本技術(shù)涉及閥門控制領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于流體動力人形機器人關(guān)節(jié)擺動的流量和流向控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)在人形機器人多采用電力驅(qū)動。東方財富網(wǎng)《全國專業(yè)護理員僅20萬人養(yǎng)老護理人才加速定制中》提出2020年4月28日囯家衛(wèi)健委預(yù)計到2020年全國失能/半失能老人將達6500萬，若按照失能老人與護理員5:1配置標準推算，我國至少需要1300萬名護理員。如果采用人形機器人替代護理員工作，則電力驅(qū)動的仿人形機器人存在力量不足的缺陷?！秔lc步進與伺服從入門到精通》(作者：豈興明，2019年5月人民郵政出版社出版)中，步進電動機轉(zhuǎn)子單位體積的飽和轉(zhuǎn)矩值，簡稱單位體積轉(zhuǎn)矩，不管是大電動機，還是小電動機，這個值接近于常數(shù)，均在0.5×10-3nm/cm3；《電磁裝置設(shè)計原理》(李朗如、陳喬夫、周理兵編著，2017年10月中國電力出版社出版)，提出當b(磁通密度)達到一定值后，如材料b＝f(h)的曲線的“拐點”，致使h(磁場強度)值的增長明顯地比b值快，勢必引起勵磁電流分量增加，從而使繞組銅損耗(歐姆損耗)增加，尤其是對于旋轉(zhuǎn)電機，bδ(氣隙磁密(磁通密度)最大值)的提高，必然使氣隙磁動勢增加，勵磁功率與損耗增加；鐵心內(nèi)的磁密增大會導致鐵心損耗的增加，裝置的效率也會降；基于以上分析，現(xiàn)有電力驅(qū)動的人形機器人力量受單位體積轉(zhuǎn)矩限制；例如，特斯拉公司近期制造的人形機器人擎天柱，身高1.72m，重量57kg，負重20kg(手臂附加5kg)，行動速度最高可達8km/h，顯然，這臺由世界最牛的人(馬斯克)領(lǐng)導的著名跨國公司生產(chǎn)的機器人不能勝任護理員工作。

2、采用流體動力(包括氣壓動力和液壓動力)，流體推力是流體壓力與受壓面積的乘積，因此，可以實現(xiàn)小的動力裝置提供較大力量的設(shè)想。人體各關(guān)節(jié)運動均為擺動運動，此時，可以采用實用新型專利號2023215088185，一種適用于擺動運動的旋轉(zhuǎn)流量控制閥來控制流體運動方向和流量大小。

3、該實用新型公開了一種可同時控制流體的流量和流向的旋轉(zhuǎn)流量控制閥，主要由閥體、閥芯、以及與閥芯連接的微型步進電機組成。該旋轉(zhuǎn)流量控制閥根據(jù)氣壓擺動運動的氣動機一般由二個氣缸構(gòu)成，且二個氣缸具有聯(lián)動關(guān)系的特點，在閥體上分別設(shè)有二道進氣口、出氣口和排氣口，旋轉(zhuǎn)閥芯相應(yīng)位置上設(shè)有的二道y形流體通道，結(jié)合旋轉(zhuǎn)步進電機控制某道y形流體通道口旋轉(zhuǎn)位置，來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)流量控制閥向氣動機輸送流體或快速排出流體功能。

4、旋轉(zhuǎn)流量控制閥運用旋轉(zhuǎn)步進電機控制旋轉(zhuǎn)閥芯轉(zhuǎn)動角度的方法，來實現(xiàn)流體的流量和流向控制，需要步進電機控制系統(tǒng)配套使用，才能實現(xiàn)控制流體的流量和流向的目的。該實用新型專利號2023215088185沒有提供旋轉(zhuǎn)步進電機控制技術(shù)成果。

5、旋轉(zhuǎn)步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频拈_環(huán)控制元件。電動機的轉(zhuǎn)速和停止位置取決于脈沖信號的頻率、脈沖數(shù)和初始位置。當給電動機加一個脈沖信號，電動機就轉(zhuǎn)過一個步進角，而不受負載變化影響。

6、按照步進電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，步進電機可分為反應(yīng)式、永磁式和混合式三類。永磁式和混合式步進電動機具有定位轉(zhuǎn)矩，斷電后，轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生的磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，使轉(zhuǎn)子處于一種穩(wěn)定狀態(tài)；反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子因沒有永磁體，故沒有定位轉(zhuǎn)矩。

7、步進電機受控旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)由電源、電機、驅(qū)動器、控制器構(gòu)成。驅(qū)動器是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動器根據(jù)外來的控制脈沖和方向信號，通過其內(nèi)部的邏輯電路，控制步進電機的繞組以一定的時序正向或反向通電，使得電動機正向旋轉(zhuǎn)或反向旋轉(zhuǎn)或者鎖定?？刂破魇菍⒖刂浦噶钷D(zhuǎn)化為能夠為驅(qū)動器接受的步進電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速和停止轉(zhuǎn)動指令的設(shè)備。為了確定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動位置，可采用旋轉(zhuǎn)角度位置傳感器來測量確定轉(zhuǎn)子上某點的旋轉(zhuǎn)位置。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、控制人形機器人流體動力各關(guān)節(jié)的運動力、運動方向和運動幅度是通過控制各關(guān)節(jié)流體動力的方向和流量實現(xiàn)的，本實用新型運用旋轉(zhuǎn)流量控制閥技術(shù)，通過控制旋轉(zhuǎn)流量控制閥的步進電機的旋轉(zhuǎn)方向和角度，實現(xiàn)流體動力人形機器人關(guān)節(jié)擺動的流量和流向控制。

2、本實用新型采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種適用于流體動力人形機器人關(guān)節(jié)擺動的流量和流向控制系統(tǒng)，包括：

3、旋轉(zhuǎn)流量控制閥的步進電機采用永磁式或混合式二種，具有定位轉(zhuǎn)矩；以及

4、所述步進電機與驅(qū)動器、單片機控制器配套相連，步進電機向人形機器人計算機控制中心反饋步進電機的電源信息；以及

5、旋轉(zhuǎn)角度位置傳感器中間的d形孔嵌套在步進電機轉(zhuǎn)軸上，步進電機外殼和旋轉(zhuǎn)角度位置傳感器外殼固定在同一塊固定板上，旋轉(zhuǎn)角度位置傳感器的d形孔可以旋轉(zhuǎn)，通電后，旋轉(zhuǎn)角度位置傳感器根據(jù)d形孔旋轉(zhuǎn)位置發(fā)出不同的電信號；以及

6、所述單片機控制器接收人形機器人計算機控制中心發(fā)送的步進電機旋轉(zhuǎn)角度位置指令，并向人形機器人計算機控制中心反饋角度、延時、控制器電源和故障信息，單片機控制器依據(jù)人形機器人計算機控制中心的指令數(shù)據(jù)，以及單片機控制器存儲的角度位置數(shù)據(jù)，計算確定步進電機正轉(zhuǎn)角度、或反轉(zhuǎn)角度、或停止轉(zhuǎn)動，然后采用有限循環(huán)或條件循環(huán)程序，提供正轉(zhuǎn)一步、或反轉(zhuǎn)一步、或停止轉(zhuǎn)動成果給驅(qū)動器，步進電機根據(jù)驅(qū)動器收到的成果執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動作；以及

7、所述單片機控制器接收旋轉(zhuǎn)角度位置信號裝置發(fā)送的角度位置數(shù)據(jù)信息，單片機控制器將旋轉(zhuǎn)角度位置信號裝置發(fā)送的角度位置數(shù)據(jù)與單片機控制器計算的角度位置數(shù)值進行比較，當二者的誤差在允許范圍時，單片機控制器以計算的角度位置數(shù)值為準，進行計算分析，當二者的誤差超過允許范圍時，單片機控制器向人形機器人計算機控制中心反饋該信息；以及

8、所述旋轉(zhuǎn)角度位置信號裝置由旋轉(zhuǎn)角度位置傳感器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和電源組成，旋轉(zhuǎn)角度位置信號裝置向人形機器人計算機控制中心反饋電源信息；以及

9、所述人形機器人計算機控制中心是人形機器人的大腦，其依據(jù)指令和信息，經(jīng)計算、分析、判斷后，向單片機控制器傳送步進電機旋轉(zhuǎn)角度位置指令；以及

10、旋轉(zhuǎn)流量控制閥閥體上的同一截面的三個開口，其中開口d中心和開口f中心與軸心的連線所形成的夾角，小于90度，開口e中心和開口d中心，以及開口e中心和開口f中心與軸心的連線所形成的夾角均大于90度；以及

11、旋轉(zhuǎn)流量控制閥閥芯上y形流體通道的出口b中心和出口a中心，出口b中心和出口c中心與軸心的連線所形成的夾角均大于90度，出口a中心和出口c中心與軸心的連線的夾角小于90度；以及

12、所述步進電機轉(zhuǎn)動的角度范圍是出口b中心在開口d中心和開口f中心之間擺動；以及

13、當出口b中心與開口d中心重合時，開口d與開口e連通，且流量最大，開口e與開口f之間的通道關(guān)閉；以及

14、當出口b中心與開口f中心重合時，開口f與開口e連通，且流量最大，開口e與開口d之間的通道關(guān)閉；以及

15、當出口b中心位于開口d與開口f之間的中間位置時，開口d、開口e和開口f之間的通道均關(guān)閉。

16、作為上述方案的進一步改進，所述單片機控制器包括：

17、所述單片機控制器存儲出口b中心位于開口d和開口f之間的中點位置的旋轉(zhuǎn)角度位置數(shù)據(jù)、開口d與開口e連通且流量最小時的出口b中心位置的旋轉(zhuǎn)角度位置數(shù)據(jù)、開口d與開口e連通且流量最大時的出口b中心位置的旋轉(zhuǎn)角度位置數(shù)據(jù)、開口f與開口e連通且流量最小時的出口b中心位置的旋轉(zhuǎn)角度位置數(shù)據(jù)、開口f與開口e連通且流量最大時的出口b中心位置的旋轉(zhuǎn)角度位置數(shù)據(jù)；以及

18、開口d與開口e連通，從流量最小到流量最大之間分為n級，其中一級的流量最小，二級的流量較一級大，n級的流量最大；以及

19、開口f與開口e連通，從流量最小到流量最大之間分為m級，其中一級的流量最小，二級的流量較一級大，m級的流量最大；以及

20、所述單片機控制器接收人形機器人計算機控制中心發(fā)送的步進電機旋轉(zhuǎn)角度位置指令，具體為開口d和開口f均關(guān)閉指令、或開口d與開口e連通為某級指令、或開口f與開口e連通為某級指令。

21、相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的有益效果在于：

22、1.本技術(shù)與實用新型專利號2023215088185，一種適用于擺動運動的旋轉(zhuǎn)流量控制閥相結(jié)合，可以實現(xiàn)流體動力人形機器人關(guān)節(jié)擺動的流量和流向控制，這比現(xiàn)有流體動力擺動機械的流量和流向控制系統(tǒng)簡單。