[发明专利]一种多自由度液压机械臂的电液控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种多自由度液压机械臂的电液控制系统，包括电控系统和液压系统，所述液压系统包括7个换向阀、7个液压缸、液压泵和油箱，所述液压缸包括活塞杆、有杆腔和无杆腔，所述电控系统包括单片机，与所述单片机连接的7个位移传感器、工控机、继电器，与继电器连接的电机，以及与工控机连接的相机，所述位移传感器位于所述活塞杆上；本发明也公开了一种多自由度液压机械臂的电液控制系统的控制方法，包括视觉识别全自动控制方法，包括视觉识别和各关节的PID位置控制，实现多自由度液压机械臂的全自动化控制。

技术领域

本发明涉及液压机械臂控制技术领域，尤其涉及一种多自由度液压机械臂的电液控制系统及其控制方法。

背景技术

当液压机械臂作业时，比如维修或采摘时，需要较高的控制精度，而且机械臂动作要求多自由度，即具备多液压缸同时动作，需要对机械臂人为控制和全自动化控制灵活变通；目前的液压机械臂的控制系统多采用比例阀、调速阀等液压元件来达到较高的精度，该方法虽可达到较高的控制精度，但对于需要多液压缸同时动作的液压机械臂而言，成本较高，而且使用一段时间后，油液的清洁度对系统的控制精度会产生影响，控制精度不稳定，而且没有实现全自动化控制，也无法自由选择人为控制或全自动化控制，满足控制模式的灵活切换。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本发明提供一种多自由度液压机械臂的电液控制系统及其控制方法，实现多自由度液压机械臂的全自动化控制。

(二)技术方案

基于上述的技术问题，本发明提供一种多自由度液压机械臂的电液控制系统，所述控制系统包括电控系统和液压系统，所述液压系统包括n个换向阀、n个液压缸、液压泵，所述液压缸包括活塞杆、有杆腔和无杆腔，每个液压缸均连接一个换向阀，所有换向阀的进油口均与液压泵的出口连通，当所述换向阀位于中位时，液压泵与有杆腔不连通，无杆腔与返回油路不连通；当所述换向阀位于左位时，液压泵与无杆腔连通，有杆腔与返回油路连通，活塞杆伸出；当所述换向阀位于右位时，液压泵与有杆腔连通，无杆腔与返回油路连通，活塞杆缩回；

所述电控系统包括单片机，与所述单片机连接的n个位移传感器、继电器以及相机；所述位移传感器位于所述活塞杆上，用于测量活塞杆的伸缩量；所述相机用于监视和视觉识别机械臂的末端执行器即机械爪需要到达的目标位置；所述继电器的控制位分别对应每个换向阀左位和换向阀右位；所述单片机用于根据所述目标位置计算生成各关节需要到达的指定位置，将所述伸缩量进行模数转换、分析计算得到各关节的实际位置，并根据所述指定位置和实际位置生成脉宽调制信号控制所述继电器的通断。

进一步的，所述液压系统还包括溢流阀和油箱，所述油箱与所述液压泵的进口连通，所述溢流阀位于所述液压泵的出口处；所述电控系统还包括工控机、手柄和电机，所述相机与单片机通过工控机连接，所述工控机用于人工输入指令、显示监视画面、活塞杆伸缩量、机械爪的目标位置和各关节的指定位置，以及与单片机的通信传输；所述手柄连接所述单片机，用于人为输入指令并传送给所述单片机；所述电机连接所述继电器，所述继电器上有两个控制位分别对应电机正转和电机反转，所述电机用于控制所述机械爪的动作，当电机正转时，所述机械爪收紧，当电机反转时，所述机械爪松开。

优选地，所述换向阀、液压缸、位移传感器的个数n为7个，所述继电器至少具有16个控制位，分别对应7个换向阀的左位和右位，电机的正转与反转。

优选地，所述相机为灰点双目相机，所述单片机为STM32系列单片机，所述换向阀为三位四通电磁换向阀，所述位移传感器为拉绳式位移传感器。

本发明还公开了一种多自由度液压机械臂的电液控制系统的控制方法，所述控制方法包括视觉识别全自动控制方法，所述视觉识别全自动控制方法包括视觉识别和各关节的PID位置控制，具体包括以下步骤：