[发明专利]一种电液混合驱动式机械臂控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种电液混合驱动式机械臂控制系统及控制方法，本发明设置电动机控制的单向变量叶片泵与液压‑电气二次元件两种动力元件，在不同负载工况下采取不同的负载驱动方式。轻载工况下，供油源处单向变量叶片泵供油，回路实现阀内合流，并联的单杆液压缸快速动作实现快速起升；重载平稳上升工况下，液压‑电气二次元件切换“发动机‑液压泵”模式，发动机输出扭矩驱动液压泵运转，构成泵控缸闭式回路；重力降落工况下，液压‑电气二次元件切换“液压马达‑发电机”模式，机械臂重力下降时释放的能量驱动液压马达输出扭矩。在达到一定系统压力和下降高度情况下，与液压马达同轴的发电机产生电量，为蓄电池充电。

技术领域

本发明属于电液混合控制领域，具体涉及一种电液混合驱动式机械臂控制系统及控制方法。

背景技术

在制造业中，工业机器人已经成为必不可少的机械自动化设备。工业机器人包括仿人机器人、轮式机器人、爬行或蠕动机器人、机械臂。其中，机械臂具有固定活动环节，能够代替人类完成一些危险和大负荷作业劳动，应用场景多样。随着机械自动化的不断推进，机械臂技术应用已日渐成熟，在工业、建筑、物流等多个领域中，机械臂广泛应用于转载大型重载的物体，例如在房屋建造中对离散建筑体进行对接，在桥梁建造中对桥体进行装载。

现有的大型装载机械臂，为适应重型负载工况，常采用大扭矩液压泵作为动力元件，通过液压力驱动马达或缸等执行元件实现工况。为满足更大负载需求和实现更宽作业面积，机械臂会构造双缸同步回路，设置分流集流阀等同步装置消除位置误差。在不同负载条件下(特别是轻载条件)，单泵驱动方式导致能量损失增大，高压管路内发热量升高。单泵驱动在大行程下的稳定性也比较差，易造成油缸颤动或者支撑臂压力不足，严重影响作业效果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种电液混合驱动式机械臂控制系统及控制方法，提高举升稳定性，提高能量利用率，满足多工况下的稳定高效作业需求并实现能量回收再利用。

为了达到上述目的，一种电液混合驱动式机械臂控制系统，包括设置在机械臂上的两个并联的单杆液压缸，两个单杆液压缸下游分别连接两个双向液压锁，双向液压锁下游设置有比例调速阀，两个比例调速阀均连接单向调速阀，单向调速阀连接第一二位二通电磁开关阀和第一二位二通电磁换向阀，第一二位二通电磁开关阀连接液压-电气二次元件，液压-电气二次元件连接转速测量仪和第二二位二通电磁开关阀，第二二位二通电磁开关阀连接第三二位二通电磁开关阀，第三二位二通电磁开关阀连接第一二位二通电磁换向阀，第一二位二通电磁开关阀连接限压阀，限压阀连接蓄能器和背压式单向阀的输入端，蓄能器连接两个带弹簧液控单向阀的输出端，第一带弹簧液控单向阀的输出端连接单向调速阀的输出端，第二带弹簧液控单向阀的输出端两个单杆液压缸，背压式单向阀的输出端连接第二二位二通电磁换向阀，第一二位二通电磁换向阀和第二二位二通电磁换向阀连接四位六通电磁换向阀，四位六通电磁换向阀连接单向变量叶片泵，单向变量叶片泵通过电动机驱动，两个单杆液压缸均连接压力传感器，机械臂上设置有电阻式位置传感器，转速测量仪、电阻式位置传感器和压力传感器均连接控制器，控制器连接变频器，变频器连接液压-电气二次元件；

控制器用于采集转速测量仪、电阻式位置传感器、压力传感器分别输出的转速信号、位置信号和压力信号，转换为反馈控制信号，并通过变频器变频后发送至液压-电气二次元件；

液压-电气二次元件包括与变频器连接的控制单元，控制单元连接发动机和液压泵，控制单元用于切换发动机或液压泵连接第一二位二通电磁开关阀和第二二位二通电磁开关阀。

液压-电气二次元件连接限压阀，限压阀连接两个第一单向阀的输入端，其中一个第一单向阀输出端连接两个单杆液压缸、第二二位二通电磁开关阀、第三二位二通电磁开关阀和第二二位二通电磁换向阀，另一个第一单向阀输出端连接单向调速阀的输出端。