[发明专利]两足机器人智能泵阀的协同控制方法与执行器装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种基于微控制器智能控制算法的小功率液压执行器，用于两足机器人控制，内容涉及电液控制技术领域。

【背景技术】

现代机器人的控制技术要求执行器具有控制性好、能耗低、输出力大和小型轻量化的特点。典型的机器人执行器驱动方式有电动机直接驱动和电液驱动两种型式，而具有大的负重功能的机器人为了减轻自身重量和能源消耗，提高自身的功率重量比，执行器多选用电液驱动方式。目前电液控制执行器主要有阀控与泵控两种系统工作方式，阀控系统具有精度高和响应速度快的控制特性，而泵控系统则有转换效率高和控制精度适中的特点。由于阀控系统节流控制损失，大大降低了系统效率并且引起系统发热。相比阀控系统20～30％的低能量转换效率，虽然泵控系统具有80～90％的高能效比，但是容积控制方式的泵控系统由于响应速度相对较低，应用领域受到局限，通常应用于大功率液压系统。因此无论是阀控技术还是泵控技术驱动的传统液压缸执行器，均还无法很好地适应机器人控制的小型执行器所要求的高速轻量化、输出力大、可控性好和能耗低的要求。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种两足机器人智能泵阀的协同控制方法与执行器装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的目的之一是提供两足机器人智能泵阀的协同控制方法，其具体步骤为：采用微控制器MCU实时采样两足机器人的足底压力变化和工作状态，通过系统辨识算法辨识出当前状态和需要施加的控制量，采用智能控制算法实时控制伺服阀的阀口开度，同时通过控制液压泵电动机的转速来控制系统的流量，降低系统的节流损失，达到系统载荷匹配和节能的效果。

本发明的目的之二是提供一种两足机器人智能泵阀的执行器装置，包含复位弹簧与传感单元的液压缸，液压缸内安装有传感单元，在液压缸的有杆腔内安装有复位弹簧，液压缸无杆腔与受微控制器MCU控制的泵阀混合控制系统相连接；基于微控制器MCU的功率控制单元按照事先编制好的程序，在智能控制算法的控制作用下，控制伺服阀开口和油泵电动机转速产生的容积变化，使得执行器装置协同工作。

所述泵阀混合控制系统的第一种控制方案简述如下：一种以泵阀混合控制方法控制的机器人执行器，油箱与单向泵进油口连接，单向泵出油口与单向阀连接，单向泵转轴与直流电机连接，单向阀与稳压的蓄能器、压力传感器及进油伺服阀连接，进油伺服阀与单出杆液压缸及回油伺服阀连接，回油伺服阀与油箱连接，单出杆液压缸的传感单元通过信号线与控制器连接，控制器通过信号线与稳定压力检测信号的压力传感器连接，控制器还通过控制线与直流电机、进油伺服阀和回油伺服阀连接。

所述泵阀混合控制系统的第二种控制方案简述如下：一种以泵阀混合控制方法控制的机器人执行器，油箱与单向泵进油口连接，单向泵出油口与单向阀连接，单向泵转轴与直流电机连接，单向阀与单出杆液压缸及回油伺服阀连接，回油伺服阀与油箱连接，单出杆液压缸的传感单元通过信号线与控制器连接，控制器通过控制线与直流电机和回油伺服阀连接。

所述泵阀混合控制系统的第三种控制方案简述如下：一种以泵阀混合控制方法控制的机器人执行器，油箱与单向泵进油口连接，单向泵出油口与单向阀连接，单向泵转轴与直流电机连接，单向阀与单出杆液压缸、蓄能器及回油伺服阀连接，回油伺服阀与油箱连接，单出杆液压缸的传感单元通过信号线与控制器连接，控制器通过控制线与直流电机和回油伺服阀连接。

基于微控制器MCU的功率控制单元按照事先编制好的程序，完成智能控制算法的协同功能，控制执行器工作。智能控制算法的主要功能是：(1)辨识出系统力反馈控制需要的有关控制参数；(2)实时控制伺服阀的阀口开度和控制液压泵容积变化；(3)通过控制系统的节流损失，达到系统载荷匹配和节能的效果。

对于不同负载重量的机器人的使用要求，本发明提出了3种执行器控制方案。这3种控制方案相同的技术要点简述如下：(1)都是泵阀协同控制；(2)使用了共性的数字液压控制技术；(3)能够满足机器人执行器所要求的柔顺性的控制特点；(4)与单纯的阀控液压系统相比较，具有明显的降低能源消耗的特点；(5)与通常的泵控液压系统相比较，又共同具有阀控系统的控制准确和反应灵敏的特点。通过选择3种不同的配置方案，可以使之适合不同负载的机器人的应用场合和需要。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

(1)本发明使用复位弹簧简化了液压缸回程运动的控制；

(2)本发明直接检测在液压缸内的传感单元信号，可靠性提高；

(3)本发明采用伺服阀节流控制和容积控制的混合控制方式，控制响应快；