后变量装置25、右后二次元件26、右后二次元件支座27、后挡板28、蓄能器支座29、蓄能器30、左后二次元件支座31、左后变量装置32、左后二次元件33、左后减速器34、左侧板35、左后电磁制动器36、左后车轮37、底板38、上盖板39等。左前车轮1的车轮轴通过左前电磁制动器2安装在左前减速器3的输出轴上，左后车轮37通过左后电磁制动器36安装在左后减速器34的输出轴上，左前电磁制动器2、左后电磁制动器36安装在平台本体左侧板35的外侧面上，左前减速器3、左后减速器34安装在平台本体左侧板35的内侧面上；右前车轮15的车轮轴通过右前电磁制动器16安装在右前减速器14的输出轴上，右后车轮22通过右后电磁制动器23安装在右后减速器24的输出轴上，右前电磁制动器16、右后电磁制动器23安装在平台本体右侧板18的外侧面上，右前减速器14、右后减速器24安装在平台本体右侧板18的内侧面上。由前挡板7、右侧板18、后挡板28、左侧板35、底板38、上盖板39等构成平台本体，前挡板7、右侧板18、后挡板28、左侧板35与底板38之间焊接在一起，与上盖板39通过螺栓联接。
由左前减速器3、左前变量装置4、左前二次元件5、油箱8、电机9、变量泵11、右前二次元件12、右前变量装置13、右前减速器14、减压阀19、溢流阀20、单向阀21、右后减速器24、右后变量装置25、右后二次元件26、蓄能器30、左后变量装置32、左后二次元件33、左后减速器34等构成移动平台的二次调节液压驱动装置。由左前伺服阀4-2、左前变量油缸4-1等构成左前变量装置4，左前变量装置4安装在左前二次元件5上，左前二次元件5通过左前二次元件支座6安装在平台本体底板38上，左前二次元件5的输出轴与左前减速器3的输入轴连接。由右前伺服阀13-2、右前变量油缸13-1等构成右前变量装置13，右前变量装置13安装在右前二次元件12上，右前二次元件12通过右前二次元件支座17安装在平台本体底板38上，右前二次元件12的输出轴与右前减速器14的输入轴连接。由右后伺服阀25-2、右后变量油缸25-1等构成右后变量装置25，右后变量装置25安装在右后二次元件26上，右后二次元件26通过右后二次元件支座27安装在平台本体底板38上，右后二次元件26的输出轴与右后减速器24的输入轴连接，由左后伺服阀32-2、左后变量油缸32-1等构成左后变量装置32，左后变量装置32安装在左后二次元件33上，左后二次元件33通过左后二次元件支座31安装在平台本体底板38上，左后二次元件33的输出轴与左后减速器34的输入轴连接。电机9、变量泵11安装在电机支座10上，电机支座10固定在油箱8上，减压阀19、溢流阀20、单向阀21安装在油箱8上，油箱8用螺栓固定在平台本体底板38上，蓄能器30通过蓄能器支座29安装在平台本体底板38上。变量泵11、单向阀21、溢流阀20构成恒压油源。
本发明的工作原理如下：
开始工作时，电机9驱动变量泵11工作，向蓄能器30充油。
当移动平台起动、加速、运动时，控制器发出控制指令给左前伺服阀4-2、右前伺服阀13-2、右后伺服阀25-2、左后伺服阀32-2，分别控制左前变量油缸4-1、右前变量油缸13-1、右后变量油缸25-1、左后变量油缸32-1活塞杆的伸缩，调节左前二次元件5、右前二次元件12、右后二次元件26、左后二次元件33过零点处在液压马达工况工作，此时，蓄能器30中储存的高压油释放出来，与变量泵11共同向左前二次元件5、右前二次元件12、右后二次元件26、左后二次元件33供油，驱动移动平台运动。通过调节左前二次元件5、右前二次元件12、右后二次元件26、左后二次元件33的同时顺时针或逆时针旋转，可使移动平台向前或向后运动。
当控制器发出控制指令给右前伺服阀13-2、右后伺服阀25-2，控制右前变量油缸13-1、右后变量油缸25-1增大或减小右前二次元件12、右后二次元件26的排量，右前车轮15、右后车轮22的转速就增大或减小，使移动平台向左或向右转向。当控制器发出控制指令给左前伺服阀4-2、左后伺服阀32-2，控制右前变量油缸13-1、左后变量油缸32-1增大或减小左前二次元件5、左后二次元件33的排量，左前车轮1、左后车轮37的转速就增大或减小，使移动平台向右或向左转向。工作中，通过调节左前二次元件5、左后二次元件33、右前二次元件12、右后二次元件26的排量大小，来调节左前车轮1、左后车轮37、右前车轮15、右后车轮22的转角大小。
当移动平台开始制动或下长坡道时，控制器发出控制信号给左前伺服阀4-2、右前伺服阀13-2、右后伺服阀25-2、左后伺服阀32-2，分别控制左前变量油缸4-1、右前变量油缸13-1、右后变量油缸25-1、左后变量油缸32-1活塞杆的伸缩，调节左前二次元件5、右前二次元件12、右后二次元件26、左后二次元件33过零点处在液压泵工况工作，左前二次元件5、右前二次元件12、右后二次元件26、左后二次元件33在平台惯性动能或重力势能的作用下，输出高压油流向并储存蓄能器30中，向系统回馈能量，为下一次移动平台的起动、加速、爬坡运动提供能量。当左前二次元件5、右前二次元件12、右后二次元件26、左后二次元件33转速降低到设定值或平台速度降到较低值时，控制器发出控制信号给左前电磁制动器2、右前电磁制动器16、右后电磁制动器23、左后电磁制动器36，移动平台进行制动。当移动平台需要紧急制动时，不经制动能量和重力势能的回收过程，直接制动。
工作中，可调节左前二次元件5、右前二次元件12、右后二次元件26、左后二次元件33的排量大小，来适应移动平台的工况变化。

Claims (1)

1.一种独立驱动与独立转向机器人二次调节液压移动平台，包括左前车轮（1）、左前电磁制动器（2）、左前减速器（3）、左前变量装置（4）、左前二次元件（5）、左前二次元件支座（6）、前挡板（7）、油箱（8）、电机（9）、电机支座（10）、变量泵（11）、右前二次元件（12）、右前变量装置（13）、右前减速器（14）、右前车轮（15）、右前电磁制动器（16）、右前二次元件支座（17）、右侧板（18）、减压阀（19）、溢流阀（20）、单向阀（21）、右后车轮（22）、右后电磁制动器（23）、右后减速器（24）、右后变量装置（25）、右后二次元件（26）、右后二次元件支座（27）、后挡板（28）、蓄能器支座（29）、蓄能器（30）、左后二次元件支座（31）、左后变量装置（32）、左后二次元件（33）、左后减速器（34）、左侧板（35）、左后电磁制动器（36）、左后车轮（37）、底板（38）、上盖板（39）；
其特征在于：左前车轮（1）的车轮轴通过左前电磁制动器（2）安装在左前减速器（3）的输出轴上，左后车轮（37）通过左后电磁制动器（36）安装在左后减速器（34）的输出轴上，左前电磁制动器（2）、左后电磁制动器（36）安装在平台本体左侧板(35)的外侧面上，左前减速器（3）、左后减速器（34）安装在平台本体左侧板(35)的内侧面上，右前车轮（15）的车轮轴通过右前电磁制动器（16）安装在右前减速器（14）的输出轴上，右后车轮（22）通过右后电磁制动器（23）安装在右后减速器（24）的输出轴上，右前电磁制动器（16）、右后电磁制动器（23）安装在平台本体右侧板(18)的外侧面上，右前减速器（14）、右后减速器（24）安装在平台本体右侧板(18)的内侧面上；
前挡板（7）、右侧板（18）、后挡板（28）、左侧板（35）、底板（38）、上盖板（39）构成平台本体，前挡板（7）、右侧板（18）、后挡板（28）、左侧板（35）与底板（38）之间焊接在一起，与上盖板（39）通过螺栓联接；
左前减速器（3）、左前变量装置（4）、左前二次元件（5）、油箱（8）、电机（9）、变量泵（11）、右前二次元件（12）、右前变量装置（13）、右前减速器（14）、减压阀（19）、溢流阀（20）、单向阀（21）、右后减速器（24）、右后变量装置（25）、右后二次元件（26）、蓄能器（30）、左后变量装置（32）、左后二次元件（33）、左后减速器（34）构成移动平台的二次调节液压驱动装置；
左前伺服阀（4-2）、左前变量油缸（4-1）构成左前变量装置（4），左前变量装置（4）安装在左前二次元件（5）上，左前二次元件（5）通过左前二次元件支座（6）安装在平台本体底板（38）上，左前二次元件（5）的输出轴与左前减速器（3）的输入轴连接；
右前伺服阀（13-2）、右前变量油缸（13-1）构成右前变量装置（13），右前变量装置（13）安装在右前二次元件（12）上，右前二次元件（12）通过右前二次元件支座（17）安装在平台本体底板（38）上，右前二次元件（12）的输出轴与右前减速器（14）的输入轴连接；
右后伺服阀（25-2）、右后变量油缸（25-1）构成右后变量装置（25），右后变量装置（25）安装在右后二次元件（26）上，右后二次元件（26）通过右后二次元件支座（27）安装在平台本体底板（38）上，右后二次元件（26）的输出轴与右后减速器（24）的输入轴连接；
左后伺服阀（32-2）、左后变量油缸（32-1）构成左后变量装置（32），左后变量装置（32）安装在左后二次元件（33）上，左后二次元件（33）通过左后二次元件支座（31）安装在平台本体底板（38）上，左后二次元件（33）的输出轴与左后减速器（34）的输入轴连接；
电机（9）、变量泵（11）安装在电机支座（10）上，电机支座（10）固定在油箱（8）上，减压阀（19）、溢流阀（20）、单向阀（21）安装在油箱（8）上，油箱（8）用螺栓固定在平台本体底板（38）上，蓄能器（30）通过蓄能器支座（29）安装在平台本体底板（38）上；
变量泵（11）、单向阀（21）、溢流阀（20）构成恒压油源。
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