[發(fā)明專(zhuān)利]可控變截面液壓缸及其液壓控制系統(tǒng)和控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410311711.0
• 申請(qǐng)日: 2014-07-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104132023A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊軍宏;徐小軍;尚建忠;羅自榮;王卓;薛勇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F15B15/16
• 分類(lèi)號(hào): F15B15/16;F15B11/16;F15B11/028
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專(zhuān)利事務(wù)所 43114
• 代理人: 顏勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可控變截面液壓缸及其液壓控制系統(tǒng)和控制方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)移動(dòng)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)、感知、路徑規(guī)劃和控制等領(lǐng)域得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了娛樂(lè)服務(wù)、人機(jī)互動(dòng)、極端環(huán)境偵查等復(fù)雜功能，但是能源和驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展滯后，導(dǎo)致移動(dòng)機(jī)器人負(fù)載能力有限，制約了移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用化。現(xiàn)有研究表明，當(dāng)動(dòng)力源的輸出壓力超過(guò)3.5MPa時(shí)，同功率的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比純機(jī)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有更高的功率密度。采用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是提高負(fù)載能力的有效途徑。目前許多研究單位開(kāi)始嘗試用液壓動(dòng)力系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人，如美國(guó)波士頓動(dòng)力公司研制的BIGDOG、petman，意大利理工大學(xué)的KenKenⅡ液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人，另外由中國(guó)863高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助的高性能四足機(jī)器人項(xiàng)目明確提出要采用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

由于重量和體積的限制，移動(dòng)機(jī)器人的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用的都是單泵源—多執(zhí)行器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該類(lèi)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率非常低下，主要原因是各執(zhí)行器的負(fù)載在同一時(shí)刻都不相同，并且同一執(zhí)行器在不同時(shí)刻負(fù)載也不相同，一個(gè)泵源不能同時(shí)與多個(gè)執(zhí)行器的負(fù)載進(jìn)行功率匹配，一般選擇大功率執(zhí)行器負(fù)載進(jìn)行匹配，由此導(dǎo)致其他執(zhí)行器支路出現(xiàn)大量節(jié)流耗損，造成效率低下。

效率低下會(huì)造成如下問(wèn)題：動(dòng)力源的功率要求高，動(dòng)力源的重量和體積會(huì)上升；完成同樣的工作需要的能量(如汽油)增加，重量增加；系統(tǒng)液壓元件性能指標(biāo)要求會(huì)提高，液壓元件的重量和體積會(huì)增加；系統(tǒng)發(fā)熱會(huì)更嚴(yán)重，冷卻系統(tǒng)的功率就會(huì)變大，冷卻系統(tǒng)的體積和重量就會(huì)增加。因此效率低下會(huì)嚴(yán)重影響移動(dòng)機(jī)器人的負(fù)載能力。

現(xiàn)有提高單泵源—多執(zhí)行器液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率的方法很多，如進(jìn)回油獨(dú)立節(jié)流控制、電液混合動(dòng)力和能量回收技術(shù)、負(fù)載敏感泵控技術(shù)、液壓變壓器等。這些技術(shù)節(jié)能效果有限、并且沒(méi)有考慮系統(tǒng)的體積和重量，難以在移動(dòng)機(jī)器人上使用。

根據(jù)負(fù)載實(shí)時(shí)改變液壓缸的有效作用面積，使得各個(gè)執(zhí)行器支路的負(fù)載壓力都與泵源的輸出壓力接近，通過(guò)泵的變量自適應(yīng)機(jī)構(gòu)來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)泵的輸出流量與各支路負(fù)載流量之和匹配，從而實(shí)現(xiàn)泵的輸出功率與各支路負(fù)載功率之和匹配，有效提高系統(tǒng)效率。

因此研制可控變截面液壓缸對(duì)于提高移動(dòng)機(jī)器人負(fù)載能力意義重大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種可有效提高移動(dòng)機(jī)器人液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率，可通過(guò)選擇多級(jí)液壓缸不同腔體截至、與高壓油路導(dǎo)通或與低壓油路導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)油源壓力與負(fù)載壓力的匹配，最終達(dá)到提高液壓系統(tǒng)效率目的的變截面液壓缸及其液壓控制系統(tǒng)。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的。

一種變截面液壓缸，包括缸筒、一級(jí)活塞和二級(jí)活塞，所述一級(jí)活塞包括一級(jí)活塞桿和缸筒，所述一級(jí)活塞桿通過(guò)活塞環(huán)和端蓋密封安裝在所述缸筒內(nèi)，所述二級(jí)活塞包括所述一級(jí)活塞桿和二級(jí)活塞桿，所述一級(jí)活塞桿的內(nèi)部空心，所述一級(jí)活塞桿作為二級(jí)活塞桿的缸筒，所述二級(jí)活塞桿通過(guò)活塞環(huán)和端蓋密封安裝在所述一級(jí)活塞桿內(nèi)，所述二級(jí)活塞桿內(nèi)部設(shè)有所述二級(jí)無(wú)桿腔油路和二級(jí)有桿腔油路，所述二級(jí)無(wú)桿腔油路將外部油路與所述二級(jí)活塞無(wú)桿腔連通，所述二級(jí)有桿腔油路將外部油路與所述二級(jí)活塞有桿腔連通。

一種變截面液壓缸的液壓控制系統(tǒng)，一級(jí)活塞無(wú)桿腔、一級(jí)活塞有桿腔、二級(jí)活塞無(wú)桿腔和二級(jí)活塞有桿腔分別與第一開(kāi)關(guān)閥的油口C1、第二開(kāi)關(guān)閥的油口C2、第三開(kāi)關(guān)閥的油口C3和第四開(kāi)關(guān)閥的油口C4連接，所述第一開(kāi)關(guān)閥和第二開(kāi)關(guān)閥與第一伺服閥連接，所述第三開(kāi)關(guān)閥和第四開(kāi)關(guān)閥與第二伺服閥連接，所述第一開(kāi)關(guān)閥的油口A1、所述第二開(kāi)關(guān)閥的油口B2和所述第一伺服閥的油口VA1連通，所述第一開(kāi)關(guān)閥的油口B1、所述第二開(kāi)關(guān)閥的油口A2和所述第一伺服閥的油口VB1連通，所述第三開(kāi)關(guān)閥的油口A3、所述第四開(kāi)關(guān)閥的油口B4和所述第二伺服閥的油口VA2口連通，所述第三開(kāi)關(guān)閥的油口B3、所述第四開(kāi)關(guān)閥的油口A4和所述第二伺服閥的油口VB2連通，所述第一伺服閥的高壓進(jìn)油口P1和所述第二伺服閥的高壓進(jìn)油口P2與恒壓變量泵8和安全溢流閥9構(gòu)成的動(dòng)力源的高壓出油口連通，所述第一伺服閥的低壓回油口T1和所述第二伺服閥的低壓回油口T2與油箱連通。

所述開(kāi)關(guān)閥為兩位三通電磁開(kāi)關(guān)閥，所述伺服閥為三位四通伺服閥。