[发明专利]一种用于机械手关节驱动的纯水液压系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于流体传动与控制领域，涉及以纯水为工作介质的液压机械手的液压系统，尤其涉及一种在水下使用的机械手关节驱动的纯水液压系统及其控制方法。

背景技术

水液压传动技术在水下作业工具、水下机器人、潜器浮力调节等水下工程技术领域具有独特的使用优势，在某些场合甚至是唯一的选择。这是因为传统的以液压油为工作介质的液压系统，必须设计成闭式循环结构并配置压力补偿器，随着水深的增加，补偿器需要承受的背压越高，造成系统越发笨重复杂。尤其需要指出的是，液压油一旦泄漏对水下环境会造成严重污染。水液压系统以纯水作为工作介质，利用水压泵直接从周边水域吸入水，系统做完功后又直接排回至周边环境，无需考虑封装、压力补偿等问题，系统配置简单，不污染环境，因此适合在水下尤其是大深度海洋环境中应用。

由于液压机械手具有控制精度高，响应速度快等特点，所以相配套液压系统在容积效率、泄漏、静动态性能等方面都要有较高要求。然而与液压油相比，纯水(包括淡水、海水)的粘度低、润滑性差，在同等工况下通过相同摩擦副间隙时纯水(包括淡水、海水)的泄漏流量要比液压油增大近30倍，从而引起容积效率、控制精度的显著降低。目前，国内外所研制的液压机械手主要以油压为工作介质油压系统为主，其中的控制元件主要为油压比例阀或伺服阀，对传动介质的污染度提出了更高的要求。由于以水液压比例阀或伺服阀至今发展并不成熟，限制了水液压系统在液压机械手的中的应用。但是，以水为工作介质的锥阀类运动部件之间配合公差小、动作灵敏，可实现微小或零泄漏，同样可以满足机械手在控制精度和速度方面的要求。如何克服现有水液压元件在密封、可靠性等方面的不足，并以水液压元件为基本单元研制出满足液压机械手需要的水液压系统，对于扩展机械手的应用场所，避免环境污染等问题都具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种水压机械手液压系统，可以应用于以水工作介质的液压机械手，避免油压机械手需要压力补偿装置、泄漏会造成污染等问题。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于机械手关节驱动的纯水液压系统，主要包括水压动力源、水压高频电磁开关阀组、水压回转执行元件和监测控系统几个部分，其特征在于：水压柱塞泵(1)入口处安装过滤器(3)并由潜水电机(2)驱动，水压柱塞泵(1)的出口并联设置有第二水压高频电磁开关阀(7)、第三水压高频电磁开关阀(8)和水压溢流阀(4)，其中水压溢流阀(4)的入口安装有压力表(5)；第二水压高频电磁开关阀(7)的出口分为两路：一路与执行机构(10)的进出水口I连接，另一路连接到第一水压高频电磁开关阀(6)的入口；第三水压高频电磁开关阀(8)的出口分为两路：一路与执行机构(10)的进出水口II连接，另一路连接到第四水压高频电磁开关阀(9)的入口；执行机构(10)内安装角度编码器(11)，并通过传动轴与负载(12)连接；水压高频电磁开关阀(6，7，8，9)的信号输出端分别通过水密线缆与程序控制器(13)连接，角度编码器(11)的信号输入、输出端别通过水密线缆与程序控制器(13)连接，程序控制器(13)与工控机(14)通过线缆实现通讯。

所述执行机构(10)为水压摆动缸或马达。

所述的一种用于机械手关节驱动的纯水液压系统，水压高频电磁开关阀组由四个结构完全相同的水压高频电磁开关阀(6，7，8，9)组成，每个水压高频电磁开关阀的阀芯采用锥阀密封结构。

一种用于机械手关节驱动的纯水液压的控制方法，根据水压机械手关节位置、速度的控制需要，由程序控制器(13)和工控机(14)发出脉冲宽度调制信号，实现水压高频电磁开关阀(6，7，8，9)开启与关闭的时间控制，从而实现水压摆动缸或马达(10)位置、速度的精确数字控制。

与背景技术相比，本发明所具有的有益效果是：

(1)该水压机械手液压系统结构简单，以纯水为工作介质，整个系统为开式回路，直接从系统工作环境中吸水和排水，能够避免油压机械手液压系统必须设为闭式回路、系统需要增设压力补偿装置、泄漏会造成环境污染等问题；

(2)利用程序控制器和工控机发出脉冲宽度调制信号，控制高频电磁开关阀组的开启与关闭时间，从而实现水压摆动缸或马达的精确数字控制，满足液压机械手的高精度、高频响控制要求。

附图说明

图1是本发明的结构原理图；