[发明专利]一种水压人工肌肉液压驱动与控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及机器人、特种作业机械手和自动化生产线等领域应用的流体驱动人工肌肉，特别是一种水压人工肌肉液压驱动与控制系统。

背景技术

在机器人关节驱动与控制中，流体驱动的人工肌肉是一种新型的驱动器，可以分为气动人工肌肉和水压人工肌肉。气动人工肌肉已经在机器人和自动化生产线等领域中应用，具有结构简单、动作平滑、输出力/重量比大等优点。水压人工肌肉不但具有结构简单，有利于实现小型化和轻型化的优势，相比气动人工肌肉输出力更大、响应速度更快、工作噪声更低。人工肌肉无相对摩擦运动部件，对于水下作业工况，不会产生液压缸伸出杆受环境污染或其他影响的问题，成本低廉且可维护性好，因而水压人工肌肉特别适用于水下作业机械手的关节驱动与控制。但是由于水压人工肌肉与气动人工肌肉传动介质不同，水不像空气那样容易压缩，使水压人工肌肉在驱动与控制上与气动人工肌肉存在差异。气动人工肌肉的动态过程分为“等容充气”、“充气收缩”、“排气伸长”和“等容排气”4个过程；而水压人工肌肉的动态过程则由于水的不可压缩性而减少为“充水收缩”和“排水伸长”两个过程。这一方面说明水压人工肌肉的动态响应更快，控制刚度更大，另一方面也表明水压人工肌肉的压力流量耦合特性强，为其驱动和控制带来更大难度。气动人工肌肉一般通过减压阀或其他节流控制回路改变充排气速率，来调节肌肉压力。现有的水液压比例减压阀尚不能适应水压人工肌肉流量小而变化快的特点，水压人工肌肉也很难直接通过节流控制调节压力。正是因为水压人工肌肉对压力调节过程要求比气动人工肌肉更高，按现有气动人工肌肉驱动和控制系统原理无法满足水压人工肌肉工作要求，目前也没有适应水压人工肌肉工作要求的驱动与控制系统，所以需要研制新型的液压驱动与控制系统来实现驱动器输出力和位移的控制。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能够驱动水压人工肌肉工作，并连续、平稳控制水压人工肌肉输出力和位移的液压驱动与控制系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种水压人工肌肉液压驱动与控制系统，包括电机、水液压泵、水箱、过滤器、溢流阀、单向阀、常开式比例节流控制阀、节流阀和水压人工肌肉驱动器；所述的电机与水液压泵连接，所述的水液压泵的入口通过过滤器与水箱连接，水液压泵的出口分别连接溢流阀和单向阀的入口，所述的单向阀的出口与节流阀连接，所述的节流阀分别与常开式比例节流控制阀和水压人工肌肉驱动器连接，所述的溢流阀的出口和常开式比例节流控制阀分别连接水箱；所述的节流阀与常开式比例节流控制阀组成B型半桥，所述的B型半桥是固定液阻在前、可变液阻在后的液压半桥。

本发明工作时，调定的节流阀作为固定液阻，调节常开式比例节流控制阀由全开到全闭，可以控制两阀之间连接的水压人工肌肉驱动器的压力由低到高，最高压力由溢流阀限定，最低压力为回流到水箱的背压。所述调定的节流阀指的是该节流阀经过初始化调节后不再改变其液阻；所述背压是液压传动中用来指负载后到水箱或油箱的一段的管路、阀件等造成的压力损失。

本发明的另一个技术方案如下：一种水压人工肌肉液压驱动与控制系统，包括电机、水液压泵、水箱、过滤器、溢流阀、单向阀、常闭式比例节流控制阀、节流阀和水压人工肌肉驱动器；所述的电机与水液压泵连接，所述的水液压泵的入口通过过滤器与水箱连接，水液压泵的出口分别连接溢流阀和单向阀的入口，所述的单向阀的出口与常闭式比例节流控制阀连接，所述的常闭式比例节流控制阀分别与节流阀和水压人工肌肉驱动器连接，所述的溢流阀的出口和节流阀分别连接水箱；所述的节流阀与常闭式比例节流控制阀组成C型半桥，所述的C型半桥是可变液阻在前固定液阻在后的液压半桥。

本发明工作时，调定的节流阀作为固定液阻，调节常闭式比例节流控制阀由全闭到全开，可以控制两阀之间连接的水压人工肌肉驱动器的压力由低到高，在调定的节流阀液阻满足流经溢流阀的流量大于溢流阀最小工作流量的条件下，最高压力由溢流阀限定，最低压力接近于零。

本发明所述的水箱用水下环境代替。

本发明工作时，过滤器与进水口连接，溢流阀的出口和节流阀均接通出水口。水液压泵经过滤器、进水口从水下环境中获取水介质，流经溢流阀和节流阀的水再排放到水下环境中，省去了水箱，实现了压力自动补偿，也通过节流阀实现了水压人工肌肉驱动器的自动压力平衡。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：