一種用于機械手關節驅動的純水液壓系統的制作方法
【專利摘要】一種用于機械手關節驅動的純水液壓系統，主要包括水壓動力源、水壓高頻電磁開關閥組、水壓回轉執行元件和監測控系統幾個部分，其中水壓控制閥組由四個結構完全相同的高頻響水壓電磁開關閥組成，水壓回轉執行元件采用安裝有角度編碼器的執行機構，工控機與序控制器實現通訊，通過程序控制器發出的脈沖寬度調制信號實現對四個水壓高頻電磁開關閥開啟與關閉的時間控制，從而實現水壓擺動缸或馬達位置、速度的精確數字控制。該純水液壓系統結構簡單，以純水為工作介質，整個系統為開式回路，直接從系統環境中吸水和排水，能夠避免油壓機械手液壓系統必須設為閉式回路、系統需要增設壓力補償裝置、泄漏會造成環境污染等問題。
【專利說明】
一種用于機械手關節驅動的純水液壓系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于流體傳動與控制領域，涉及以純水為工作介質的液壓機械手的液壓系統，尤其涉及一種在水下使用的機械手關節驅動的純水液壓系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]水液壓傳動技術在水下作業工具、水下機器人、潛器浮力調節等水下工程技術領域具有獨特的使用優勢，在某些場合甚至是唯一的選擇。這是因為傳統的以液壓油為工作介質的液壓系統，必須設計成閉式循環結構并配置壓力補償器，隨著水深的增加，補償器需要承受的背壓越高，造成系統越發笨重復雜。尤其需要指出的是，液壓油一旦泄漏對水下環境會造成嚴重污染。水液壓系統以純水作為工作介質，利用水壓栗直接從周邊水域吸入水，系統做完功后又直接排回至周邊環境，無需考慮封裝、壓力補償等問題，系統配置簡單，不污染環境，因此適合在水下尤其是大深度海洋環境中應用。
[0003]由于液壓機械手具有控制精度高，響應速度快等特點，所以相配套液壓系統在容積效率、泄漏、靜動態性能等方面都要有較高要求。然而與液壓油相比，純水(包括淡水、海水)的粘度低、潤滑性差，在同等工況下通過相同摩擦副間隙時純水(包括淡水、海水)的泄漏流量要比液壓油增大近30倍，從而引起容積效率、控制精度的顯著降低。目前，國內外所研制的液壓機械手主要以油壓為工作介質油壓系統為主，其中的控制元件主要為油壓比例閥或伺服閥，對傳動介質的污染度提出了更高的要求。由于以水液壓比例閥或伺服閥至今發展并不成熟，限制了水液壓系統在液壓機械手的中的應用。但是，以水為工作介質的錐閥類運動部件之間配合公差小、動作靈敏，可實現微小或零泄漏，同樣可以滿足機械手在控制精度和速度方面的要求。如何克服現有水液壓元件在密封、可靠性等方面的不足，并以水液壓元件為基本單元研制出滿足液壓機械手需要的水液壓系統，對于擴展機械手的應用場所，避免環境污染等問題都具有重要意義。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型提供一種水壓機械手液壓系統，可以應用于以水工作介質的液壓機械手，避免油壓機械手需要壓力補償裝置、泄漏會造成污染等問題。為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是:
[0005]—種用于機械手關節驅動的純水液壓系統，主要包括水壓動力源、水壓高頻電磁開關閥組、水壓回轉執行元件和監測控系統幾個部分，其特征在于:水壓柱塞栗(I)入口處安裝過濾器(3)并由潛水電機(2)驅動，水壓柱塞栗(I)的出口并聯設置有第二水壓高頻電磁開關閥(7)、第三水壓高頻電磁開關閥(8)和水壓溢流閥(4)，其中水壓溢流閥(4)的入口安裝有壓力表(5);第二水壓高頻電磁開關閥(7)的出口分為兩路:一路與執行機構(10)的進出水口 I連接，另一路連接到第一水壓高頻電磁開關閥(6)的入口；第三水壓高頻電磁開關閥(8)的出口分為兩路:一路與執行機構(10)的進出水口 II連接，另一路連接到第四水壓高頻電磁開關閥(9)的入口；執行機構(10)內安裝角度編碼器(11)，并通過傳動軸與負載(12)連接;水壓高頻電磁開關閥(6，7，8，9)的信號輸出端分別通過水密線纜與程序控制器
(13)連接，角度編碼器(11)的信號輸入、輸出端別通過水密線纜與程序控制器(13)連接，程序控制器(13)與工控機(14)通過線纜實現通訊。
[0006]所述執行機構(10)為水壓擺動缸或馬達。
[0007]所述的一種用于機械手關節驅動的純水液壓系統，水壓高頻電磁開關閥組由四個結構完全相同的水壓高頻電磁開關閥(6，7，8，9)組成，每個水壓高頻電磁開關閥的閥芯采用錐閥密封結構。
[0008]—種用于機械手關節驅動的純水液壓的控制方法，根據水壓機械手關節位置、速度的控制需要，由程序控制器(13)和工控機(14)發出脈沖寬度調制信號，實現水壓高頻電磁開關閥(6，7，8，9)開啟與關閉的時間控制，從而實現水壓擺動缸或馬達(10)位置、速度的精確數字控制。
[0009]與【背景技術】相比，本實用新型所具有的有益效果是:
[0010](I)該水壓機械手液壓系統結構簡單，以純水為工作介質，整個系統為開式回路，直接從系統工作環境中吸水和排水，能夠避免油壓機械手液壓系統必須設為閉式回路、系統需要增設壓力補償裝置、泄漏會造成環境污染等問題；
[0011](2)利用程序控制器和工控機發出脈沖寬度調制信號，控制高頻電磁開關閥組的開啟與關閉時間，從而實現水壓擺動缸或馬達的精確數字控制，滿足液壓機械手的高精度、高頻響控制要求。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的結構原理圖；
[0013]圖1中的標記為:1-水壓柱塞栗，2-潛水電機，3-過濾器，4-水壓溢流閥，5-壓力表，6-第一水壓高頻電磁開關閥，7-第二水壓高頻電磁開關閥，8-第三水壓高頻電磁開關閥，9-第四水壓高頻電磁開關閥，10-執行機構，11-角度編碼器，12-負載，13-程序控制器，14-工控機，1-水壓擺動缸或馬達進出水口，I1-水壓擺動缸或馬達進出水口。
【具體實施方式】
[0014]本實用新型提供一種水壓機械手液壓系統，下面將結合附圖對具體的實施方式做進一步的說明。如圖1所示，主要包括水壓動力源、水壓高頻電磁開關閥組、水壓回轉執行元件和監測控系統幾個部分，水壓柱塞栗(I)入口處安裝過濾器(3)并由潛水電機(2)驅動，水壓柱塞栗(I)的出口并聯第二水壓高頻電磁開關閥(7)、第三水壓高頻電磁開關閥(8)和水壓溢流閥(4)，其中水壓溢流閥的入口安裝壓力表(5);第二水壓高頻電磁開關閥(7)的出口分為兩路:一路與執行機構(10)的進出水口 I連接，另一路連接到第一水壓高頻電磁開關閥
(6)的入口；水壓高頻電磁開關閥(8)的出口也分為兩路:一路與水壓擺動缸或馬達(10)的進出水口 II連接，另一路連接到水壓高頻電磁開關閥(9)的入口；執行機構(10)內安裝角度編碼器(11)，并通過傳動軸與負載(12)連接;水壓高頻電磁開關閥(6，7，8，9)的信號輸出端分別通過水密線纜與程序控制器(13)連接，角度編碼器(11)的信號輸入、輸出端別通過水密線纜與程序控制器(13)連接，程序控制器(13)與工控機(14)通過線纜實現通訊。
[0015]水壓擺動缸或馬達是單葉片或雙葉片或多葉片水壓擺動缸或連續回轉的水壓馬達。
[0016]水壓高頻電磁開關閥組由四個結構完全相同的水壓高頻電磁開關閥(6，7，8，9)組成，每個水壓高頻電磁開關閥的閥芯采用錐閥密封結構。
[0017]根據水壓機械手關節位置、速度的控制需要，由程序控制器(13)和工控機(14)發出脈沖寬度調制信號，實現水壓高頻電磁開關閥(6，7，8，9)開啟與關閉的時間控制，從而實現執行機構(1)位置、速度的精確數字控制。
[0018]本實用新型中的程序控制器(13)、工控機(14)、變頻器(15)置于水面以上，其它所有元器件均在水面以下即浸入水中，通過水密封裝后也可整體置于水下。
[0019]本實用新型中所提到的純水液壓系統及其控制方法不局限于水下機械手關節驅動，也可以應用于水上、水下等其它位置、速度控制的應用場所。
【主權項】
1.一種用于機械手關節驅動的純水液壓系統，主要包括水壓動力源、水壓高頻電磁開關閥組、水壓回轉執行元件和監測控系統幾個部分，其特征在于:水壓柱塞栗(I)入口處安裝過濾器(3)并由潛水電機(2)驅動，水壓柱塞栗(I)的出口并聯設置有第二水壓高頻電磁開關閥(7)、第三水壓高頻電磁開關閥(8)和水壓溢流閥(4)，其中水壓溢流閥(4)的入口安裝有壓力表(5);第二水壓高頻電磁開關閥(7)的出口分為兩路:一路與執行機構(10)的進出水口 I連接，另一路連接到第一水壓高頻電磁開關閥(6)的入口；第三水壓高頻電磁開關閥(8)的出口分為兩路:一路與執行機構(10)的進出水口 II連接，另一路連接到第四水壓高頻電磁開關閥(9)的入口；執行機構(10)內安裝角度編碼器(11)，并通過傳動軸與負載(12)連接;水壓高頻電磁開關閥(6，7，8，9)的信號輸出端分別通過水密線纜與程序控制器(13)連接，角度編碼器(11)的信號輸入、輸出端別通過水密線纜與程序控制器(13)連接，程序控制器(13)與工控機(14)通過線纜實現通訊。2.根據權利要求1所述的一種用于機械手關節驅動的純水液壓系統，其特征在于:所述執行機構(10)為水壓擺動缸或馬達。3.根據權利要求1所述的一種用于機械手關節驅動的純水液壓系統，其特征在于:水壓高頻電磁開關閥組由四個結構完全相同的水壓高頻電磁開關閥(6，7，8，9)組成，每個水壓高頻電磁開關閥的閥芯采用錐閥密封結構。
【文檔編號】F15B21/02GK205521364SQ201620051424
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月19日
【發明人】聶松林, 張振華, 楊宏磊
【申請人】北京工業大學