[發(fā)明專利]多腔體液壓缸及其控制系統(tǒng)和控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610361855.6
• 申請(qǐng)日: 2016-05-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105782164B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊軍宏;王卓;薛勇;尚建忠;徐小軍;羅自榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): F15B15/16
• 分類號(hào): F15B15/16;F15B11/08
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所43114
• 代理人: 顏勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多腔體液壓缸及其控制系統(tǒng)和控制方法。

背景技術(shù)

負(fù)載能力有限已成為制約移動(dòng)機(jī)器人實(shí)用化的“瓶頸”問(wèn)題，采用高功率密度的液壓驅(qū)動(dòng)提高移動(dòng)機(jī)器人負(fù)載能力是目前世界各機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)普遍采用的方式，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)，例如文獻(xiàn)《Design and control of ranger:An energy-efficient,dynamic walking robot》、《Design principles for highly efficient quadrupeds and implementation on the MIT Cheetah robot.》、《4-legged bipedalrobot》都采用該類液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該類液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)效率低下。已報(bào)道的由美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究局資助的BLEEX外骨骼液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率僅14％，浙江大學(xué)張彥廷博士的博士論文《基于混合動(dòng)力與能量回收的液壓挖掘機(jī)節(jié)能研究》表明，采用單泵源—多執(zhí)行器液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的挖掘機(jī)效率僅為40％。該類液壓系統(tǒng)效率低下的主要原因是各執(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。移動(dòng)機(jī)器人與挖掘機(jī)相比較，具有更多的執(zhí)行器，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能要求更高，在同一個(gè)瞬時(shí)各個(gè)執(zhí)行器輸出的位移和力的差異更顯著，不同時(shí)間同一個(gè)執(zhí)行器輸出的位移和力的變化更劇烈，其液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率會(huì)更低。

效率低下會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)熱嚴(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。另外低效率還會(huì)導(dǎo)致完成同樣的工作需要更多的能量(如汽油)，同樣的工況下動(dòng)力源的輸出功率要求更高。因此低效率會(huì)嚴(yán)重影響移動(dòng)機(jī)器人的負(fù)載能力和續(xù)航能力。

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。

因此研制多腔體液壓缸對(duì)于提高移動(dòng)機(jī)器人負(fù)載能力意義重大。同時(shí)多腔體液壓缸可以用于提高使用多路閥控液壓缸驅(qū)動(dòng)的裝備如各類工程機(jī)械的效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有單泵源-多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)效率低下問(wèn)題提供一種通過(guò)液壓缸多腔體設(shè)計(jì)，選擇不同腔體與高壓油路導(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)效率目的的多腔體液壓缸及其控制系統(tǒng)和控制方法。

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

一種多腔體液壓缸，包括復(fù)合缸筒和復(fù)合活塞桿，所述復(fù)合缸筒包括外缸筒和內(nèi)缸筒，所述內(nèi)缸筒與外缸筒同軸布設(shè),所述內(nèi)缸筒設(shè)置在外缸筒內(nèi)，所述內(nèi)缸筒與外缸筒的一端密封，另一端開(kāi)口，所述復(fù)合活塞桿包括外活塞桿和內(nèi)活塞桿，所述外活塞桿和所述內(nèi)活塞桿的一端固聯(lián)在一起，所述內(nèi)活塞桿的另一端設(shè)置在內(nèi)缸筒內(nèi)且所述內(nèi)活塞與所述內(nèi)缸筒大小相匹配，所述外活塞桿的另一端設(shè)置在外缸筒與內(nèi)缸筒之間的間隙中且所述外活塞與外缸筒與內(nèi)缸筒之間的間隙大小相匹配，所述外活塞桿在外缸筒與內(nèi)缸筒之間的間隙中形成的有桿腔為第三空腔C，無(wú)桿腔為第二空腔B，所述內(nèi)活塞桿在內(nèi)缸筒中形成的有桿腔為第四空腔D，無(wú)桿腔為第一空腔A，所述第一空腔A、第二空腔B、第三空腔C、第四空腔D均設(shè)有油路與外部控制油路連通。

所述復(fù)合缸筒通過(guò)壓力傳感器與端環(huán)連接，所述復(fù)合活塞桿上設(shè)有檢測(cè)復(fù)合活塞桿負(fù)載力的負(fù)載力傳感器。

所述內(nèi)缸筒與外缸筒之間通過(guò)第一密封套筒密封。

所述外活塞桿與外缸筒內(nèi)壁和內(nèi)缸筒外壁之間通過(guò)第二密封套筒密封。

所述內(nèi)缸筒與外缸筒之間通過(guò)第一端蓋和第二端蓋固連在一起。