CN113294393B - 排爆机器人的液压动力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种排爆机器人的液压动力系统，其包括：油箱组件、电机、油泵、扭矩联轴器，安全阀、第一电磁阀和第一负载阀组。油泵从油箱组件内抽取液压油。安全阀与油泵的输出口、油箱组件相连通。第一电磁阀为两位三通阀，第一P口与安全阀的进口相连通，第一T口与油箱组件相连通，第一A口与第一负载阀组相连通。第一电磁阀断电时，第一T口和第一A口相连通；第一电磁阀得电时，第一P口和第一A口相连通。第一负载阀组包括相互并联并接口方向相反的第一单向阀与第一溢流阀，第一A口与第一单向阀的进口相连通，第一单向阀的出口与用于连接机械手臂抓取动作单元的端口相连通。利用本装置能够保证排爆机器人的机械手臂运动稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种排爆机器人的液压动力系统。
背景技术
随着国际反恐局势的日益严峻，对于危险物、爆炸物的安全处置已成为各国反恐工作中重要的组成部分。对危险物、爆炸物的处置是一项危险性极大的工作，排爆机器人能够协助武警、公安执行反恐排除爆炸物、危险品销毁等任务。在智能辅助或人工控制下，能够通过一般的地面到达可疑爆炸物所在的地点完成对可疑物的侦察、转移或排除任务，排爆效率高，大大降低了人员的伤亡。
与国外相比，我国在排爆机器人方面研究起步比较晚，排爆机器人类型也很有限，其动力系统还存在工作不稳定，提供输出力不足等诸多缺点。为了提高排爆机器人运行的稳定性和保证机械手臂抓取力大小以及机械手臂控制的精准度，利用高效、精准、稳定的油液动力系统来操控排爆机器人，为其工作提供强大的动力，降低在排除过程中的失误和运动精度不够，力度不够导致的排爆工作失败，利用液压动力系统提供排动力已经成为爆机器人行业的技术前沿，也是将来发展的必然趋势。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中中排爆机器人运行不稳定的缺陷，提供一种输出动力稳定的排爆机器人的液压动力系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种排爆机器人的液压动力系统，其特点在于，其包括：
油箱组件，所述油箱组件用于盛放液压油；
电机泵组，所述电机泵组包括电机、油泵、扭矩联轴器，所述电机通过所述扭矩联轴器驱动所述油泵从所述油箱组件内抽取液压油；
控制组件，所述控制组件包括安全阀、第一电磁阀和第一负载阀组；
所述安全阀的两端分别与所述油泵的输出口、所述油箱组件相连通；
所述第一电磁阀为两位三通阀，所述第一电磁阀设有第一P口、第一T口和第一A口，所述第一P口与所述安全阀的进口相连通，所述第一T口与所述油箱组件相连通，所述第一A口与所述第一负载阀组相连通，所述第一电磁阀断电时，所述第一P口断开，所述第一T口和所述第一A口相连通；所述第一电磁阀得电时，所述第一T口断开，所述第一P口和所述第一A口相连通；
所述第一负载阀组包括相互并联的第一单向阀与第一溢流阀，所述第一单向阀与所述第一溢流阀的接口方向相反，所述第一A口与所述第一单向阀的进口、所述第一溢流阀的出口相连通，所述第一单向阀的出口、所述第一溢流阀的进口与用于连接机械手臂抓取动作单元的端口相连通。
较佳地，所述控制组件还包括遥控泄压阀，所述遥控泄压阀为两位两通的电磁阀，所述遥控泄压阀的两端分别连通于所述安全阀的进口和所述油箱组件；所述遥控泄压阀断电时，所述遥控泄压阀的两端处于连通状态；所述遥控泄压阀得电时，所述遥控泄压阀的两端处于断开状态。
较佳地，所述控制组件还包括第二电磁阀和第二负载阀组；
所述第二电磁阀为两位三通阀，所述第二电磁阀设有第二P口、第二T口和第二A口，所述第二P口与所述安全阀的进口相连通，所述第二T口与所述油箱组件相连通，所述第二A口与所述第二负载阀组相连通，所述第二电磁阀断电时，所述第二P口断开，所述第二T口和所述第二A口相连通；所述第二电磁阀得电时，所述第二T口断开，所述第二P口和所述第二A口相连通；
所述第二负载阀组包括相互并联的第二单向阀与第二溢流阀，所述第二单向阀与所述第二溢流阀的接口方向相反，所述第二A口与所述第二单向阀的进口、所述第二溢流阀的出口相连通，所述第二单向阀的出口、所述第二溢流阀的进口与用于连接机械手臂转向单元的端口相连通。
较佳地，所述控制组件还包括压力传感器，所述压力传感器与所述安全阀的进口相连接。
较佳地，所述控制组件还包括高压过滤器，所述高压过滤器安装于所述油泵与所述安全阀相连接的管路上。
较佳地，所述排爆机器人的液压动力系统包括控制阀块，所述安全阀、所述第一电磁阀、所述第一负载阀组、所述第二电磁阀、所述第二负载阀组和所述高压过滤器安装于所述控制阀块上。
较佳地，所述排爆机器人的液压动力系统还包括功能阀块，所述油箱组件和所述电机泵组安装于所述功能阀块上。
较佳地，所述排爆机器人的液压动力系统还包括环形密封圈，所述环形密封圈安装于所述电机与所述功能阀块之间。
较佳地，所述油箱组件包括油箱和空气过滤器，所述空气过滤器安装于所述油箱的顶面。
较佳地，所述油箱的侧面开有用于观察液位的液位观察孔。
较佳地，所述油箱的底部开有放油孔，所述放油孔上安装有放油塞。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：通过油箱组件、电机泵组和控制组件能够向用于连接机械手臂抓取动作单元的端口稳定输出固定油压的液压油，从而保证排爆机器人的机械手臂运动稳定。
附图说明
图1为本发明优选实施例中排爆机器人的液压动力系统的立体结构示意图。
图2为本发明优选实施例中排爆机器人的液压动力系统的爆炸示意图。
图3为本发明优选实施例中排爆机器人的液压动力系统的液压原理图。
附图标记说明：
油箱组件 100
油箱 110
空气过滤器 120
放油塞 130
吸油过滤器 140
液位观察孔 150
电机泵组 200
电机 210
油泵 220
扭矩联轴器 230
控制组件 300
安全阀 310
第一电磁阀 320
第一P口 321
第一T口 322
第一A口 323
第一负载阀组 330
第一单向阀 331
第一溢流阀 332
遥控泄压阀 340
第二电磁阀 350
第二P口 351
第二T口 352
第二A口 353
第二负载阀组 360
第二单向阀 361
第二溢流阀 362
压力传感器 370
高压过滤器 380
控制阀块 400
功能阀块 500
环形密封圈 600
固定底板 700
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置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。
如图1-图3所示，一种排爆机器人的液压动力系统，其包括：油箱组件100、电机泵组200和控制组件300。油箱组件100用于盛放液压油。电机泵组200包括电机210、油泵220、扭矩联轴器230，电机210通过扭矩联轴器230驱动油泵220从油箱组件100内抽取液压油。控制组件300包括安全阀310、第一电磁阀320和第一负载阀组330。安全阀310的两端分别与油泵220的输出口、油箱组件100相连通。第一电磁阀320为两位三通阀，第一电磁阀320设有第一P口321、第一T口322和第一A口323，第一P口321与安全阀310的进口相连通，第一T口322与油箱组件100相连通，第一A口323与第一负载阀组330相连通，第一电磁阀320断电时，第一P口321断开，第一T口322和第一A口323相连通；第一电磁阀320得电时，第一T口322断开，第一P口321和第一A口323相连通。第一负载阀组330包括相互并联的第一单向阀331与第一溢流阀332，第一单向阀331与第一溢流阀332的接口方向相反，第一A口323与第一单向阀331的进口、第一溢流阀332的出口相连通，第一单向阀331的出口、第一溢流阀332的进口与用于连接机械手臂抓取动作单元的端口相连通。
在本方案中，外部控制器给电机210发送工作信号，电机210转动并通过扭矩联轴器230驱动油泵220工作，油泵220抽取油箱组件100内的液压油并输送至第一电磁阀320。当第一电磁阀320得电时，液压油通过第一P口321、第一A口323输送至第一负载阀组330，油液在第一负载阀组330内从第一单向阀331的入口流向第一单向阀331的出口并最终输送至用于连接机械手臂抓取动作单元的端口，驱动机械手臂的机械爪执行抓取动作。为了准确控制机械爪的抓取力，安全阀310预设有整个液压动力系统的输出压力，当系统内的油压不断升高达到预设的输出压力时，液压油通过安全阀310回流至油箱110内，使系统的油压不再继续升高，保证了机械手臂的抓取力能够得到有效控制。当机械手臂完成抓取动作需要张开机械爪时，第一电磁阀320处于断电状态，通过调整第一溢流阀332的溢流压力，能够调整机械爪的张开动作的灵敏程度，利用机械爪中内置弹簧的张力作用，机械手臂内的液压油能够通过第一溢流阀332回流至油箱组件100内。本实施例中，电机210为伺服电机210，油泵220为高压油泵220。高压油泵220结构为高压外啮合齿轮泵，最高压力达250bar，最高承受转速7000r/min，内部由两个高精度齿轮在固定位置相啮合，每转动一个齿距会排出相同体积的油液。同时，为防止油箱组件100内的杂质进入液压系统，油泵220的进油口连接有一吸油过滤器140。通过油箱组件100、电机泵组200和控制组件300能够向用于连接机械手臂抓取动作单元的端口稳定输出固定油压的液压油，从而保证排爆机器人的机械手臂运动稳定。
排爆机器人在工作状态时，为保证其反应的灵敏度，油泵220始终处于工作状态，但若控制组件300始终处于高油压状态容易造成液压元件损坏，同时油泵220的功耗也过大。为解决上述问题，控制组件300还包括遥控泄压阀340，遥控泄压阀340为两位两通的电磁阀，遥控泄压阀340的两端分别连通于安全阀310的进口和油箱组件100；遥控泄压阀340断电时，遥控泄压阀340的两端处于连通状态；遥控泄压阀340得电时，遥控泄压阀340的两端处于断开状态。当机械手臂不需要执行动作时，遥控泄压阀340处于断电状态，油泵220输出的液压油直接通过遥控泄压阀340回流至油箱组件100内。当机械手臂需要执行动作时，遥控泄压阀340处于得电状态，油泵220输出的液压油直接输入至控制组件300内。
在本方案中，控制组件300还包括第二电磁阀350和第二负载阀组360。第二电磁阀350为两位三通阀，第二电磁阀350设有第二P口351、第二T口352和第二A口353，第二P口351与安全阀310的进口相连通，第二T口352与油箱组件100相连通，第二A口353与第二负载阀组360相连通，第二电磁阀350断电时，第二P口351断开，第二T口352和第二A口353相连通；第二电磁阀350得电时，第二T口352断开，第二P口351和第二A口353相连通。第二负载阀组360包括相互并联的第二单向阀361与第二溢流阀362，第二单向阀361与第二溢流阀362的接口方向相反，第二A口353与第二单向阀361的进口、第二溢流阀362的出口相连通，第二单向阀361的出口、第二溢流阀362的进口与用于连接机械手臂转向单元的端口相连通。
第二电磁阀350和第二负载阀组360主要用于使机械手臂执行转向动作。当第二电磁阀350得电时，油泵220输出的液压油通过第二P口351和第二A口353输入至第二负载阀组360，油液在第二负载阀组360内从第二单向阀361的入口流向第二单向阀361的出口并最终输送至用于连接机械手臂转动动作单元的端口，驱动机械手臂执行转向动作。安全阀310能够控制机械手臂的转向速度。当机械手臂转到设定位置后，第二电磁阀350断电，此时在第二溢流阀362的作用下，机械手臂内的液压油处于保压状态，因此机械手臂能够保持旋转后的角度不变。通过调整第二溢流阀362的溢流压力，能够使机械手臂内的液压油通过第二溢流阀362回流至油箱组件100内，从而使机械手臂处于自由旋转的状态。溢流阀的溢流压力不同，机械手臂能够自由转动的灵敏程度不一样。
为了准确控制液压系统的油压，控制组件300还包括压力传感器370，压力传感器370与安全阀310的进口相连接。压力传感器370用于检查液压动力系统压力值并反馈信号，控制电机210的工作状态。压力传感器370可以不受电磁、冲击干扰，压力监测精度高，受外界干扰小，采用0-20ma输出方式，方便与多种PLC的转换和读取二次利用，同时也可以通过压力传感器370反馈的压力来计算机械手臂抓取的张合力，来更好地调整机械手臂。
为了进一步过滤液压系统中的杂质，控制组件300还包括高压过滤器380，高压过滤器380安装于油泵220与安全阀310相连接的管路上。高压过滤器380由高精度过滤网和密封壳体组成，在密封壳体表面经过锌镍合金处理。
本方案中，排爆机器人的液压动力系统包括控制阀块400，安全阀310、第一电磁阀320、第一负载阀组330、第二电磁阀350、第二负载阀组360和高压过滤器380安装于控制阀块400上。利用控制阀块400便于安装各控制元件，结构简单，安装使用便捷。
另外，排爆机器人的液压动力系统还包括功能阀块500，油箱组件100和电机泵组200安装于功能阀块500上。本方案中，功能阀块500与控制阀块400通过固定底板700相连接固定。
控制阀块400与功能阀块500在装配前，去除毛刺，放在高温爆破冲洗机中去除杂质。
为了保证油箱组件100与电机210之间的密封性，排爆机器人的液压动力系统还包括环形密封圈600，环形密封圈600安装于电机210与功能阀块500之间。本实施例中，环形密封圈600的材料为氟硅橡胶，可以在-60℃-200℃温度范围内保持物理特性，保证液压动力系统无泄露。环形密封圈600在安装之前在其表面涂有一层抗氧化润滑脂，能够减少高温对密封圈的加速老化。
油箱组件100包括油箱110和空气过滤器120，空气过滤器120安装于油箱110的顶面。空气过滤器120里面有一层铜颗粒经高温高压压成的呼吸密封板，可以阻挡外部的污染，同时可以平衡油箱110大气压。
另外，油箱110的侧面开有用于观察液位的液位观察孔150。油箱110的底部开有放油孔(图中未示出)，放油孔上安装有放油塞130。
在本方案中，第一溢流阀332与第二溢流阀362在调定压力设定好以后，阀体有一个防松动螺母(图中未示出)，防止压力误调或波动。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种排爆机器人的液压动力系统，其特征在于，其包括：
油箱组件，所述油箱组件用于盛放液压油；
电机泵组，所述电机泵组包括电机、油泵、扭矩联轴器，所述电机通过所述扭矩联轴器驱动所述油泵从所述油箱组件内抽取液压油；
控制组件，所述控制组件包括安全阀、第一电磁阀、第一负载阀组、遥控泄压阀、第二电磁阀、第二负载阀组、压力传感器；
所述安全阀的两端分别与所述油泵的输出口、所述油箱组件相连通；
所述第一电磁阀为两位三通阀，所述第一电磁阀设有第一P口、第一T口和第一A口，所述第一P口与所述安全阀的进口相连通，所述第一T口与所述油箱组件相连通，所述第一A口与所述第一负载阀组相连通，所述第一电磁阀断电时，所述第一P口断开，所述第一T口和所述第一A口相连通；所述第一电磁阀得电时，所述第一T口断开，所述第一P口和所述第一A口相连通；
所述第一负载阀组包括相互并联的第一单向阀与第一溢流阀，所述第一单向阀与所述第一溢流阀的接口方向相反，所述第一A口与所述第一单向阀的进口、所述第一溢流阀的出口相连通，所述第一单向阀的出口、所述第一溢流阀的进口与用于连接机械手臂抓取动作单元的端口相连通；
所述遥控泄压阀为两位两通的电磁阀，所述遥控泄压阀的两端分别连通于所述安全阀的进口和所述油箱组件；所述遥控泄压阀断电时，所述遥控泄压阀的两端处于连通状态；所述遥控泄压阀得电时，所述遥控泄压阀的两端处于断开状态；
所述第二电磁阀为两位三通阀，所述第二电磁阀设有第二P口、第二T口和第二A口，所述第二P口与所述安全阀的进口相连通，所述第二T口与所述油箱组件相连通，所述第二A口与所述第二负载阀组相连通，所述第二电磁阀断电时，所述第二P口断开，所述第二T口和所述第二A口相连通；所述第二电磁阀得电时，所述第二T口断开，所述第二P口和所述第二A口相连通；
所述第二负载阀组包括相互并联的第二单向阀与第二溢流阀，所述第二单向阀与所述第二溢流阀的接口方向相反，所述第二A口与所述第二单向阀的进口、所述第二溢流阀的出口相连通，所述第二单向阀的出口、所述第二溢流阀的进口与用于连接机械手臂转向单元的端口相连通；
所述压力传感器与所述安全阀的进口相连接。
2.如权利要求1所述的排爆机器人的液压动力系统，其特征在于，所述控制组件还包括高压过滤器，所述高压过滤器安装于所述油泵与所述安全阀相连接的管路上。
3.如权利要求2所述的排爆机器人的液压动力系统，其特征在于，所述排爆机器人的液压动力系统包括控制阀块，所述安全阀、所述第一电磁阀、所述第一负载阀组、所述第二电磁阀、所述第二负载阀组和所述高压过滤器安装于所述控制阀块上。
4.如权利要求1所述的排爆机器人的液压动力系统，其特征在于，所述排爆机器人的液压动力系统还包括功能阀块，所述油箱组件和所述电机泵组安装于所述功能阀块上。
5.如权利要求4所述的排爆机器人的液压动力系统，其特征在于，所述排爆机器人的液压动力系统还包括环形密封圈，所述环形密封圈安装于所述电机与所述功能阀块之间。
6.如权利要求1所述的排爆机器人的液压动力系统，其特征在于，所述油箱组件包括油箱和空气过滤器，所述空气过滤器安装于所述油箱的顶面。
7.如权利要求6所述的排爆机器人的液压动力系统，其特征在于，所述油箱的侧面开有用于观察液位的液位观察孔。
8.如权利要求6所述的排爆机器人的液压动力系统，其特征在于，所述油箱的底部开有放油孔，所述放油孔上安装有放油塞。
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