CN111975813A - 一种深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统，深海环境模拟模块通过油缸、水柱塞缸和稳压蓄能器调节压力筒中的水介质压力；水压人工肌肉往复作动模块通过电动缸调节第一、第二小型水柱塞缸中的压力进而控制第一、第二水压人工肌肉的工作压力；可调限位模块通过螺母与调节杆的相对位置控制水压人工肌肉的收缩量；测量装置包括力传感器，位移传感器，温度传感器，第一、第二压力传感器和压力筒压力传感器，分别测量水压人工肌肉的收缩力，水压人工肌肉的收缩位移，压力筒中水介质的温度，第一、第二水压人工肌肉的工作压力和压力筒内部的压力。本发明工作时能够进行拟深海环境中水压人工肌肉的性能退化试验。

Description

一种深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统

技术领域

本发明涉及水压人工肌肉技术领域，具体而言，尤其涉及一种深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统。

背景技术

目前，流体驱动的人工肌肉是一种新型的驱动器，可以分为气动人工肌肉和水压人工肌肉。气动水压人工肌肉已经在机器人和自动化生产线等领域中应用，具有结构简单、动作平滑、输出力/重量比大等优点。水压人工肌肉不但具有结构简单，有利于实现小型化和轻型化的优势，相比气动人工肌肉输出力更大、响应速度更快、工作噪声更低。流体驱动的人工肌肉的输出力是随着工作压力的升高而增大的，提高人工肌肉的工作压力能够提高其输出力，高压力的水压人工肌肉有利于与水压传动元件，如泵、控制阀等的工作压力相匹配。

水压人工肌肉由水介质进行驱动，与海洋水有良好的兼容性，具备应用于深海水的潜力。因此对水压人工肌肉在拟深海水中进行可靠性试验尤为重要。

发明内容

根据现有技术需求，本发明提供了一种深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统。

本发明采用的技术手段如下：

一种深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统，包括深海环境模拟模块，水压人工肌肉往复作动模块、可调限位模块和相关测量装置；

所述深海环境模拟模块包括油箱、可调压油压源、单向阀、蓄能器开关截止阀、稳压蓄能器、油压三位四通换向阀、油缸、第一柱塞、水柱塞缸、进水开关截止阀、水压源和压力筒；

所述水压人工肌肉往复作动模块包括电动缸、连接件、第二柱塞、第一小型水柱塞缸、第二小型水柱塞缸、进水端供水件、固定端供水件、第一水压人工肌肉、第二水压人工肌肉和肌肉连接件；

所述可调限位模块包括固定挡板、调节杆和螺母；

所述测量装置包括力传感器、位移传感器、温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和压力筒压力传感器；

所述可调压油压源的出口连接所述单向阀的入口，所述单向阀的出口分别连接至所述蓄能器开关截止阀的一端和所述油压三位四通换向阀的P口；所述蓄能器开关截止阀的另一端连接所述稳压蓄能器；所述油压三位四通换向阀左位时P口连接A口、B口连接T口，中位为O型中位机能，右位时P口连接B口、A口连接T口；所述油压三位四通换向阀的A口连接所述油缸的有杆腔，所述油压三位四通换向阀的B口连接所述油缸的无杆腔；所述油压三位四通换向阀的T口连接所述油箱；所述油缸和所述水柱塞缸通过所述第一柱塞相连接，所述水柱塞缸接所述进水开关截止阀的一端，所述进水开关截止阀的另一端连接所述水压源的出口；所述水柱塞缸上端连通至所述压力筒；

所述第一水压人工肌肉和所述第二人工肌肉设置于所述压力筒内部，所述第一水压人工肌肉的和所述第二水压人工肌肉的封闭端通过所述肌肉连接件连接；所述进水端供水件左端设置三通接头，右端设置螺纹，所述进水端供水件的右端螺纹贯穿所述进水端盖并连接所述第一水压人工肌肉的通水端，所述三通接头位于所述进水端盖外侧，所述进水端供水件与所述进水端盖之间为密封配合；所述三通接头包括三通左接头和三通上接头，所述三通左接头连接所述力传感器的一端，所述三通上接头连接所述第一小型水柱塞缸；所述力传感器的另一端连接所述调节杆，所述调节杆贯穿所述固定挡板并与所述螺母配合固定，所述调节杆与所述固定挡板为间隙配合；所述第二水压人工肌肉的通水端固定于所述固定端盖且与所述固定端供水件连接，所述固定端供水件连接所述第二小型水柱塞缸；所述第一小型水柱塞缸与所述第二小型水柱塞缸尺寸相同，且通过所述第二柱塞进行连接；所述电动缸的伸出端通过所述连接件与所述第二柱塞连接；

通过调节所述螺母固定于所述调节杆上的位置能够改变所述第一水压人工肌肉和所述第二水压人工肌肉的总收缩位移；

所述第一水压人工肌肉和所述第二水压人工肌肉的工作压力通过所述电动缸调节所述第二柱塞的位置进行控制；所述第一压力传感器用于测量所述第一水压人工肌肉的工作压力，所述第二压力传感器用于测量所述第二水压人工肌肉的工作压力，所述压力筒压力传感器用于测量所述压力筒内部的压力；所述温度传感器用于测量所述压力筒内部的水温度；所述位移传感器用于测量所述第二水压人工肌肉的收缩位移；所述力传感器用于测量所述第一水压人工肌肉和所述第二水压人工肌肉的收缩力。

进一步地，所述压力筒包括进水端盖、筒体和固定端盖；

所述进水端盖设置进水端盖连接孔、水加压孔、排气孔和中心孔；所述进水端供水件的右端螺纹通过所述中心孔贯穿所述进水端盖，所述中心孔设置密封圈沟槽A，密封圈B设置于所述密封圈沟槽A内，所述密封圈B用于使所述进水端盖与所述进水端供水件实现密封配合；所述水柱塞缸上端连接所述水加压孔；

所述筒体两端分别设置用于固定连接所述进水端盖和所述固定端盖的连接孔；

所述固定端盖设置固定端盖连接孔、温度传感器安装孔、位移传感器安装孔及位于中心的螺纹连接孔；所述温度传感器和所述位移传感器分别通过所述温度传感器安装孔和所述位移传感器安装孔固定于固定端盖，所述位移传感器的磁环通过磁环连接件与所述肌肉连接件连接。

进一步地，所述第一柱塞位于所述油缸一端的活塞直径大于位于所述水柱塞缸一端的柱塞直径。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统，采用电动缸驱动小型水柱塞缸的第二柱塞，能够实现第一、第二水压人工肌肉工作压力的同步调节。

2、本发明提供的深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统，采用稳压蓄能器控制油缸无杆腔中的油压恒定，进而保持压力筒内部水介质压力恒定。

3、本发明提供的深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统，油缸中的活塞直径大于水柱塞缸的柱塞直径，实现低压力的油压对高压力的水压的控制。

基于上述理由本发明可在人工肌肉性能退化试验领域广泛推广。

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做以简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统结构示意图。

图2为图1中A部放大图。

图3为压力筒进水端盖结构示意图。

图4为压力筒固定端盖结构示意图。

图中：1、油箱；2、可调压油压源；3、单向阀；4、蓄能器开关截止阀；5、稳压蓄能器；6、油压三位四通换向阀；7、油缸；8、第一柱塞；9、水柱塞缸；10、进水开关截止阀；11、水压源；12、调节杆；13、螺母；14、固定挡板；15、力传感器；16、进水端供水件；161、三通上接头；162、三通左接头；17、左端盖；171、水加压孔；172、排气孔；173、进水端盖连接孔；174A、密封圈沟槽；174B、密封圈；175、中心孔；18、筒体；19、固定端盖；191、固定端盖连接孔；192、位移传感器安装孔；193、螺纹连接孔；194、温度传感器安装孔；20、温度传感器；21、固定端供水件；221、位移传感器；222、磁环；23、第一水压人工肌肉；24、第二水压人工肌肉；25、肌肉连接件；26、磁环连接件；271、第一压力传感器；272、第二压力传感器；273、压力筒压力传感器；281、第一小型水柱塞缸282、第二小型水柱塞缸；29、第二柱塞；30、连接件；31、电动缸。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1-4所示，本发明提供一种深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统，括深海环境模拟模块、水压人工肌肉往复作动模块、可调限位模块以及测量装置；

所述深海环境模拟模块包括油箱1、可调压油压源2、单向阀3、蓄能器开关截止阀4、稳压蓄能器5、油压三位四通换向阀6、油缸7、第一柱塞8、水柱塞缸9、进水开关截止阀10、水压源11和压力筒；

所述水压人工肌肉往复作动模块包括电动缸31、连接件30、第二柱塞29、第一小型水柱塞缸281、第二小型水柱塞缸282、进水端供水件16、固定端供水件20、第一水压人工肌肉23、第二水压人工肌肉24和肌肉连接件25；

所述可调限位模块包括固定挡板14、调节杆12和螺母13；

所述测量装置包括力传感器15、位移传感器221、温度传感器20、第一压力传感器271、第二压力传感器272和压力筒压力传感器273；

所述可调压油压源2的出口连接所述单向阀3的入口，所述单向阀3的出口分别连接至所述蓄能器开关截止阀4的一端和所述油压三位四通换向阀6的P口；所述蓄能器开关截止阀4的另一端连接所述稳压蓄能器5；所述油压三位四通换向阀6左位时P口连接A口、B口连接T口，中位为O型中位机能，右位时P口连接B口、A口连接T口；所述油压三位四通换向阀6的A口连接所述油缸7的有杆腔，所述油压三位四通换向阀6的B口连接所述油缸7的无杆腔；所述油压三位四通换向阀6的T口连接所述油箱1；所述油缸7和所述水柱塞缸9通过所述第一柱塞8相连接，所述水柱塞缸9连接所述进水开关截止阀10的一端，所述进水开关截止阀10的另一端连接所述水压源11的出口；所述水柱塞缸9上端连通至所述压力筒；

所述第一水压人工肌肉23和所述第二人工肌肉24设置于所述压力筒内部，所述第一水压人工肌肉23的和所述第二水压人工肌肉24的封闭端通过所述肌肉连接件25连接；所述进水端供水件16左端设置三通接头，右端设置螺纹，所述进水端供水件16的右端螺纹贯穿所述进水端盖17并连接所述第一水压人工肌肉23的通水端，所述三通接头位于所述进水端盖17外侧，所述进水端供水件16与所述进水端盖17之间为密封配合；所述三通接头包括三通左接头162和三通上接头161，所述三通左接头162连接所述力传感器15的一端，所述三通上接头161连接所述第一小型水柱塞缸281；所述力传感器15的另一端连接所述调节杆12，所述调节杆12贯穿所述固定挡板14并与所述螺母13配合固定，所述调节杆12与所述固定挡板14为间隙配合；所述第二水压人工肌肉24的通水端固定于所述固定端盖19且与所述固定端供水件20连接，所述固定端供水件20连接所述第二小型水柱塞缸282；所述第一小型水柱塞缸281与所述第二小型水柱塞缸282尺寸相同，且通过所述第二柱塞29进行连接；所述电动缸31的伸出端通过所述连接件30与所述第二柱塞29连接；

通过调节所述螺母13固定于所述调节杆12上的位置能够改变所述第一水压人工肌肉23和所述第二水压人工肌肉24的总收缩位移；

所述第一水压人工肌肉23和所述第二水压人工肌肉24的工作压力通过所述电动缸31调节所述第二柱塞29的位置进行控制；所述第一压力传感器271用于测量所述第一水压人工肌肉23的工作压力，所述第二压力传感器272用于测量所述第二水压人工肌肉24的工作压力，所述压力筒压力传感器273用于测量所述压力筒内部的压力；所述温度传感器20用于测量所述压力筒内部的水温度；所述位移传感器221用于测量所述第二水压人工肌肉24的收缩位移；所述力传感器15用于测量所述第一水压人工肌肉23和所述第二水压人工肌肉24的收缩力。

进一步地，所述压力筒包括进水端盖17、筒体18和固定端盖19；

所述进水端盖17设置进水端盖连接孔173、水加压孔171、排气孔172和中心孔175；所述进水端供水件16的右端螺纹通过所述中心孔175贯穿所述进水端盖17，所述中心孔175设置密封圈沟槽174A，密封圈174B设置于所述密封圈沟槽174A内，所述密封圈174B用于使所述进水端盖17与所述进水端供水件16实现密封配合；所述水柱塞缸9上端连接所述水加压孔171；

所述筒体18两端分别设置用于固定连接所述进水端盖17和所述固定端盖19的连接孔；

所述固定端盖19设置固定端盖连接孔191、温度传感器安装孔194、位移传感器安装孔192及位于中心的螺纹连接孔193；所述温度传感器20和所述位移传感器221分别通过所述温度传感器安装孔194和所述位移传感器安装孔192固定于固定端盖19，所述位移传感器221的磁环222通过磁环连接件26与所述肌肉连接件25连接。

进一步地，所述第一柱塞8位于所述油缸7一端的活塞直径大于位于所述水柱塞缸9一端的柱塞直径，工作时，能够通过控制所述油缸7内的油压调节所述水柱塞缸9内的水压，进而控制所述压力筒内部的水介质压力。

本发明所述深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统工作时，第二截止阀10打开、排气孔172打开，水压源11向水柱塞缸9和压力筒注水，完成后关闭进水开关截止阀10和排气孔172；调节可调压油压源2的输出油压、三位四通阀工作于右位，实现对压力筒内的水压力的控制，同时打开第一截止阀4，连通稳压蓄能器5和油缸7无杆腔，进而维持压力筒内的水介质压力稳定；调节螺母13与调节杆的相对位置，然后驱动电动缸31的伸出端，通过控制电动缸31伸出端的位置，控制第一水压人工肌肉23和第二水压人工肌肉24工作压力的压力差，同时改变第一水压人工肌肉23和第二水压人工肌肉24的工作压力；控制电动缸31伸出端执行直线往复运动，可实现水压人工肌肉在压力筒中实现循环往复对拉试验，研究水压人工肌肉在深海环境中的性能退化特性。

试验结束，关闭蓄能器开关截止阀4，油压三位四通换向阀6工作于左位，油缸7无杆腔连通油箱1卸荷，压力筒中水介质压力降低。

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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统，其特征在于，包括深海环境模拟模块，水压人工肌肉往复作动模块、可调限位模块和相关测量装置；

所述深海环境模拟模块包括油箱、可调压油压源、单向阀、蓄能器开关截止阀、稳压蓄能器、油压三位四通换向阀、油缸、第一柱塞、水柱塞缸、进水开关截止阀、水压源和压力筒；

所述水压人工肌肉往复作动模块包括电动缸、连接件、第二柱塞、第一小型水柱塞缸、第二小型水柱塞缸、进水端供水件、固定端供水件、第一水压人工肌肉、第二水压人工肌肉和肌肉连接件；

所述可调限位模块包括固定挡板、调节杆和螺母；

所述测量装置包括力传感器、位移传感器、温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和压力筒压力传感器；

所述可调压油压源的出口连接所述单向阀的入口，所述单向阀的出口分别连接至所述蓄能器开关截止阀的一端和所述油压三位四通换向阀的P口；所述蓄能器开关截止阀的另一端连接所述稳压蓄能器；所述油压三位四通换向阀的A口连接所述油缸的有杆腔，所述油压三位四通换向阀的B口连接所述油缸的无杆腔；所述油压三位四通换向阀的T口连接所述油箱；所述油缸和所述水柱塞缸通过所述第一柱塞相连接，所述水柱塞缸连接所述进水开关截止阀的一端，所述进水开关截止阀的另一端连接所述水压源的出口；所述水柱塞缸上端连通至所述压力筒；

所述第一水压人工肌肉和所述第二人工肌肉设置于所述压力筒内部，所述第一水压人工肌肉的和所述第二水压人工肌肉的封闭端通过所述肌肉连接件连接；所述进水端供水件左端设置三通接头，右端设置螺纹，所述进水端供水件的右端螺纹贯穿所述进水端盖并连接所述第一水压人工肌肉的通水端，所述三通接头位于所述进水端盖外侧，所述进水端供水件与所述进水端盖之间为密封配合；所述三通接头包括三通左接头和三通上接头，所述三通左接头连接所述力传感器的一端，所述三通上接头连接所述第一小型水柱塞缸；所述力传感器的另一端连接所述调节杆，所述调节杆贯穿所述固定挡板并与所述螺母配合固定，所述调节杆与所述固定挡板为间隙配合；所述第二水压人工肌肉的通水端固定于所述固定端盖且与所述固定端供水件连接，所述固定端供水件连接所述第二小型水柱塞缸；所述第一小型水柱塞缸与所述第二小型水柱塞缸尺寸相同，且通过所述第二柱塞进行连接；所述电动缸的伸出端通过所述连接件与所述第二柱塞连接；

通过调节所述螺母固定于所述调节杆上的位置能够改变所述第一水压人工肌肉和所述第二水压人工肌肉的总收缩位移；

所述第一水压人工肌肉和所述第二水压人工肌肉的工作压力通过所述电动缸调节所述第二柱塞的位置进行控制；所述第一压力传感器用于测量所述第一水压人工肌肉的工作压力，所述第二压力传感器用于测量所述第二水压人工肌肉的工作压力，所述压力筒压力传感器用于测量所述压力筒内部的压力；所述温度传感器用于测量所述压力筒内部的水温度；所述位移传感器用于测量所述第二水压人工肌肉的收缩位移；所述力传感器用于测量所述第一水压人工肌肉和所述第二水压人工肌肉的收缩力。

2.根据权利要求1所述的深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统，其特征在于，所述压力筒包括进水端盖、筒体和固定端盖；

所述进水端盖设置进水端盖连接孔、水加压孔、排气孔和中心孔；所述进水端供水件的右端螺纹通过所述中心孔贯穿所述进水端盖，所述中心孔设置密封圈沟槽A，密封圈B设置于所述密封圈沟槽A内，所述密封圈B用于使所述进水端盖与所述进水端供水件实现密封配合；所述水柱塞缸上端连接所述水加压孔；

所述筒体两端分别设置用于固定连接所述进水端盖和所述固定端盖的连接孔；

所述固定端盖设置固定端盖连接孔、温度传感器安装孔、位移传感器安装孔及位于中心的螺纹连接孔；所述温度传感器和所述位移传感器分别通过所述温度传感器安装孔和所述位移传感器安装孔固定于固定端盖，所述位移传感器的磁环通过磁环连接件与所述肌肉连接件连接。

3.根据权利要求1所述的深海模拟环境水压人工肌肉性能退化试验系统，其特征在于，所述第一柱塞位于所述油缸一端的活塞直径大于位于所述水柱塞缸一端的柱塞直径。

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