[发明专利]一种用于电液伺服六自由度并联机器人的多裕度液压系统

说明书

本发明公开了一种用于电液伺服六自由度并联机器人的多裕度液压系统，其包括静压支撑伺服缸、主控油路、辅控油路和液压锁。主控油路为伺服阀、比例阀和二位四通换向阀并联的控制模块，最大限度保证即使在阀组出现故障时仍能确保系统稳定可靠性。辅控油路为两套液压元件并联的控制模块，有效保证即使阀件出现失效时仍能确保液压锁能够正常锁紧打开。本发明在阀组与泵站连接管路上设置有蓄能器，不仅可以有效平稳管路压力波动，也可以补偿机器人以最大速度运动下的泵站流量峰值，有效提升了系统工作稳定性，提高了能量利用率。

技术领域

本发明属于液压系统领域，具体涉及一种用于电液伺服六自由度并联机器人的多裕度液压系统。

背景技术

六自由度并联机器人是指机器人定平台和动平台通过多个运动支链相连接，具有六个自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机器人。相较于串联机器人而言，六自由度并联机器人具有承载能力高、刚度大、结构稳定、末端灵活性高等优势，可以对刚体在空间的位置姿态进行完全的精准控制，从而可对被研究对象开展在任意位姿状态下的性能测试。目前该类机器人已广泛应用于运载火箭燃料自动加注装置、航天产品舱段对接、道路模拟器等，对我国航空航天应用、武器研究等领域具有重要意义。考虑到重载情况下电驱技术存在承载力不足、滚珠丝杠易卡滞的问题，目前高精度重载工况下六自由度并联机器人大多采用电液伺服系统进行运动控制。电液伺服六自由度并联机器人主要由静平台、动平台及六根伺服缸组成。六根伺服缸并联布置，通过球铰、虎克铰或万向节的方式连接动静平台。在实际作业过程中，一般由视觉测量系统实时反馈目标点与机器人动平台相对位置关系，接着由运动规划器解算出各伺服缸的空间运动曲线。通过建立高精度电液伺服控制策略实现单缸期望位移速度跟踪，从而保证电液伺服六自由度并联机器人完成目标主动跟随或期望空间位姿复现的任务。

在实际任务执行过程中，电液伺服并联机器人需要保证始终高可靠性，在预期任务区间内完成目标跟踪、位姿复现等功能。现有并联机器人电液伺服系统在常规作业状态下均可实现高效高精度对接，但由于其并未考虑到裕度设计，主要存在有以下几点隐患：1)伺服电液系统对油液敏感度极高，一旦在位置跟踪时出现伺服阀阀芯卡滞的问题，将引起伺服缸无法正常跟随给定轨迹；2)当并联机器人处于位姿保持状态时，伺服油缸在重力作用下会发生泄露，导致系统整体偏移初始标定位置；3)电液系统中关键液压元件并未做出预备方案，导致各类阀件出现故障后，部分油路无法正常工作。一旦上述隐患出现在单伺服缸跟踪空间位移、速度曲线的工况下，将会引起电液伺服并联机器人出现卡滞、动作紊乱等问题，不仅无法保证系统达到毫米级的运动控制精度，甚至会危及到现场设施及人员安全。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供了一种用于电液伺服六自由度并联机器人的多裕度液压系统。本发明可以理解为具备多套预备液压回路的高可靠性电液伺服系统。本发明主要由静压支撑伺服缸、主控油路及辅控油路三部分组成。静压支撑伺服缸具备低摩擦、高定位精度的优势，是电液伺服六自由度并联机器人的执行元件。主控油路为伺服阀、比例阀和二位四通换向阀并联的控制模块，最大限度保证即使在阀组出现故障时仍能确保系统稳定可靠性。辅控油路为两套液压元件并联的控制模块，有效保证即使阀件出现失效时仍能确保液压锁能够正常锁紧打开。此外，系统还配备有多套不同规格蓄能器，主要作用是平衡伺服电液系统的峰值流量并平稳各阀件的进出口压力。在电液伺服系统装配过程中，主控油路、辅控油路及蓄能模组均布置在电液伺服六自由度并联机器人基座上，避免额外负载降低静压支撑伺服缸动态响应特性，同时也可有效扩大机器人末端的可达工作空间。

本发明所描述的多裕度液压系统只是针对于六自由度并联机器人的单缸电液系统，实际上六自由度并联机器人共有六根缸，若要实现六根缸的多裕度液压，则对应需要六套完全一样的本发明的多裕度液压系统。

本发明首先提供了一种用于电液伺服六自由度并联机器人的多裕度液压系统，其包括静压支撑伺服缸、主控油路、辅控油路和液压锁；

所述主控油路包括高压管路、回油管路、低压蓄能器、高压蓄能器、伺服阀、比例阀、二位四通换向阀；