CN112571406A - 一种电液混合驱动特种机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电液混合驱动特种机器人及控制方法，包括电液混合机械臂、伺服液压系统和控制系统，电液混合机械臂由驱动液压缸驱动动作，伺服液压系统包括液压泵，液压泵通过伺服阀与驱动液压缸连接，驱动液压缸设置位移传感器以监测驱动液压缸的伸出位移量，液压泵、伺服阀和位移传感器均与控制系统通信；控制系统被配置为监测伺服阀的启闭状态、位移传感器的监测值/监测值变化速度以及伺服液压系统的压力值，进而调节伺服液压系统的压力。

Description

一种电液混合驱动特种机器人及控制方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种电液混合驱动特种机器人及控制方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

放射源失控是指放射源的安全不能得到有效保护，它的辐射存在伤害人员的可能性。包括放射源丢失、被盗，还包括放射源使用或贮存时防护屏蔽失效(或者被破坏，或者明显减弱)，还包括放射源的密封性严重丧失。

核能外泄又称为核熔毁，是种发生于核能反应炉故障时，严重的后遗症。核能外泄最主要原因，就是核子反应炉核心冷却系统故障，导致控制辐射的相关设备失常。

放射源失控和核泄漏均会产生恶劣的放射性事故，而放射性物质对人员健康的威胁极大。

针对放射源失控、核事故泄漏等重大公共安全事故紧急处置重大需求，目前采用核电站机器人对核辐射污染事件进行检测和处理，可以避免人体所遭遇的风险，同时可以完成一些紧急状态下的基本工作。但发明人发现，现有的核电站机器人存在机械臂负载能力小、自由度少不够灵活等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种电液混合驱动特种机器人及控制方法，该机器人通过监测伺服阀开启状态、驱动液压缸的伸出状态来调节伺服液压系统的压力值，可有效调节液压机械臂末端负载，大幅降低整机功耗。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种电液混合驱动特种机器人，包括电液混合机械臂、伺服液压系统和控制系统，电液混合机械臂由驱动液压缸驱动动作，伺服液压系统包括液压泵，液压泵通过伺服阀与驱动液压缸连接，驱动液压缸设置位移传感器以监测驱动液压缸的伸出位移量，液压泵、伺服阀和位移传感器均与控制系统通信；

控制系统被配置为监测伺服阀的启闭状态、位移传感器的监测值/监测值变化速度以及伺服液压系统的压力值，进而调节伺服液压系统的压力。

作为进一步的技术方案，所述控制系统被配置为：若满足条件一，则提高伺服液压系统的压力；所述条件一为：伺服阀处于正向开启状态，且位移传感器的监测值小于设定值，且伺服液压系统的压力值小于设定值。

作为进一步的技术方案，所述控制系统被配置为：若满足条件二，则降低伺服液压系统的压力；所述条件二为：伺服阀处于正向开启状态，且位移传感器的监测值变化速度大于设定值，且伺服液压系统的压力值大于设定值。

作为进一步的技术方案，所述控制系统被配置为：若满足条件三，则保持伺服液压系统的压力不变；所述条件三为：未满足条件一或者条件二。

作为进一步的技术方案，所述控制系统被配置为：若伺服液压系统的压力值小于设定值，则提高伺服液压系统的压力。

作为进一步的技术方案，所述液压泵与动力装置连接，动力装置与控制系统连接，控制系统通过控制动力装置的电压或电流大小，以调节伺服液压系统的压力。

作为进一步的技术方案，所述液压泵与溢流阀连接，溢流阀与控制系统连接，控制系统通过控制溢流阀的启闭，以调节伺服液压系统的压力。

作为进一步的技术方案，所述电液混合机械臂包括两个相对设置的机械臂组件，机械臂组件末端设置末端夹手，其中一个末端夹手为平板形夹爪，另一个末端夹为弧形夹爪。

作为进一步的技术方案，所述控制系统与云台、数传图传天线连接，控制系统与远程控制终端连接；所述控制系统设置于本体内，本体外部设置铅板，云台表面设有铅玻璃。

如上所述的电液混合驱动特种机器人的控制方法，包括以下步骤：

若伺服阀处于正向打开状态，且位移传感器监测的驱动液压缸的伸出位移量小于设定值，且伺服液压系统的压力值小于设定值，则控制系统控制伺服液压系统提高压力；

若伺服阀处于正向开启状态，且位移传感器监测的驱动液压缸的伸出位移量变化速度大于设定值，且伺服液压系统的压力值大于设定值，则控制系统控制伺服液压系统降低压力；

若未满足以上所述任一情况，则控制系统控制伺服液压系统保持压力不变。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

本发明的机器人，通过监测伺服阀开启状态、驱动液压缸的伸出状态以及伺服液压系统的压力值，进而相对应的调节伺服液压系统的压力值，可有效调节液压机械臂末端负载，大幅降低整机功耗。

本发明的机器人，为核电站使用的高负载比液压机器人；该机器人体积小，能量密度高、机械臂动作精准，机械臂主要承载部分采用了液压驱动，使之具备较大的载荷，同时液压缸采用了伺服阀驱动，可实现机械臂的精准动作，使机器人不仅能进行高负载作业，同时也能实现细微动作的调节。

本发明的机器人，关键部分采用了铅板、铅玻璃防护，具有一定的抵抗核辐射的能力，适用于在核辐射事故后进行清理、侦查等工作。

本发明的方法，通过监测伺服阀开启状态、驱动液压缸的伸出状态以及伺服液压系统的压力值，进而适应性的调整伺服液压系统的压力值，可有效调节液压机械臂末端负载，大幅降低整机功耗，例如在机械臂进行细微轻巧动作时，机械臂以较低功耗运行，既能保证运行精度也能降低整机功耗；该项功能实现了机械臂以与作业条件相匹配的功耗来运行，从而最大限度的避免了功率耗散，改善了液压系统普遍存在的功耗大的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书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。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的机器人示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的本体内设置结构示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的机械臂示意图；

图4是电动推杆基座示意图；

图5是机械臂基座示意图；

图6是转动构件示意图；

图7是转动构件另一角度示意图；

图8是机械臂外部整体结构示意图；

图9是机械臂内部整体结构示意图；

图10是机械臂夹手与四臂配合示意图；

图11是机械臂夹手与液压缸连接示意图；

图12是履带总成示意图；

图13是本体内部设置示意图；

图14是伺服液压系统示意图；

图15是伺服液压系统另一示意图；

图16是控制系统示意图；

图17是控制系统另一示意图；

图18是液压原理图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1-电液混合机械臂；2-压力表；3-云台；4-数传图传天线；5-履带总成；6-本体；7-溢流阀；8-伺服液压系统；9-控制系统；10-支撑框架；

11电动推杆基座；12电动推杆；13机械臂基座；14-一臂；15-二臂；16-三臂；17-四臂；18-末端夹手Ⅰ；19-末端夹手Ⅱ；

111基座上盖；112润滑轴套；113电动推杆轴；114基座中板；115基座下板；116机械臂固定板；

121电动推杆推杆腔；122电动推杆齿轮箱；123电动推杆套顶盖；124推杆；125推杆顶盖；126电机；

131电动推杆前端轴；132润滑轴套；133推杆下筋板；134推杆上筋板；135底座Ⅰ；136底座Ⅱ；137立筋板右；138标准润滑轴套；139立筋板左；1310编码器；1311传动销轴；1312回转轴承；1313回转轴承；1314联轴器；1316编码器固定支架；

141销轴Ⅰ；142销轴Ⅱ；1421液压缸鱼眼接头Ⅰ；143一臂侧板左；144一臂上盖板Ⅰ；145一臂上盖板Ⅱ；146一臂上盖板Ⅲ；147销轴Ⅲ；148销轴Ⅳ；149液压缸Ⅰ；1410液压缸Ⅱ；1411液压缸鱼眼Ⅱ；1412一臂侧板右；1413支架Ⅰ；1414支架Ⅱ；

151销轴Ⅴ；152二臂左侧板；153二臂上盖板；154二臂右侧板；155二臂下支撑板；156二臂上支撑板；

161三臂下盖板；162销轴Ⅵ；163三臂左侧板；164三臂摆动液压缸Ⅰ；165三臂上盖板；166三臂俯仰液压缸；167液压缸鱼眼Ⅲ；168销轴Ⅶ；169三臂右侧板；1610润滑轴套Ⅲ；1611液压缸鱼眼Ⅳ；

171步进电机；172四臂板Ⅰ；173四臂板Ⅱ；174销轴Ⅷ；175销轴Ⅸ；176步进电机减速器；177中空回转轴承；178四臂传动轴；179回转轴承Ⅱ；1710四臂传动板；

181夹手外壳；182夹手三联件；183夹手连杆Ⅰ；184夹手板；185夹手连杆Ⅱ；186电动推杆；187夹手传动块；188夹手连杆Ⅲ；189销轴Ⅸ；1810销轴Ⅹ；1811夹手盖板；1812夹手连杆Ⅳ；

501-转接盘；502-承重轮；503-张紧轴；504-张紧轮；505-螺纹涨紧装置；506-底盘驱动轮；

601-大梁板；602-直流无刷电机；603-横撑；604-RV减速器；605-电机控制器；606-传动轴；607-底盘底板；608-横撑Ⅱ；

801-直流电机；802-电机座板；803-液压泵；804-油箱；805过滤器支架Ⅰ；806-油过滤器；807-油路块支架；808-伺服阀；809-油路块；810-铝合金框架；811-放大器支架Ⅰ；812-伺服阀放大器；813-48V转换电源；814-油冷风扇；815-过滤器报警器；816-过滤器支架Ⅱ；817-放大器支架Ⅱ；818-直流无刷电机控制器；819-油底壳；820-角件；821-转换电源支架Ⅰ；822-转换电源支架Ⅱ；823-转换电源支架Ⅲ；

901数传发射器；902图传发射器；903-24伏短接板；904-24伏光耦；905-220伏转24伏电源；906驱动器；907控制器封装壳；908控制器固定板；909画面分割器；910-5伏短接板；911接地短接板；912-CAN通讯短接板；913-485通讯短接板；914-24伏转5伏电源；915处理器；916处理器数字输入模块；917处理器数字输出模块Ⅰ；918处理器数字输出模块Ⅱ；919处理器模拟输入模块；920处理器模拟输出模块；921-CAN通讯模块。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

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，除非本发明另外明确指出，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；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中如出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种电液混合驱动特种机器人及控制方法。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种电液混合驱动特种机器人，其包括本体6，本体6两侧底部设置履带总成5，本体顶部设置数传图传天线4、溢流阀7；本体6顶部还设置云台3、压力表2，本体6顶部还设有电液混合机械臂1。

其中，本体6的其中一部分采用的材料为铅板，具有保护内部控制器等易受核辐射损坏零部件的功能。因此，整体机器人具备一定的抗辐射能力，可实现在核辐射较强的区域内作业，如发生核泄漏、核爆炸后的核电站清理、救援、侦查等工作。

云台3，表面敷有铅玻璃，可有效抵抗一定的辐射。

数传图传天线4，可与本体内的控制系统9连接，同时还可与远程端控制器通信，接收远程发送过来的命令数据，根据远程端要求，通过控制系统实现机器人的行驶、转弯、机械臂抓取等作业。同时，数传图传天线4还可与云台3进行通信，将云台3采集的图像远程传送至操作人员的屏幕上，实现了图像的实时采集和传送。

溢流阀7，可根据实际需要和负载手动或电动调节系统压力大小，在机械臂负载低时，可将系统压力调低，通过压力表2即可观测到压力值大小，有效降低系统所需要的能耗。在机械臂负载高时，可调高系统压力，使机械臂具有更大的扭矩和力量。

本体6具有外壳，外壳内设置伺服液压系统8，外壳内还设置支撑框架10，支撑框架10上设置控制系统9，控制系统与伺服液压系统通信，伺服液压系统与电液混合机械臂连接，进而通过控制系统可控制电液混合机械臂的动作；

伺服液压系统中设置液压泵，液压泵为电液混合机械臂的液压缸提供动力，同时液压泵与压力表2、溢流阀7连接，通过压力表2可监测伺服液压系统压力大小，通过溢流阀7可调节伺服液压系统的压力。

控制系统还与履带总成5的动力装置连接，从而对履带总成的动作进行控制，进而控制机器人的行走。

电液混合机械臂1主要承载部分采用液压驱动，使之具备较大的载荷；伺服液压系统的液压泵与伺服阀连接，伺服阀与电液混合机械臂的驱动液压缸连接，电液混合机械臂由驱动液压缸驱动动作，从而使得机械臂的驱动液压缸由伺服阀驱动，伺服阀由控制系统控制，伺服液压系统8为机械臂提供带有压力的液压油，以实现机械臂的运转和作业。

伺服液压系统中设有动力装置(可采用直流电机)，直流电机与液压泵连接，由此可根据机械臂末端的负载，自行调节伺服液压系统直流电机的转速，进而调节液压系统的压力，此项功能具有节省机器人功率消耗的作用。

控制系统9是整个机器人的控制核心，可以接收操作人员在远端发送过来的命令并进行解析；也可以将现场监控得到的图像进行解析运算后发送给远端操作人员；也可以对伺服液压系统8进行控制，以实现液压油的精确供给，从而实现机械臂的精准动作。

具体的，根据云台3捕捉的被抓物体的图像，可根据作业人员的要求，通过远程调节伺服液压系统电机的电液或电流，调节电机的转速和扭矩，进而调节伺服液压系统的压力，从而调节机械臂的末端负载；作业人员也可通过远程调节溢流阀7调节系统的压力，进而调节机械臂的末端负载。

其中，压力表2可监测伺服液压系统的压力值，根据机械臂末端负载和液压缸的位移，实时显示液压缸的压力；电液混合机械臂1的驱动液压缸处设置位移传感器，实时监测驱动液压缸的伸出位移量。

该控制系统被配置为监测伺服阀的启闭状态、位移传感器的监测值/监测值变化速度以及伺服液压系统的压力值，进而调节伺服液压系统的压力。

具体的，控制系统被配置为：若满足条件一，则提高伺服液压系统的压力；所述条件一为：伺服阀处于正向开启状态，且位移传感器的监测值小于设定值，且伺服液压系统的压力值小于设定值。

控制系统被配置为：若满足条件而，则降低伺服液压系统的压力；所述条件二为：伺服阀处于正向开启状态，且位移传感器的监测值变化速度大于设定值，且伺服液压系统的压力值大于设定值。

控制系统被配置为：若满足条件三，则保持伺服液压系统的压力不变；所述条件三为：未满足条件一或者条件二。

控制系统被配置为：若伺服液压系统的压力值小于设定值，则提高伺服液压系统的压力。

由伺服液压系统的液压泵由动力装置驱动，则控制系统通过控制动力装置的电压或电流大小，以调节伺服液压系统的压力。

另外，由伺服液压系统的液压泵与溢流阀连接，则控制系统还可通过控制溢流阀的启闭，以调节伺服液压系统的压力。

该机器人的具体控制方法，步骤如下：

若伺服阀处于正向打开状态，且位移传感器监测的驱动液压缸的伸出位移量小于设定值，且伺服液压系统的压力值小于设定值，则控制系统控制伺服液压系统提高压力；

若伺服阀处于正向开启状态，且位移传感器监测的驱动液压缸的伸出位移量变化速度大于设定值，且伺服液压系统的压力值大于设定值，则控制系统控制伺服液压系统降低压力；

若未满足以上所述任一情况，则控制系统控制伺服液压系统保持压力不变。

具体来说明，本发明中，根据以下三种条件，控制系统相应来调整伺服液压系统的下一步动作。

条件一：(1)伺服阀开口正向打开；

(2)位移传感器检测到驱动液压缸伸出位移量未达到上限；

(3)压力表检测到的伺服液压系统压力未达到上限；

则控制系统给伺服液压系统的直流电机发送命令，加大伺服液压系统直流电机电压或增大电流，增加直流电机转速或者扭矩，提高伺服液压系统的压力；

当然也可通过调节溢流阀，来提高伺服液压系统的压力。

条件二：(1)伺服阀开口正向打开；

(2)位移传感器检测到驱动液压缸伸出位移速度正向增加，即作业人员控制手柄给出的速度小于驱动液压缸实际伸出速度；

(3)压力表检测到伺服液压系统压力未达到下限；

则控制系统给伺服液压系统直流电机发送命令，降低伺服液压系统直流电机电压或者减少电流，降低直流电机转速或者扭矩，降低伺服液压系统压力；

当然也可通过调节溢流阀，来降低伺服液压系统的压力。

条件三：未满足条件一或者条件二，则伺服液压系统直流电机继续保持现状工作。

若压力不足，则发送信号给控制系统，控制系统进一步发送命令给伺服液压系统直流电机，提高液压系统直流电机的转速和扭矩，进而增大伺服液压系统的压力。

通过以上三种条件情况下对伺服液压系统进行调整，可有效调节液压机械臂末端负载，大幅降低整机功耗，例如在机械臂进行细微轻巧动作时，机械臂以较低功耗运行，既能保证运行精度也能降低整机功耗；该项功能实现了机械臂以与作业条件相匹配的功耗来运行，从而最大限度的避免了功率耗散，改善了液压系统普遍存在的功耗大的问题。

以下对机器人各组成部分的结构进行一一说明。

控制系统如图16、图17所示，其具体包括数传发射器901、图传发射器902、24伏短接板903、24伏光耦904、220伏转24伏电源905、驱动器906、控制器封装壳907、控制器固定板908、画面分割器909、5伏短接板910、接地短接板911、CAN通讯短接板912、485通讯短接板913、24伏转5伏电源914、处理器915、处理器数字输入模块916、处理器数字输出模块917、处理器数字输出模块918、处理器模拟输入模块919、处理器模拟输出模块920、CAN通讯模块921。

控制器封装壳907形成壳体便于容纳各组件，控制器封装壳907顶部设置控制器固定板908，画面分割器909、5伏短接板910、接地短接板911、CAN通讯短接板912、485通讯短接板913、24伏转5伏电源914均固定于控制器固定板908顶部，其他各部分组件均固定设置于控制器封装壳907的内部空腔内。

数传发射器901通过RS232协议与处理器915通信，并通过线路连接；图传发射器902通过线路与画面分割器909连接，云台3与画面分割器通过线路连接，并将云台3所摄录的视频和图像远程通过图传发射器902实时发送至操作人员端(即主控端)；24伏短接板903、接地短接板分别与220伏转24伏电源905的输出正负电压端通过线路连接；24伏转5伏电源914的输入正负端分别与220伏转24伏电源905的输出正负电压端通过线路连接；CAN通讯短接板912分为两部分，一部分用来接CAN通讯A线，另一部分用来接CAN通信B线；485通讯短接板913分为两部分，一部分用来接RS485通信的T线，另一部分用来接RS485通信的R线。所有机械臂上装的用来探测机械臂俯仰的角度的倾角传感器，通过RS485通信分别接在485通讯短接板913上；倾角传感器所需的5伏电源和接地，分别接在5伏短接板910和接地短接板911上；485通讯短接板913接入处理器915的RS485通信端口，CAN通讯短接板912与CAN通信模块921相接；CAN通讯模块921、处理器模拟输出模块920、处理器模拟输入模块919、处理器数字输出模块918、处理器数字输出模块917、处理器数字输入模块916分别与处理器915通过端口硬连接。驱动器906的输出端与电机126通过线路相连，用来实现电机的正反转；驱动器906的输入端与处理器数字输出模块917通过线路相连，进而实现通过处理器915控制电机126的正反转。24伏光耦904实现了处理器数字输出模块917、处理器数字输出模块918、处理器模拟输出模块920的输出信号，由24伏输出信号，转变为5伏信号，进而控制机器人中用0到5伏电压控制的设备。处理器数字输出模块917、处理器数字输出模块918接机器人中所有的断路器等开关量设备；处理器模拟输出模块920接机器人中伺服阀放大器等模拟量设备。

云台3通过控制线与画面分割器909相连，画面分割器909的信号端与图传发射器902通过信号线连接，从而实现了视频图像的远程传送，即操作人员可实时观看云台采集的视频图像。云台3的控制线与处理器模拟输出模块920相连，从而可实现操作人员远程控制云台3的水平旋转，进而使云台3获得更广和更灵活的视角。

如图3-图11所示，电液混合机械臂1包括两个机械臂组件，其中一个机械臂组件末端设置末端夹手Ⅰ18，另一个机械臂组件末端设置末端夹手Ⅱ19，两个机械臂组件其他结构组成相同，均包括：电动推杆12、机械臂基座13、一臂14、二臂15、三臂16、四臂17，电动推杆一端与电动推杆基座11连接，电动推杆另一端与机械臂基座13连接，电动推杆基座11、机械臂基座13均固定于本体6顶部，且机械臂基座13可以转动，电动推杆的伸缩实现了机械臂基座13的转动；机械臂基座13与一臂14连接，一臂14与二臂15连接，二臂15与三臂16连接，三臂16与四臂17连接，四臂17与末端夹手连接：一个机械臂组件的四臂与末端夹手Ⅰ连接，另一个机械臂组件的四臂与末端夹手Ⅱ连接。

末端夹手Ⅰ为平板形夹爪，末端夹手Ⅱ为弧形夹爪。

电动推杆基座11包括基座上盖111、润滑轴套112、电动推杆轴113、基座中板114、基座下板115、机械臂固定板116；机械臂固定板116固定于本体6，电动推杆基座各结构设置于机械臂固定板。

基座下板115固定于机械臂固定板116，基座下板115与基座中板114连接，基座中板114上方设置基座上盖111，基座上盖111、基座中板114之间通过电动推杆轴113连接，电动推杆12的一端是孔位，电动推杆轴113用来固定电动推杆这个孔，电动推杆可以绕这个电动推杆轴转动，电动推杆轴113套设润滑轴套112。

电动推杆12包括推杆腔121、电动推杆齿轮箱122、电动推杆套顶盖123、推杆124、推杆顶盖125、电机126；电动推杆与电动推杆基座通过轴连接。

推杆124在推杆腔121内往复运动，推杆腔121端部由电动推杆套顶盖123封堵，避免推杆滑出；电机126通过电动推杆齿轮箱122带动推杆124往复移动，推杆124端部设置推杆顶盖125，推杆顶盖与机械臂基座连接。

机械臂基座13可转动，机械臂基座13包括电动推杆前端轴131、润滑轴套132、推杆下筋板133、推杆上筋板134、底座Ⅰ135、底座Ⅱ136、右立筋板137、标准润滑轴套138、左立筋板139；电动推杆前端轴131与电动推杆的推杆顶盖125连接，电动推杆前端轴131套设润滑轴套132，电动推杆前端轴131与推杆下筋板133、推杆上筋板134转动连接，推杆下筋板133、推杆上筋板134与转动构件连接，转动构件顶部设置底座Ⅱ136，转动构件底部设置底座Ⅰ135，底座Ⅰ135固定于机械臂固定板116，底座Ⅱ136与右立筋板137、左立筋板139连接，右立筋板137、左立筋板139与一臂14之间通过销轴Ⅰ141连接，销轴Ⅰ141套设标准润滑轴套138。

转动构件包括传动销轴1311，传动销轴1311外周设置回转轴承1312，传动销轴1311通过联轴器1314与编码器1310连接，编码器1310通过编码器固定支架1316固定。

销轴Ⅱ142处套设液压缸鱼眼接头Ⅰ1421，液压缸鱼眼接头Ⅰ1421与液压缸Ⅰ149的推杆通过螺纹连接。

编码器1310与控制系统连接，具体的，编码器1310通过控制线与CAN通讯模块921相连，操作人员不仅可实时获得机械臂水平旋转的位置角度，也可使机械臂水平旋转的精度得到大幅提高。

四臂17的步进电机171与控制系统通信，具体的，步进电机171通过控制线与驱动器906相连，驱动器906使能接线端和dir接线端与处理器数字输出模块Ⅱ918相连，驱动器906的PWM接线端与处理器模拟输出模块920通过控制线连接，从而实现了操作人员对步进电机171的旋转速度、方向、位置的控制，进而实现操作人员对末端夹手的旋转动作。

本发明中电液混合机械臂的机械臂组件采用中国发明专利CN201910522450X中的机械臂结构，在此不再赘述。

电动推杆12动作可推动机械臂基座13转动，从而整个机械臂组件可发生转动；通过各液压缸的动作，可实现整个机械臂组件六自由度的运动。

末端夹手Ⅰ18包括夹手外壳181、夹手三联件182、夹手连杆Ⅰ183、夹手板184、夹手连杆Ⅱ185、电动推杆186、夹手传动块187、夹手连杆Ⅲ188、销轴Ⅸ189、销轴Ⅹ1810、夹手盖板1811、夹手连杆Ⅳ1812；夹手外壳181一端与四臂17连接，另一端与夹手三联件182连接，夹手三联件182两端均通过夹手连杆组件与夹手板184连接，夹手连杆组件由相互平行的夹手连杆Ⅰ183、夹手连杆Ⅱ185组成，夹手板的形状为弧形，两个夹手相对设置可以更牢固的抓取圆弧型的物体。

夹手外壳181内设置电动推杆186，电动推杆186的输出端与夹手传动块187连接，夹手传动块187通过销轴Ⅹ1810与夹手连杆Ⅲ188、夹手连杆Ⅳ1812连接，夹手连杆Ⅲ、夹手连杆Ⅳ分别与一夹手连杆组件连接；夹手连杆组件的夹手连杆通过销轴Ⅸ189与夹手盖板1811连接。

末端夹手Ⅱ19其他结构与末端夹手Ⅰ18相同，区别在于夹手板设置为平板形，可以抓取方形物体。

两个机械臂组件的末端夹手一个用来抓取方形物体，另一个弧形的末端夹手用来抓取弧形曲面的物体。

末端夹手通过电动推杆186带动开合，电动推杆186的正负电源线分别与驱动器906相连，驱动器906与处理器模拟输出模块920通过控制线相连，从而可实现操作人员对电动推杆186的控制，进而实现操作人员对末端夹手的开合动作进行精确控制。

履带总成5包括转接盘501、承重轮502、张紧轴503、张紧轮504、螺纹涨紧装置505，转接盘501与底盘驱动轮506连接，底盘驱动轮用来驱动履带运动。履带总成的履带挂接在底盘驱动轮506、承重轮502、张紧轮504，张紧轮504通过张紧轴503与螺纹涨紧装置505连接。

本体6的外壳由大梁板601、底盘底板607等组成，其外壳内设有直流无刷电机602、RV减速器604、电机控制器605，电机控制器605与传动轴606连接，外壳内设置横撑Ⅰ603、横撑Ⅱ608，横撑Ⅰ603、横撑Ⅱ608用来固定两个大梁板601，防止其变形，影响内部零部件的安装。

电机602与电机控制器605通过电线和控制线相连，电机控制器605通过电线与48伏转换电源813相连，且通过控制线与处理器数字输出模块917相连，从而控制系统9可通过对直流无刷电机602的控制，实现机器人的行走、转弯等动作。

如图14所示，伺服液压系统包括直流电机801、电机座板802、液压泵803、油箱804、过滤器支架Ⅰ805、油过滤器806、油路块支架807、伺服阀808、油路块809、铝合金框架810、放大器支架Ⅰ811、伺服阀放大器812、48V转换电源813、油冷风扇814、过滤器报警器815、过滤器支架Ⅱ816、放大器支架Ⅱ817、直流无刷电机控制器818、油底壳819、角件820、转换电源支架Ⅰ821、转换电源支架Ⅱ822、转换电源支架Ⅲ823。

48V转换电源813的48V输出端与直流无刷电机控制器818电源输入端通过电线相连，直流无刷电机控制器818的电源输出端与直流电机801的电源线通过电线相连。直流无刷电机控制器818的信号端通过控制线与处理器数字输出模块Ⅰ917相连，从而实现了控制系统9对直流电机801的启停控制，即操作人员可远程控制伺服液压系统8的启停。

转换电源支架Ⅰ821、转换电源支架Ⅱ822、转换电源支架Ⅲ823、放大器支架Ⅰ811、过滤器支架Ⅱ816、放大器支架Ⅱ817、油路块支架807、过滤器支架Ⅰ805、铝合金框架810以及液压站内其他钣金结构用来固定液压站内的全部设备和零部件。

油箱804用来给液压泵803供油，液压泵803供油口和回油口分别与油箱804内部连接相通。油冷风扇814可以实现液压系统内所有回油的散热，进而避免液压系统油温过高。同时，油冷风扇814可以增强其下方液压系统电机以及周围电子设备的风冷散热。图15中，电子设备全部集中在一起，不仅可以通过散热风扇增大全部电子设备的通风散热，也可保护电子设备被周围液压元件的油侵染短路。

机器人液压系统使用了一种溢流阀风冷方案，将机械臂流出的液压油全部经过散热风扇进行冷却，可有效防止油温快速升高，使机器人即使在高负载作业条件下，依然能实现液压系统的长时间稳定运转。

液压泵803的出油口与油过滤器806的进油口相通，油过滤器806的出油口分别与油路块809进油口、压力表2油口、溢流阀7进油口通过液压管连接相通，溢流阀7的出油口分别与油路块809出油口、油冷风扇814进油口通过液压管连接相通，油冷风扇814出油口与液压泵803的回油口通过液压管连接相通。

2个油路块809的8个A口分别与8个液压缸的1口通过液压管连接相通，2个油路块809的8个B口分别与8个液压缸的2口通过液压管连接相通。

伺服阀808与伺服阀放大器812J1接口通过控制线连接，伺服阀放大器812的J2接口与处理器模拟输出模块920通过控制线相连。从而实现了控制系统9对伺服阀808流量的控制，即通过伺服阀808实现了控制系统9对进入各个液压缸流量的精确控制。

本发明采用理论分析、软件仿真和实验相结合的研究方法，突破了核电站应急处置机器人的轻量化设计、多自由度机械臂控制等系列关键技术。本发明的机器人具备防辐射、远程监控、实时遥操作等能力，解决现有核电站机器人机械臂负载能力小、自由度少不够灵活等问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电液混合驱动特种机器人，其特征是，包括电液混合机械臂、伺服液压系统和控制系统，电液混合机械臂由驱动液压缸驱动动作，伺服液压系统包括液压泵，液压泵通过伺服阀与驱动液压缸连接，驱动液压缸设置位移传感器以监测驱动液压缸的伸出位移量，液压泵、伺服阀和位移传感器均与控制系统通信；

控制系统被配置为监测伺服阀的启闭状态、位移传感器的监测值/监测值变化速度以及伺服液压系统的压力值，进而调节伺服液压系统的压力。

2.如权利要求1所述电液混合驱动特种机器人，其特征是，所述控制系统被配置为：若满足条件一，则提高伺服液压系统的压力；所述条件一为：伺服阀处于正向开启状态，且位移传感器的监测值小于设定值，且伺服液压系统的压力值小于设定值。

3.如权利要求2所述电液混合驱动特种机器人，其特征是，所述控制系统被配置为：若满足条件二，则降低伺服液压系统的压力；所述条件二为：伺服阀处于正向开启状态，且位移传感器的监测值变化速度大于设定值，且伺服液压系统的压力值大于设定值。

4.如权利要求3所述电液混合驱动特种机器人，其特征是，所述控制系统被配置为：若满足条件三，则保持伺服液压系统的压力不变；所述条件三为：未满足条件一或者条件二。

5.如权利要求1所述电液混合驱动特种机器人，其特征是，所述控制系统被配置为：若伺服液压系统的压力值小于设定值，则提高伺服液压系统的压力。

6.如权利要求1所述电液混合驱动特种机器人，其特征是，所述液压泵与动力装置连接，动力装置与控制系统连接，控制系统通过控制动力装置的电压或电流大小，以调节伺服液压系统的压力。

7.如权利要求1所述电液混合驱动特种机器人，其特征是，所述液压泵与溢流阀连接，溢流阀与控制系统连接，控制系统通过控制溢流阀的启闭，以调节伺服液压系统的压力。

8.如权利要求1所述电液混合驱动特种机器人，其特征是，所述电液混合机械臂包括两个相对设置的机械臂组件，机械臂组件末端设置末端夹手，其中一个末端夹手为平板形夹爪，另一个末端夹为弧形夹爪。

9.如权利要求1所述电液混合驱动特种机器人，其特征是，所述控制系统与云台、数传图传天线连接，控制系统与远程控制终端连接；所述控制系统设置于本体内，本体外部设置铅板，云台表面设有铅玻璃。

10.如权利要求1所述的电液混合驱动特种机器人的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

若伺服阀处于正向打开状态，且位移传感器监测的驱动液压缸的伸出位移量小于设定值，且伺服液压系统的压力值小于设定值，则控制系统控制伺服液压系统提高压力；

若伺服阀处于正向开启状态，且位移传感器监测的驱动液压缸的伸出位移量变化速度大于设定值，且伺服液压系统的压力值大于设定值，则控制系统控制伺服液压系统降低压力；

若未满足以上所述任一情况，则控制系统控制伺服液压系统保持压力不变。

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