[发明专利]一种静液连续可变传动方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种静液连续可变传动(Continuously Variable Transmissions，简称CVT)方法及装置，属于流体传动与控制技术领域。

背景技术

在多轴的传动工作中，传动轴之间的传动比决定了传动轴复合所产生的运动，例如关节式机器人轴与轴之间的传动比决定了末端运动轨迹。

末端线速度v＝Jn＝J[n₁，n₂，…，n_m]^T(J是雅可比矩阵，n是各传动轴的转速)

机器人通常是按照轴之间的传动关系独立地驱动和控制各个轴的运动，即通过控制末端的运动速度和驱动力来控制末端的运动轨迹，属于完全主动控制。这样只有在工况可描述的情况下，机器人的末端运动才能被准确而有效地控制。有时机器人末端轨迹需要柔性可调，甚至只提供运动轨迹约束，而驱动由操纵者完成。

针对上述问题国外学者提出了构建这样一种被动机器人平台，它是对于确定的因素(末端运动轨迹)进行编程控制，而对于不确定的因素(末端运动的速度和加速度)人为决策，将这两者结合起来的操纵平台。它兼有人的特性和机器的特性，动作效果既具有人模糊决策的能力，又具有机器的精确性。

这样的平台需要将末端运动轨迹和末端运动速度分离，独立控制。其中关键的技术是如何获得这样一种末端运动的不完全约束，它独立于末端速度，且可以连续变化，以形成末端运动虚拟的轨迹约束面，即不主动控制各传动轴运动，而是使各传动轴的运动存在可连续调节的比例关系。

发明内容

本发明的目的是为了解决机器人末端轨迹不完全约束的技术问题，提出一种静液连续可变传动方法及装置。使得通过液压管路串联的多个容积式变排量机/液能量转换元件(以下简称“变量元件”由于液压泵和液压马达是可逆的，因此变量元件可以是变量液压泵也可以是变量液压马达)的转轴之间的传动比，能够通过调节变量元件的排量而进行控制，从而在被动机器人末端轨迹形成虚拟约束。

本发明的一种静液连续可变传动装置，包括两个或两个以上变量元件、两个或两个以上整流装置和油液管路，变量元件和整流装置数量相等，变量元件的进油口、出油口通过油液管路连接整流装置的第一油口、第二油口，多个整流装置的第一通道和第二通道串联连接，形成密闭环路。

一种静液连续可变传动方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一：在变量元件(双向变量液压泵或双向变量液压马达)上并联安装整流装置，构成变量单元；

步骤二：将两个或两个以上变量单元通过液压管路串联连接，构成闭式回路；

步骤三：通过调节变量元件的排量改变变量元件两两之间的传动比；

根据流量连续性原理串联闭式油路中变量元件的流量是相同的，变量元件两两之间的排量比就是其转轴传动比的倒数，因而通过连续调节变量元件的排量就可以得到变量元件转轴之间连续可变的传动比；

若有m个变量元件串联，并由变量元件转轴构成m自由度串联机器人的关节，设机器人关节转速向量为n＝[n₁，…，n_m]^T，n₁…n_m分别表示m个关节的转速，则末端轨迹的虚拟约束面可用末端速度矢量的方向表示，末端速度矢量方程为：

v＝Jn＝QJ[1/q₁，1/q₂，…，1/q_m]^T＝n₁J[1，q₁/q₂，…，q₁/q_m]^T

其中：v是末端速度矢量，J是雅可比矩阵，n是关节转速向量，Q是回路油液流量，q_i是第i个变量元件的排量，i∈[1，m]，通过排量的连续调节从而得到关节间连续可变的传动关系，在末端形成轨迹约束。

本发明的优点在于：

(1)创新结构

采用静液传动，无机械间隙问题，实际工况下油液可以起到缓冲作用。采用改变关节变量元件的排量关系实现连续可变传动，装置结构简单且控制方法易于实现。

(2)操纵性能好

采用单向阀联锁整流装置实现油路整流切换，油路的切换取决于关节的工作状态，阀芯复位弹簧产生的开启压力可以产生末端操作器一定的触觉效果，改善操纵者的操作感觉。

附图说明

图1是本发明的原理示意图(以三个变量元件为例)；

图2是本发明整流装置的结构示意图；