一種液壓節(jié)能控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種液壓節(jié)能控制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來移動機器人在結(jié)構(gòu)、感知、路徑規(guī)劃和控制等領(lǐng)域得到了長足的發(fā)展，實現(xiàn) 了娛樂服務(wù)、人機互動、極端環(huán)境偵查等復(fù)雜功能，但是能源和驅(qū)動技術(shù)發(fā)展滯后，導(dǎo)致移 動機器人負載能力有限，制約了移動機器人的實用化?，F(xiàn)有研究表明，當(dāng)動力源的輸出壓力 超過3. 5MI^a時，同功率的液壓驅(qū)動系統(tǒng)比純機電驅(qū)動系統(tǒng)具有更高的功率密度。采用液壓 驅(qū)動系統(tǒng)是提高負載能力的有效途徑。目前許多研究單位開始嘗試用液壓動力系統(tǒng)來驅(qū)動 移動機器人，如美國波：t頓動力公司研制的BIGDOG、petman，意大利理工大學(xué)的KenKen II 液壓驅(qū)動四足機器人，另外由中國863高技術(shù)研究發(fā)展計劃資助的高性能四足機器人項目 明確提出要采用液壓驅(qū)動系統(tǒng)。
[0003] 由于重量和體積的限制，移動機器人的液壓驅(qū)動系統(tǒng)采用的都是單累源一多執(zhí)行 器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該類液壓驅(qū)動系統(tǒng)效率非常低下，主要原因是各執(zhí)行器的負載在同一時刻都 不相同，并且同一執(zhí)行器在不同時刻負載也不相同，一個累源不能同時與多個執(zhí)行器的負 載進行功率匹配，一般選擇大功率執(zhí)行器負載進行匹配，目前控制執(zhí)行器采用的方式為比 例節(jié)流控制方式，由此導(dǎo)致負載較低的執(zhí)行器支路出現(xiàn)大量節(jié)流耗損，造成效率低下。
[0004] 效率低下會造成如下問題；動力源的功率要求高，動力源的重量和體積會上升； 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)要求會提 高，液壓元件的重量和體積會增加；系統(tǒng)發(fā)熱會更嚴(yán)重，冷卻系統(tǒng)的功率就會變大，冷卻系 統(tǒng)的體積和重量就會增加。因此效率低下會嚴(yán)重影響移動機器人的負載能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種可有效提高移動機器人液壓驅(qū) 動系統(tǒng)效率的節(jié)能控制器及控制方法，該方法通過調(diào)節(jié)PWM信號脈寬來實現(xiàn)輸出功率與負 載功率的匹配，最終達到提高液壓系統(tǒng)效率的目的。本發(fā)明通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)上述目 的。
[0006] 一種液壓節(jié)能控制器，包括高壓進油口、低壓油進油口和與執(zhí)行器連通的出油口， 所述高壓進油口通過節(jié)能系統(tǒng)與執(zhí)行器連通，所述節(jié)能系統(tǒng)包括第一高速開關(guān)閥、第二高 速開關(guān)閥、換向閥和慣性器，所述慣性器包括質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊的兩側(cè)對稱設(shè)有液壓活 塞，所述液壓活塞的活塞桿的端部安裝在所述質(zhì)量塊的兩側(cè)，所述高壓進油口分別通過管 路和設(shè)置在管路上的第一高速開關(guān)閥和第二高速開關(guān)閥與慣性器的兩端的液壓活塞的無 桿腔連通，兩個所述液壓活塞的無桿腔通過油路分別與換向閥的進油口 A和進油口 B連接， 所述換向閥的出油口 C與執(zhí)行器連通，并且換向閥的出油口 C與執(zhí)行器之間的油路上還并 聯(lián)有蓄能器，所述慣性器的兩個液壓活塞的無桿腔還與低壓進油口連通。
[0007] 所述慣性器的兩個液壓活塞的無桿腔與換向閥的進油口 A和進油口 B之間的油路 上分別安裝有防止液壓油向慣性器回流的第一單向閥，所述換向閥與執(zhí)行器之間的油路上 還安裝有防止液壓油向出油口 C回流的第二單向閥，所述慣性器的兩個液壓活塞的無桿腔 與低壓進油口之間的油路上安裝有防止液壓油向低壓進油口回流的第S單向閥。
[000引包括兩套所述節(jié)能系統(tǒng)，兩套所述節(jié)能系統(tǒng)的換向閥的出油口 C連通。
[0009] 所述換向閥為兩位S通高速換向閥。
[0010] 所述液壓活塞安裝在支撐架上并且外部包裹有保護罩，所述液壓活塞與所述質(zhì)量 塊相對面上設(shè)有防止碰撞損傷的彈性擋塊。
[0011] 所述液壓活塞的缸筒為耐高壓的高壓直管。
[0012] 所述液壓活塞的端蓋通過螺釘固定在保護罩兩端，且所述端蓋與保護罩之間設(shè)置 有彈性墊片。
[0013] 所述高速開關(guān)閥和換向閥均采用PWM信號作為控制信號。
[0014] 由于采用上述結(jié)構(gòu)，本裝置通過在高壓進油口與執(zhí)行器之間設(shè)置一個節(jié)能系統(tǒng)， 通過節(jié)能系統(tǒng)的高壓油的液壓能一方面給執(zhí)行器供能，另一方面，高壓油推動慣性器中的 質(zhì)量塊加速運動，將多余的液壓能轉(zhuǎn)化為質(zhì)量塊的動能，同時質(zhì)量塊將另一端高壓直管內(nèi) 的液壓油推出，排出的液壓油通過換向閥流到執(zhí)行器，當(dāng)高速開關(guān)閥關(guān)閉狀態(tài)時，高壓進油 口被截止，此時質(zhì)量塊在慣性的作用下繼續(xù)運動將液壓油從低壓進油口吸入到慣性器一側(cè) 的液壓活塞腔中，而質(zhì)量塊另一端上的活塞將繼續(xù)將缸筒內(nèi)的液壓油推出，排出的液壓油 通過換向閥流向執(zhí)行器，質(zhì)量塊在液壓推力作用下減速運動直到速度降低為零，此時質(zhì)量 塊的動能完全轉(zhuǎn)化成液壓能。通過控制高速開關(guān)閥的開關(guān)的時機，重復(fù)上述工作過程，使得 出油口持續(xù)輸出穩(wěn)定的壓力和流量，該樣即可利用高壓油多余的能量做功，達到節(jié)能的效 果。
[0015] 采用PWM信號作為本發(fā)明中閥的控制信號（PWM信號即脈寬可調(diào)節(jié)的周期信號，該 種信號是成熟的技術(shù)，可通過多種手段獲取，采用該種信號控制比較簡單高效，信號容易獲 得）。當(dāng)控制信號幅值為1時打開高速開關(guān)閥口，幅值為0時則關(guān)閉高速開關(guān)閥口。當(dāng)控 制信號幅值為1時使兩位S通閥的B 口與C 口導(dǎo)通，當(dāng)幅值為0時使兩位S通閥的A 口與 C 口導(dǎo)通。
[0016] 綜上所述，本發(fā)明能夠通過調(diào)節(jié)PWM控制信號的占空比，（占空比即一個周期內(nèi)幅 度為1(脈寬）所占的時間相對于一個周期時間的比值。）實現(xiàn)輸出壓力和流量與負載壓 力和流量相匹配，即通過控制高壓油口和低壓供油口的時間，從而達到控制輸入的總能量 始終與負載所需能量相匹配，最終實現(xiàn)節(jié)能高效的目的。本專利相比現(xiàn)有技術(shù)而言更加節(jié) 能（即減少汽油的消耗量），節(jié)能可W降低動力源的重量和體積、可減少攜帶的汽油重量、 可減小散熱器的重量和體積等從而降低機器人自身的重量，從而提高機器人可攜帶負載的 重量。本發(fā)明可用在能量自治的各執(zhí)行器負載變化較大的各類中小型移動平臺上，如兩足 機器人、四足機器人、小型無人挖掘機、外骨骼裝備等，能夠有效提高此類裝備液壓驅(qū)動系 統(tǒng)效率，從而提高其負載能力、促進其進一步實用化，同時實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，具有較好的經(jīng)濟 價值。
【附圖說明】
[0017] 圖1本發(fā)明的原理圖；
[001引圖2本發(fā)明的慣性器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3(a)本發(fā)明的工作過程示意圖；
[0020] 圖3(b)本發(fā)明的工作過程示意圖；
[0021] 圖4本發(fā)明的閥控制信號示意圖；
[0022] 圖5本發(fā)明的一個應(yīng)用實例；不同占空比K可匹配的負載變化情況示意圖。
【具體實施方式】