CN112253560B - 一种基于液压半桥的水压柔性臂驱动与控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于液压半桥的水压柔性臂驱动与控制系统，该控制系统的柔性臂的每个人工肌肉连接一个压力控制阀，通过压力控制阀控制每根人工肌肉的驱动压力，来控制柔性臂的空间位置，压力控制阀的节流阀一端与人工肌肉连接，另一端与水箱连接，比例节流阀一端与人工肌肉连接，另一端与单向阀连接，水液压泵出口分别连接单向阀和溢流阀，溢流阀与水箱连接，水液压泵与水箱连接。本发明为水压驱动的各种柔性驱动器提供稳定的可调的压力，根据水液压控制阀现有技术，通过液压半桥原理实现对柔性臂的驱动与控制，同时将液压半桥回路中起固定液阻作用的节流阀与起可调液阻作用的比例节流阀集成到一起，减少了系统的复杂性，达到了集成化的作用。

Description

一种基于液压半桥的水压柔性臂驱动与控制系统
技术领域
本发明涉及一种基于液压半桥的水压柔性臂驱动与控制系统，属于水压柔性臂驱动与控制系统技术领域。
背景技术
水下机器人是海洋开发中不可缺少的工具，水下作业机械手是其关键技术之一。目前水下机械手的驱动主要采用液压缸或者液压马达，虽然技术比较成熟，但是仍存在活塞杆受海水侵蚀以及环境污染等问题。利用人工肌肉组成的柔性臂是模拟章鱼手臂的生物结构衍生出的一种新型水下工作装置。通过控制输入水压的不同实现柔性臂的弯曲、旋转、伸缩等运动。柔性臂不同于现有的水下液压驱动的机械臂，它具有力质量比大、响应速度快、工作效率高、能与水下环境兼容、环保等优点。
水压传动的能源、资源、物力及财力消耗要远远低于油压传动和其他介质传动，水液压驱动柔性臂Water Hydraulic Flexible Arm(WHFA)具有良好的柔性、绿色环保等特点，并以其优异的驱动性能广泛应用于机器人和自动化生产线等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，在食品、医疗等领域有很大的应用价值，尤其适于多种非结构环境下工作，如在深海作业等。
气动人工肌肉的控制一般通过节流阀、减压阀、或者其他节流控制回路来改变充排气的速率，从而来调节人工肌肉的压力。但是水液压的比例减压阀的技术尚不成熟，相关产品制造难度大，很难利用现有产品来适应水压人工肌肉小流量、流量变化快以及流量变化比率大等特点。水压人工肌肉直接通过节流控制压力也非常困难。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中提到的技术问题，提出一种基于液压半桥的水压柔性臂驱动与控制系统，为水压驱动的各种柔性驱动器提供稳定的可调的压力，根据水液压控制阀现有的技术水平，通过液压半桥原理可以实现对柔性臂的驱动与控制，同时将液压半桥回路中起固定液阻作用的节流阀与起可调液阻作用的比例节流阀集成到一起，减少了系统的复杂性，达到了集成化的作用。
本发明提出一种基于液压半桥的水压柔性臂驱动与控制系统，包括柔性臂、若干压力控制阀、单向阀、溢流阀、电机、水液压泵和若干水箱，所述柔性臂由若干人工肌肉组成，每个人工肌肉连接一个压力控制阀，通过压力控制阀控制每根人工肌肉的驱动压力，来控制柔性臂的空间位置，
所述压力控制阀包括节流阀和比例节流阀，所述节流阀一端与人工肌肉连接，另一端与水箱连接，所述比例节流阀一端与人工肌肉连接，另一端与单向阀连接，所述水液压泵出口分别连接单向阀和溢流阀，所述溢流阀与水箱连接，水液压泵与水箱连接，所述水液压泵还与电机连接。
优选地，所述压力控制阀还包括阀体、第一快速接头和第二快速接头，所述第二快速接头位于阀体的底部，与单向阀连接，所述第二快速接头上安装比例节流阀，水通过比例节流阀进水口分成两路，一路通过第一快速接头流入人工肌肉，另一路通过节流阀和阀体回到水箱。
优选地，所述节流阀包括内丝螺纹管帽、节流阀阀芯和螺纹套管，所述节流阀阀芯通过螺纹套管垂直插入阀体内，所述节流阀阀芯外端头套有内丝螺纹管帽，所述内丝螺纹管帽起密封的作用防止水通过节流阀阀芯泄露，整个压力控制阀组成了一个C型半桥。
优选地，所述比例节流阀包括比例电磁铁、比例节流阀阀芯、弹簧和阀座，所述阀座与第二快速接头连接，上方连接比例节流阀阀芯，所述比例节流阀阀芯上方连接比例电磁铁，所述比例节流阀阀芯外周套有弹簧，工作时通过控制比例电磁铁的输出力，在通过弹簧将比例电磁铁的输出力转换成比例节流阀阀芯的位移，从而控制比例节流阀的开度，进而实现压力的调节。
本发明所述的基于液压半桥的水压柔性臂驱动与控制系统的有益效果为：
1、本发明所述的基于液压半桥的水压柔性臂驱动与控制系统，将组成C型半桥的节流阀和比例节流阀集成到一起，达到了简化系统的作用。
2、本发明所述的基于液压半桥的水压柔性臂驱动与控制系统，采用液压半桥原理来控制柔性臂的驱动压力，进而实现柔性臂的控制，很好的解决了柔性臂压力控制难的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明所述的一种基于液压半桥的水压柔性臂驱动与控制系统的原理图；
图2是本发明所述的基于C型半桥的压力控制阀结构示意图；
其中，1-第一人工肌肉，2-第二人工肌肉，3-第三人工肌肉，4-柔性臂，5-压力控制阀，6-节流阀，7-比例节流阀，8-单向阀，9-溢流阀，10-电机，11-水液压泵，12-水箱，13-比例电磁铁，14-比例节流阀阀芯，15-弹簧，16-阀体，17-内丝螺纹管帽，18-节流阀阀芯，19-螺纹套管，20-下阀盖，21-第一快速接头，22-阀座，23-第二快速接头。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-2说明本实施方式。本实施方式所述的基于液压半桥的水压柔性臂驱动与控制系统，包括柔性臂4、若干压力控制阀5、单向阀8、溢流阀9、电机10、水液压泵11和若干水箱12，所述柔性臂4由若干人工肌肉组成，每个人工肌肉连接一个压力控制阀5，通过压力控制阀5控制每根人工肌肉的驱动压力，来控制柔性臂4的空间位置，
所述压力控制阀5包括节流阀6和比例节流阀7，所述节流阀6一端与人工肌肉连接，另一端与水箱12连接，所述比例节流阀7一端与人工肌肉连接，另一端与单向阀8连接，所述水液压泵11出口分别连接单向阀8和溢流阀9，所述溢流阀9与水箱12连接，水液压泵11与水箱12连接，所述水液压泵11还与电机10连接。
所述压力控制阀5还包括阀体16、第一快速接头21和第二快速接头23，所述第二快速接头23位于阀体16的底部，与单向阀8连接，所述第二快速接头23上安装比例节流阀7，水通过比例节流阀7进水口分成两路，一路通过第一快速接头21流入人工肌肉，另一路通过节流阀6和阀体16回到水箱12。
所述节流阀6包括内丝螺纹管帽17、节流阀阀芯18和螺纹套管19，所述节流阀阀芯18通过螺纹套管19垂直插入阀体16内，所述节流阀阀芯18外端头套有内丝螺纹管帽17，所述内丝螺纹管帽17起密封的作用防止水通过节流阀阀芯18泄露，整个压力控制阀5组成了一个C型半桥。
所述比例节流阀7包括比例电磁铁13、比例节流阀阀芯14、弹簧15和阀座22，所述阀座22与第二快速接头23连接，上方连接比例节流阀阀芯14，所述比例节流阀阀芯14上方连接比例电磁铁13，所述比例节流阀阀芯14外周套有弹簧15，工作时通过控制比例电磁铁13的输出力，在通过弹簧15将比例电磁铁13的输出力转换成比例节流阀阀芯18的位移，从而控制比例节流阀的开度，进而实现压力的调节。
基于附图1，所述的基于C型半桥的压力控制阀5是将液压半桥回路中起固定液阻作用的节流阀6集成到起可调液阻作用的比例节流阀中7，通过调节比例节流阀的开口即可调节驱动柔性臂的压力，即实现对柔性臂空间位置的控制，所述的柔性臂由三根水压人工肌肉，第一人工肌肉1、第二人工肌肉2和第三人工肌肉3组成，通过控制每根水压人工肌肉的驱动压力，来控制柔性臂的空间位置。
所述的水液压泵11出口分别连接溢流阀9和单向阀8，所述的单向阀8连接三个由节流阀6和比例节流阀7组成的基于C型半桥的压力控制阀5，每个基于C型半桥的压力控制阀分别连接水压第一人工肌肉1、第二人工肌肉2和第三人工肌肉3，三根人工肌肉组成一个柔性臂4；所述的溢流阀9和三个基于C型半桥的压力控制阀5中的节流阀与水箱12连接。同时压力控制阀5还可以重构成B型桥和A型桥。本发明采用液压半桥原理来控制柔性臂的驱动压力，进而实现柔性臂的控制，很好的解决了柔性臂压力控制难的问题。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于液压半桥的水压柔性臂驱动与控制系统，其特征在于，包括柔性臂(4)、若干压力控制阀(5)、单向阀(8)、溢流阀(9)、电机(10)、水液压泵(11)和若干水箱(12)，所述柔性臂(4)由若干人工肌肉组成，每个人工肌肉连接一个压力控制阀(5)，通过压力控制阀(5)控制每根人工肌肉的驱动压力，来控制柔性臂(4)的空间位置，
所述压力控制阀(5)包括节流阀(6)和比例节流阀(7)，所述节流阀(6)一端与人工肌肉连接，另一端与水箱(12)连接，所述比例节流阀(7)一端与人工肌肉连接，另一端与单向阀(8)连接，所述水液压泵(11)出口分别连接单向阀(8)和溢流阀(9)，所述溢流阀(9)与水箱(12)连接，水液压泵(11)与水箱(12)连接，所述水液压泵(11)还与电机(10)连接；
所述压力控制阀(5)还包括阀体(16)、第一快速接头(21)和第二快速接头(23)，所述第二快速接头(23)位于阀体(16)的底部，与单向阀(8)连接，所述第二快速接头(23)上安装比例节流阀(7)，水通过比例节流阀(7)进水口分成两路，一路通过第一快速接头(21)流入人工肌肉，另一路通过节流阀(6)和阀体(16)回到水箱(12)；
所述节流阀(6)包括内丝螺纹管帽(17)、节流阀阀芯(18)和螺纹套管(19)，所述节流阀阀芯(18)通过螺纹套管(19)垂直插入阀体(16)内，所述节流阀阀芯(18)外端头套有内丝螺纹管帽(17)，所述内丝螺纹管帽(17)起密封的作用防止水通过节流阀阀芯(18)泄露，整个压力控制阀(5)组成了一个C型半桥；
所述比例节流阀(7)包括比例电磁铁(13)、比例节流阀阀芯(14)、弹簧(15)和阀座(22)，所述阀座(22)与第二快速接头(23)连接，上方连接比例节流阀阀芯(14)，所述比例节流阀阀芯(14)上方连接比例电磁铁(13)，所述比例节流阀阀芯(14)外周套有弹簧(15)，工作时通过控制比例电磁铁(13)的输出力，在通过弹簧(15)将比例电磁铁(13)的输出力转换成比例节流阀阀芯(14)的位移，从而控制比例节流阀的开度，进而实现压力的调节。
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