[發明專利]一種前饋補償的電液比例控制系統及多關節液壓機械臂

在審

• 申請號: 202111579614.6
• 申請日: 2021-12-22
• 公開（公告）號: CN114055478A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 李俊;馬亦鳴;喬岳坤
• 申請（專利權）人: 深海智人（廣州）技術有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J17/00;B25J18/00
• 代理公司: 深圳市育科知識產權代理有限公司 44509
• 代理人: 賈鵬

本發明涉及一種前饋補償的電液比例控制系統及多關節液壓機械臂，多關節液壓機械臂包括肩部旋擺機構、大臂俯仰機構、肘部俯仰機構、前臂、腕部俯仰擺動機構、腕部旋轉機構和電液比例閥系統，肩部旋擺機構、大臂俯仰機構、肘部俯仰機構、前臂、腕部俯仰擺動機構、腕部旋轉機構依次通過旋轉關節連接。本發明采用電液比例閥前饋補償系統，設計分布式的比例閥模塊，貼近執行機構布置，嵌于機械臂內部，同時為滿足機械手高精度和高響應的要求，在比例系統PID控制的基礎上，采用極點配置的方法對系統進行前饋補償控制，增加系統的響應頻寬，提高系統的響應速度。

技術領域

本發明涉及機械臂技術領域，具體涉及一種前饋補償的電液比例控制系統及多關節液壓機械臂。

背景技術

近些年來，機器人技術發展十分迅速，機器人在工業、農業、服務、醫療、軍事等領域獲得了廣泛應用。機械手臂作為是機器人技術的重要構成，承載各項工作任務的具體執行。其驅動方式常為電驅動和液壓驅動，在某些輕載的產線和醫療設備中，也有采用氣動的。液壓驅動機械手具有運動平穩、負載能力大、快速性好、可實現無級變速等優點，被廣應用于核電、破拆救援、水下作業等重載作業場合。在要求精細作業的場合，機械手的控制精度為一個非常重要的指標，高性能靈巧的機械手臂通常有六個運動自由度，再額外增加作業必須的工具或夾持器，常采用電液伺服控制方式，對其穩態、動態控制性能要求較高。但由此也造成了此類液壓機械臂的價格高昂，油液的污染敏感度高，維護操作性較差，極大限制了液壓高精度機械臂的推廣與應用。因此對液壓機械臂的液壓控制方式、俯仰及旋擺執行機構進行優化，在保證控制精度的前提下，提高液壓機械臂的環境適用性和現場維護的便利性，并大幅降低因伺服系統帶來的高額成本，具有十分重要的意義。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明目的是提供一種前饋補償的電液比例控制系統及多關節液壓機械臂，該機械臂具備負載/自重比大，可適應狹小空間的靈活作業，防護等級高、維護便利和性價比高的特點。

本發明的目的可以通過以下所述技術方案來實現：一種前饋補償的電液比例控制系統及多關節液壓機械臂，包括肩部旋擺機構、大臂俯仰機構、肘部俯仰機構、前臂、腕部俯仰擺動機構、腕部旋轉機構和電液比例閥系統，肩部旋擺機構、大臂俯仰機構、肘部俯仰機構、前臂、腕部俯仰擺動機構、腕部旋轉機構依次通過旋轉關節連接，肩部旋擺機構包括控制機械臂肩部旋擺動作的肩部旋擺油缸，大臂俯仰機構包括控制機械臂大臂俯仰動作的大臂俯仰油缸，肘部俯仰機構包括控制機械臂肘部俯仰動作的肘部俯仰油缸，腕部俯仰擺動機構包括控制機械臂腕部俯仰動作的腕部俯仰油缸及控制機械臂腕部擺動動作的腕部擺動油缸，腕部旋轉機構包括控制機械臂腕部旋轉動作的液壓馬達，電液比例閥系統通過出油管路為肩部旋擺油缸、大臂俯仰油缸、肘部俯仰油缸、腕部俯仰油缸、腕部擺動油缸及液壓馬達提供液壓油。

優選的，電液比例閥系統包括上油箱、設置于上油箱上的蓄能器及分布式內嵌于機械臂中的第一比例換向閥、第二比例換向閥、第三比例換向閥、第四比例換向閥、第五比例換向閥、第六比例換向閥，上油箱與第一比例換向閥、第二比例換向閥、第三比例換向閥、第四比例換向閥、第五比例換向閥、第六比例換向閥之間分別設置有對應連接的第一壓力補償模塊、第二壓力補償模塊、第三壓力補償模塊、第四壓力補償模塊、第五壓力補償模塊、第六壓力補償模塊，第一壓力補償模塊、第二壓力補償模塊、第三壓力補償模塊、第四壓力補償模塊、第五壓力補償模塊、第六壓力補償模塊分別對第一比例換向閥、第二比例換向閥、第三比例換向閥、第四比例換向閥、第五比例換向閥、第六比例換向閥的進出口壓差進行補償。

優選的，第一壓力補償模塊、第二壓力補償模塊、第三壓力補償模塊、第四壓力補償模塊、第五壓力補償模塊、第六壓力補償模塊均包括定差減壓閥和梭閥，各定差減壓閥分別與第一比例換向閥、第二比例換向閥、第三比例換向閥、第四比例換向閥、第五比例換向閥、第六比例換向閥的進油管路對應連通，各梭閥分別安裝在第一比例換向閥、第二比例換向閥、第三比例換向閥、第四比例換向閥、第五比例換向閥、第六比例換向閥的出油管路上，第一比例換向閥、第二比例換向閥、第三比例換向閥、第四比例換向閥、第五比例換向閥、第六比例換向閥的出油管路上分別安裝有與對應梭閥電性連接的壓力感應器。