挖掘机器人液压传动的伺服控制策略
现代挖掘机的液压操纵和控制系统
— Ｉ
■ 广 东江 门／ 艳 肖
， “ ， Ⅲ ｌ
液压挖掘机 的作业操纵 系统
现代液压挖掘机 的作业操纵 系 统是 用来完成挖 掘作业 中各种动作
的操 纵 ，它是挖 掘机 的主要操纵 系 统。液压挖掘机挖 掘作业过 程 中主
３ ． 机械操纵系统
目前许多液压挖 掘机 采用机械 操纵 系统 ，其优点是结 构简单 ，工
配阀滑阀的 移动， 也是用液压导向
而进行 间接控 制的 ，所不 同的是 采 用了减压式先导阀。
速的调节。目 前应用在液压挖掘机
柴 油机上的控制装 置有 电子功率优 化 系统 、 自动怠速装 置、电子调速
在２ ～４ ｍｍ之间 。前 、后 终点之 ０ ０ 间 的操 纵 手 柄总 移 动 量 不应 超 过
３０ ｍ ４ ｍ
ｏ
其变量摆角来实现的
。
对
，
过节 调
根据控制形
液压挖 掘机的全 自动化 。人们对液 压挖掘机 的研究 ，逐步 向机 电液控 制 系统方 向转移 ，使挖掘机 由传统 的杠杆操纵逐 步发展到液压操纵 、 气压操纵 、电气操纵 、液压伺服 操 纵 、无线 电操纵 、电液比例操纵 和 计算 机直接操纵 。所以 ，对挖掘机 的机 电液一体化 的研 究 ，主要集 中 在液压挖掘机 的控制 系统上 。
压力发生式和 减压阀式两种 。压力 发 生式先导 阀操纵 ，这是一种远 距 离操 纵阀 ，驾驶 员利用先导 阀的压 力油 来操纵主分 配阀 ；减压 阀式先 导 阀操纵 ，与上述 的压 力发生式先 导阀操纵 一样 ，这种操纵 装置主分
功 率就增加 （ 小） 或减 ，由于输 出转 矩 基本 不变 ，所以柴油机 转速 也增 加（ 或减小 ） 不同的节 气门开度 ，即 对应着不 同的柴油机转速 。由此可 见 ，对柴油机控 制的 目的是 ，通过 对油门开度 的控 制来 实现柴油机转
基于液压伺服驱动并联机构的自行走掘进机控制方法探讨
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３ ６
姿态 。图 ２是典 型的并联 机器人结构 。
液压 与 气 动
３２ 自适 应 控 制 ．
２０ ０ ８年 第 ５期
自行走 掘进机 的推 进动力传递 和控制 系统具 有大
自适应控制 包括线 性 系统 自适应 控制和非 线性 系 统自 适应 控制， 中线性 系统 自 其 适应控制 方法在并联机 器人控 制 中已经得 到了应 用 ［８ ６１ －ｏ文献 ［ 针对六 自由 ９ 】
作。
可见盾构机 液压伺 服驱动推 进系统的控 制多采用 对 液 压缸 分 组联 合控 制 的方法 ， 用将 推 进液 压缸 ８ 采
个分为 ４组 ， 对每组 液压缸 分别进行控制 ， 并对相 邻两
组 实行联 合控制 ， 以实现全 部液 压缸 工作 、 单组液 压缸
前进 或后退 、 相邻 两组液压 缸前进或后 退等动作 ， 从而
１ 前言
实现 盾构 的整体 推进及 上、 左、 左 上、 ］ 右、 左下、 右上、 右下的掘进姿 态控制 。
自行 走掘 进机 是盾 构机 、 顶管 机等 地下隧 道施 工 设备在 市政管 网工程 中的继 承 和发展 。 自行走 掘进机 利 用液压并联机 构的推 进以及增 阻片的摩 擦力实现在
土 中的 自行走 … 。其 主要特 点是能 够实 现在 土 中的急 曲线 自 走。 因此 对它的液 压驱动机 构的控制 是掘进 行 机 能够顺利 前进并 到达 目的地的重要条件。 盾 构掘 进机 液 压缸一 般 为偶 数 对称 分布， 分布 其
图一般 如图 １ 所示。
由此可见 这种 液压 推进机 构不 能实现绕 自身轴 的 转 动以及不 能向任意方 向的转 向和 平动 ， 实现 上、 只能
机器人液压挖掘机运动系统的建模与控制
第 卷第 期年 月机器人 ×∂文章编号 2 2 2机器人液压挖掘机运动系统的建模与控制3张海涛 何清华 张新海 黄志雄中南大学机电学院 湖南长沙摘 要 首先利用机器人运动学将铲斗的理想运动轨迹和各工作装置的目标转角序列联系起来 然后利用拉格朗日方程建立各工作装置的运动学模型 最后推导出 ⁄∂液压驱动系统的电液模型 从而得到了挖掘机器人运动系统的完整模型 针对系统动力学的高非线性!参数的不确定性!外界干扰及比例方向阀的死区及非线性增益等特点 提出一种建立在自适应鲁棒控制基础上的非连续映射方法来处理运动系统并利用鲁棒反馈来消除近似误差 最后利用动臂控制试验来验证控制方法的正确性关键词 挖掘机器人 运动控制 系统模型 自适应鲁棒控制中图分类号 ×° 文献标识码ΜοδελινγανδΧοντρολοφτηεΜοτιονΣψστεμοφαΗψδραυλιχΡοβοτιχΕξχαϖατορ2 ∞± 2 ∏ ÷ 2 2¬(ΧολλεγεοφΜεχηανιχαλανδΕλεχτριχαλΕνγινεερινγ,ΧεντραλΣουτηΥνιϖερσιτψ,Χηανγσηα ,Χηινα)Αβστραχτ:× ∏ √ ∏ 2 ∏ ∏ × 2 ∏ ⁄∂ ∏ √ ∏ ¬ √ 2 ∏ ∏ ¬ 2 ∏ √ √ ∏2 ∏ √ ∏ ∏ ƒ 2 ¬ ∏ Κεψωορδσ: ¬ √ √ ∏1 引言(Ιντροδυχτιον)本文利用湖南山河智能机械股份有限公司生产的≥•∞ 液压挖掘机为平台进行机器人技术改造电液比例改造如图 所示 在原系统的基础上 每一工作装置都增加了两个梭阀和两个比例减压阀 从而实现了人工控制和电液比例遥控的快速方便转换硬件控制系统构成如图 所示 系统分为上!下位机两级结构上位机°≤计算机根据目标轨迹计算出相应的目标转角序列传递给下位机下位机根据上位机的目标转角指令并采样检测到的关节位置信号和油缸压力信号执行位置控制算法 输出电压信号控制先导阀驱动工作油缸图 改造后的电液系统示意图ƒ ≥ ∏3基金项目 国家 计划资助项目 收稿日期图 控制系统的硬件构成ƒ ∏2运动系统模型的建立(Μοδελινγοφτηεμοτιονσψστεμ)挖掘机器人运动控制系统由控制器!液压动力系统和挖掘机工作装置组成,其中工作装置主要是由上车!动臂!斗杆!铲斗等组成.2.1工作装置运动学分析建立工作装置的运动学模型是为了将铲斗尖的目标轨迹转化为实现该轨迹所需要的目标转角序列,并确定液压缸活塞杆的伸缩序列.图 定义了基坐标系Ο{ΞΨΖ}来描述铲斗尖的位置,并将Ο {ξψζ}!Ο{ξψζ}!Ο{ξψζ}!Ο{ξψζ}系统地加在各关节处,从而得到各坐标系之间的⁄2 变换矩阵为:Αιι− =Ηι− ΑιΗιΑιΗιαιΗιΑιΗι− ΑιΗιαιΗι ΑιΑιδι( )其中ι , , ,,将这些矩阵相乘便可以得到决定铲斗位置和方向的/手0矩阵:Α(αααα)(αααα)αΗαΗαΗδ( )其中(Η),(Η),(ΗΗΗ ),(ΗΗΗ).对于以时间τ为自变量的给定铲斗运动轨迹φ(τ),理想的铲斗位置和方向又可用基坐标系中的一个位置矩阵即φ(τ) [νξ,σξ,αξ,πξ;νψ,σψ,αψ,πψ;νζ,σζ,αζ,πζ; , , , ]表示出来,其中ν!σ!α为姿态矩阵,π为位置向量,通过解方程( ),便可以求出与理想轨迹点对应的各铰点的关节角为:φ(τ)=Α(τ)( )图 液压挖掘机工作装置运动学模型ƒ ∏¬ √ π2.2工作装置的动力学模型挖掘作业时,挖掘机工作装置在铅直面内运动,故可设转角Η.每个工作臂的动力学方程可根据拉格朗日方程导出.本文以动臂为例,设斗杆和铲斗固定,动臂缸无杆腔和有杆腔的压力分别为Π和Π,面积分别为Α 和Α ,Τ(τ,Η ,Η. )为含外载和摩擦阻力矩的总干扰力矩,ξ!ψ为大臂重心在ο{ξψζ}中的坐标,ξ !ψ 为斗杆重心在ο {ξ ψ ζ }中的坐标,ξ!ψ为铲斗重心在ο{ξψζ}中的坐标值;Ι!Ι!Ι分别为动臂!斗杆和铲斗相对于其重心的转动惯量;μ!μ!μ分别为动臂!斗杆和铲斗的质量,μΛ为铲斗中未知负载的质量,则动臂相对于铰点Ο的动力学方程为:(ΔχμΛλε)Η..Γχ(Η) μΛγλγ(Η)5ξΛ5Η(ΠΑΠΑ) Τν(τ,Η,Η.)( )式中,ΔχΙμ(ξλ) μψΙμ(ξλλ) μ(ψλ) Ιμ(ξλλλλ) μ(ψλλλ)Γχμγλμγξβχμγψβμγ(λλ) μγ(ξψ) μγλμγλμγλμγξμγψ其中!!为 (Η)! (ΗΗ)! (ΗΗΗ).2.3电液比例系统模型[5,6]液压挖掘机的油缸由换向阀控制,换向阀的开口量由比例阀输出油压大小所确定,而比例阀减压机器人 年 月阀输出的油压由控制器输出的电压大小所决定.液压系统模型如图 所示.图 ⁄∂液压系统示意图ƒ ≥ ⁄∂ ∏设:( )比例阀为对称三位四通阀,阀内流体为紊流;( )忽略管道压力损失及其动态特性;( )比例阀的死区对称.以动臂阀控液压缸为例,其动力学模型为:ς (ξΛ)ΒεΠ.=−Α ¾ξΛ+Θ =−Α 5ξΛ5ΗΗ.+Θ ς (ξΛ)ΒεΠ. =Α ¾ξΛ−Θ =Α5ξΛ5ΗΗ. −Θ ( )其中ς (ξΛ) ςη Α ξΛ,ς (ξΛ) ςη Α ξΛ,为两个腔的控制容积,ςη 和ςη 分别为进油路和回油路在ψ时的容积,Βε为有效体积模量,Θ 和Θ 分别为进入和流出液压缸的流量,设Πρ为回油压力,ΠΛΣ和Πη分别为ΛΣ阀和压力补偿阀弹簧的压力,由 ⁄∂系统工作原理[ ]可得:Θ Χδ Ωξϖφ (∃Π )Χδ ΩξϖΠΛΣ ΠηΧδ ΩξϖΠ Πρξϖ∴ ξϖΘ Χδ Ωξϖφ (∃Π )Χδ ΩξϖΠ ΠρΧδ ΩξϖΠΛΣ Πηξϖ∴ ξϖ( )由于比例阀存在死区,且试验表明流量增益Χδ为非线性的[ ],如图 所示,设比例阀的净开口量为:ξ √=ξϖ−ξδξϖ+ξδ, ξϖ∴ξδ,−ξδ[ξϖ[ξδ, ξς<−ξδ( )其中ξδ为阀的死区,简便起见,我们用两条直线来近似阀的流量增益系数,为了便于控制,我们将阀的流量Θ分为式( )所表示的两部分,其中ΘΜ为简化了的流量映射函数,Θ∗为流量映射的模型误差,Θ∗的影响将通过一定的鲁棒反馈来进行处理.而ΘΜ的表达式为式( ),对于一定的阀位移点而言,Χδ 和Χδ 为常量.Θ(ξϖ,∃Π)=ΘΜ(ξϖ,∃Π)+Θ∗(ξϖ,∃Π)( )Θ Μ=Χδ Ωφ (∃Π )ξ √Θ Μ=Χδ Ωφ (∃Π )ξ √( )3 适应鲁棒控制器的设计(Δεσιγνοφτηεα2δαπτιϖεροβυστχοντρολλερ)由挖掘机模型可知,对挖掘机进行控制的主要难点在于:∞系统的动力学是强非线性的;ƒ系统参数存在不确定性,如惯性负载μΛ!液压系统体积模量Βε的不确定性; 外界干扰和未建模的摩擦力引起的干扰Τν; 方向阀的死区!非线性流量增益等.为了解决上述问题,本文采用建立在自适应鲁棒控制器基础上的非连续映射来处理系统的非线性及参数的不确定性,利用图 中以通过坐标原点且与ξ轴成 β的直线为对称轴!增益曲线的对称曲线对阀的死区进行补偿,并利用鲁棒反馈来补偿流量映射误差.主要考虑由未知载荷μΛ!体积模量Βε和集中干扰Τν三个不确定参数,设θ(λε/ϑχ)μΛ,θΤνϑχ μΛλε,θ Βε,并且θ [θ ,θ ,θ ]×,则式( )!( )可以变换为以θ为参数的线性函数:Η..θ ϑχ[5ξΛ5Η (Π Α Π Α ) Γχ(Η )] θλ εγλγλ εγλγ θ Τ∗(τ,Η ,Η# )Π.Η ς ( Α 5ξΛ5ΗΗ.Θ Μ Θ∗ )Π.Η ς(Α5ξΛ5Η Η. Θ Μ Θ∗ )( )其中Τ∗Τ(τ,Η ,Η.) Τνϑχ μΛλε,θ [θ[θ ¬, Τ∗[ΔΤ,第 卷第 期张海涛等 机器人液压挖掘机运动系统的建模与控制Θ∗[ΔΘ , Θ∗[ΔΘ ,且θ !θ ¬!ΔΤ!ΔΘ !ΔΘ 已知.设⊥θ和θ∗为θ的估计值和估计误差,接下来寻找自适应法则( ),式中#为对角矩阵,Σ为自适应函数,ΠροϕΗ(#)为非连续投影映射.⊥θ.=ΠροϕΗ (#Σ)( )( )Π Α Π Α ΠΛ为方程( )的输入,因此要寻找有效输入ΠΛδ使得输出误差ζ Η Η δ趋近于零,以保证轨迹跟踪精度.设:Η.ρ Η.δ κ ζ ,Η..ρ Η..δ κ ζ.,ζ Η.δ Η.ρ<ϑχ(5ξΛ5ΗΠΛδα Γχ) γλγ/λε, , ×由式( )并根据 ∏ √函数,可得:ΠΛδ ΠΛδα ΠΛδσ,Σ < ζ ΠΛδα5Η 5ξΛ[ΓΧ(Η )ϑχθ(⊥θ.λ εγλγλ εγλγ ⊥θ &θ ρ)] ΠΛδσ ΠΛδσ ΠΛδσ ΠΛδσϑΧθ 5Η 5ξΛ(κ σ κ )ζ ,κ( )( )设ζ ΠΛ ΠΛδ为输入误差,接下来将推出实际控制法则使ζ 趋于零.由式( )可得: ¾ζ Π.Λ Π.Λδ θ(Ας Ας )5ξΛ5Η Η.(Α ςΘ ΜΑ ςΘ Μ) (Α ςΘ∗Α ςΘ∗)Π.Λδχ Π.Λδυ( )其中Π.Λδχ5ΠΛδ5ΗΗ.5ΠΛδ5Η.Η.. 5ΠΛδ5τ为Π.Λδ的计算部分,通过鲁棒反馈处理Π.Λδ的误差部分Π.Λδυ5ΠΛδ5Η.[ϑχ#(5ξΛ5ΗΠΛ Γχ(Η ))θ∗λεγλγθ∗ θ∗ Τ∗] 5ΠΛδ5θ⊥θ..在式( )中,Α ςΘ ΜΑ ςΘ Μ ΘΛ可视为有效输入,本过程将推导出ΘΛ的理想输入ΘΛδ,使ΠΛ跟踪步骤( )中推出的理想控制函数ΠΛδ.控制函数ΘΛδ和自适应函数Σ 分别为:ΘΛδ(Η ,Η.,Π ,Π ,⊥θ,τ)=ΘΛδα+ΘΛδσΣ =Σ +< ζ ΘΛδα=−θ ΘΛδεΘΛδσ=ΘΛδσ +ΘΛδσΘΛδσ =−θ(κ +κ σ )ζ , κ >( )其中Σ Σ < ζ ,ΘΛδε ϑχ5ξΛ5Η ζ ⊥θ ⊥θ(Ας Ας )5ξΛ5Η #Η.Π.Λδχ,< [ ϑχ5ξΛ5Η ζ 5ΠΛδ5Η.[ ϑχ(5ξΛΘ5Η ΠΛ Γχ(Η )) λ εγλγ], 5ΠΛδ5Η., (Ας Ας )5ξΛ5Η Η. ΘΛδα]×在得到ΘΛδ的值后,由式( )!( )便可以计算出理想的阀芯净位移为:ξ √=ΘΛδ(Η ,Η.,Π ,Π ,⊥θ,τ)Α ςΧδ φ (∃Π )+Α ςΧδ φ (∃Π )( )设阀芯的位移与控制电压υ阀芯位移ξϖ成正比,即ξϖΚυ,则:υ=Κξϖ=Κ(ξ √+ξδ)Κ(ξ √−ξδ) ξ √∴ξ √=ξ √<( )令自适应法则( )中的Σ Σ ,选择κ σ !κ σ 使得κ σ∴+#< + ,κ σ ∴+#< +,那么使用控制法则( )便可以达到较好的控制精度.图 比例阀流量增益的非线性特性ƒ √ √4 试验研究及结论(Εξπεριμεντανδχονχλυ2σιον)以湖南山河智能机械股份有限公司的≥•∞ 液压挖掘机器人为试验平台对动臂进行转角控制试验 控制系统的硬件结构如图 所示 设动臂的目标转角运动以 β为中心!幅值为 β的一个正弦曲线 试验结果如图 所示 结果表明控制器能较好地完成对理想轨迹的跟踪机 器 人 年 月本文提出了一种对挖掘机进行运动轨迹控制的方法 能够保证必要的精度 在本系统的基础上进行通讯系统的设计 便可以实现挖掘机的遥控操作 在此基础上解决挖掘机的运动规划问题 便可以实现全自动化挖掘图 大臂转角控制试验ƒ ∞¬ π参考文献(Ρεφερενχεσ)≈ ⁄ ≥ ⁄ × √ ∏2 ∏ ¬ √ ≈ ∏ ≥ 2 ≈ ± ≥ ∏ ± ¬ √ ∏ ∏ 2 ≈ ∞∞∞ ∏≈ ≠ √ ∏ ≈ ° ∞∞∞≤ ⁄ ≤ ≈≤≈ 朱湘翼 机械铲式挖掘机机器人化的探讨≈ 机器人≈ 孙守迁 冯培恩 金永昕 微机操纵液压挖掘机反铲典型作业循环过程路径规划及运动学研究≈ 工程机械 ≈ 李兰生 邹占江 液压挖掘机工作装置专家模糊控制系统的研究≈ 矿山机械≈ 罗安 智能电液比例位置伺服系统≈ 组合机床与自动化加工技术≈ 张铁 朱明才 工程建设机械机电液一体化≈ 山东 石油大学出版社作者简介张海涛 2 男 工程师 硕士研究生 研究领域 矿山机械 工程机械 液压传动与控制何清华 2 男 教授 博士生导师 研究领域 液压工程机械 凿岩机器人技术上接第 页5结论(Χονχλυσιον)本文借助流体动力计算软件≤ƒ÷和 对水下滑翔机器人的阻力!流场及运动特性进行联合仿真 结果表明 这种直观而快速的设计方法给水下滑翔机器人方案设计带来较大的便利 应该指出的是 还可以利用≤ƒ÷与 ≥ ∞ 软件进一步对水下滑翔机器人的水动力系数进行模拟仿真通过≤ƒ÷和 的联合仿真 我们得到了比初步方案更为优越的水下滑翔机器人外形 这为我们在方案设计阶段把握水下滑翔机器人载体的外形对载体运动的影响 从而实现对载体的外形修正提供了一种较为直观的手段致谢本文在完成过程中 得到了吴利红博士和康涛硕士的大力帮助 在此表示诚挚的谢意参考文献(Ρεφερενχεσ)≈ 蒋新松 封锡盛 等 水下机器人≈ 沈阳 辽宁科学技术出版社≈ 陈厚泰 潜艇操纵性≈ 北京 国防工业出版社 ≈ 施生达 潜艇操纵性≈ 北京 国防工业出版社≈ 孙元泉 马运义 邓志纯 等 潜艇和深潜器的现代操纵理论与应用≈ 北京 国防工业出版社≈ 邵世明 赵连恩 朱念昌 船舶阻力≈ 北京 国防工业出版社≈ 徐燕侯 过明道 徐立功 等 流体动力学≈ 北京 科学出版社≈ 张宇文 鱼雷总体设计原理与方法≈ 西安 西北工业大学出版社≈ 燕奎臣 等 深海作业型自治水下机器人总体方案设计报告 载体分系统设计分册 ≈ 沈阳 中科院沈阳自动化研究所科技报告≈ 袁学庆 等 自治水下机器人阻力的数值模拟与试验研究≈ 沈阳 中科院沈阳自动化研究所作者简介胡克 2 男 研究领域 水下机器人结构设计与水动力分析俞建成 2 男 研究领域 水下机器人设计 导航与控制张奇峰 2 男 研究领域 水下机器人设计 导航与视觉第 卷第 期张海涛等 机器人液压挖掘机运动系统的建模与控制。
掘进机行走机构的液压系统设计
掘进机行走机构的液压系统设计
简介
本文档旨在介绍掘进机行走机构的液压系统设计。
液压系统在
掘进机的行走过程中扮演着重要的角色，确保机器的稳定运行和高
效工作。
液压系统的组成
掘进机的液压系统主要由液压泵、液压马达、液压缸等组件组成。
其中液压泵负责将液压油压力加大，液压马达将液压能量转化
为机械能，液压缸则用于对行走机构进行动力驱动。
液压系统的设计
在设计掘进机行走机构的液压系统时，需要考虑以下几个方面：
1. 负载需求：根据掘进机的行走负载需求，选择合适的液压泵
和液压马达。
考虑负载的大小、速度和频率等因素，确保液压系统
可以提供足够的动力。
2. 系统的可靠性：液压系统的可靠性对于掘进机的安全运行至
关重要。
在设计过程中，应选择优质的液压元件，并确保系统的密
封性能良好。
3. 能效优化：掘进机行走过程中的能耗是一个重要的考虑因素。
在设计液压系统时，可以采用变量泵供油系统，通过根据负载需求
调整流量，来提高整体能效。
4. 系统保护：为了保护液压系统，防止因过载或其他异常情况
而损坏，可以添加液压阀、传感器以及报警装置等。
确保在出现异
常情况时可以及时采取相应措施。
结论
掘进机行走机构的液压系统设计是确保掘进机稳定运行和高效
工作的关键。
在设计过程中，需要考虑负载需求、系统可靠性、能
效优化以及系统保护等因素。
通过合理设计和选择优质的液压元件，可以满足掘进机行走机构的液压系统需求。
基于VxD的液压挖掘机器人工作轨迹伺服控制
制 系统 ， 杆 、 斗 回转 关 节 控 制 系 统 与 之 相 同 。控 制 系 统 采 用 可 控 的 变 排 量 泵 供 油 ， 导 电 液 比例 阀 调 节 先
液压 缸 运 动 速 度 ， 压 缸 驱 动 工 装 关 节 运 动 ， 装 角 液 工
关 节 位 置 传 感 器 信 号 作 为 轨 迹 伺 服 反 馈 ， 成 闭 环 形 控 制 伺 服轨 迹 规 划 器 的传 送 来 的 工 装 角 关 节 位 置 序 列 。 图 ｌ中轨 迹 伺 服 控 制 器 详 细 结 构 见 图 ２ 图 ３ 。 是 液 压 挖 掘 机 器 人 动 臂 、 斗 或 斗 杆 单 个 工 装 部 件 铲 轨 迹伺 服 控 制 系 统 原 理 ， 中液 压 系 统 解 析 模 型 由 其
ｄ ｗ９ ｏ ｓ８环 境 下 Ｖ ｓａ Ｃ ＋ ． ｉ ｌ ＋６ ０进 行 设 计 。 软 件 程 序 ｕ
电液 比例 先 导 阀节 流 孑 方 程 、 体 压 缩 方 程 、 压 缸 Ｌ 流 液
力平 衡 方 程 推 导 而 来 。
分 为高 层 轨 迹 规 划 和 底 层 轨 迹 实 时 伺 服 控 制 。Ｗｉ． ｎ
收 稿 日 期 ：０ ２ ０ 一 ２ ２０ — ｌ ０ 图 １ 挖 掘 机 器 人 液 压 控 制 系 统 结 构
每 个 工 装 部 件 具 有 单 独 的 闭 环 ＰＤ轨 迹 伺 服 控 Ｉ 制 系统 。 工 装 角 关 节 位 置 传 感 器 信 号 通 过 Ｐ Ｌ一 Ｃ
８２ Ｇ和 Ｐ Ｌ一７ ６数 据 采 集 卡 获 得 ， 导 电液 比例 １Ｐ Ｃ ２ 先
Ｋｅ ｙｗｏ ｄ ｒ ｓ： Ｒｏ ｏｉ ｘ ａ ａｏ ； Ｖｘ ； Ｓ ｒ ｏ ｃ ｎｔｏ ｂ ｔｃ ｅ ｃ ｖ ｔ ｒ Ｄ ｅ ｖ ｏ ｒｌ
工程机械液压系统解决方案
工程机械液压系统解决方案一、引言液压系统是工程机械中非常重要的一个组成部分，它通过液体力传递能量和实现运动。
液压系统具有高传动效率、工作平稳、控制方便等优点，因此被广泛应用于各种工程机械中，例如挖掘机、装载机、推土机、压路机等。
液压系统的设计和应用对于工程机械的工作性能和可靠性有着关键的影响。
本文将从液压系统的基本原理、工作原理和设计要点等方面进行介绍，分析工程机械液压系统的常见问题，并提出解决方案，旨在为工程机械液压系统的设计和改进提供参考。
二、液压系统的基本原理1. 液压传动的基本原理液压传动是利用液体传递能量和实现运动的一种传动方式。
液压传动系统一般由液压泵、液压阀、液压缸、液压管路等组件组成。
液压泵通过机械运动带动液体流动，产生液压能；液压阀通过控制液体流动的方向、流量和压力等参数，实现对液压系统的控制；液压缸利用液体的压力来实现机械运动。
液压传动系统的优点包括传动效率高、工作平稳、控制方便等。
2. 液压系统的工作原理液压系统的工作原理是基于帕斯卡定律，即液体在闭合的容器中传播压力的原理。
当液压泵向液压缸供液体时，液体将受到压力作用，从而产生推力，驱动液压缸进行机械运动。
液压阀通过控制液体的流动方向、流量和压力，实现对液压系统的控制。
液压管路则起到输送液体的作用。
三、工程机械液压系统的设计要点1. 工程机械液压系统的设计目标工程机械液压系统的设计目标是实现能量传递、运动控制和负载控制等功能，保证机械的动作精确、平稳和可靠。
在设计液压系统时，需要考虑到工作条件、工作环境、负载要求等因素，以确保液压系统能够满足工程机械的工作需求。
2. 工程机械液压系统的设计原则（1）功能匹配：液压系统的设计应与工程机械的功能需求相匹配，确保系统能够满足机械的工作要求。
（2）结构合理：液压系统的布局、管路连接等结构应合理，便于安装和维护。
（3）动作平稳：液压系统在工作过程中，应能够实现动作平稳，避免冲击和振动。
液压伺服与比例控制系统课件
液压比例控制系统的优缺点
缺点
容易出现泄漏和污染：液压系统存在一定的泄漏和污染问题，需要采取措施进行防护。
对温度和压力变化敏感：液压系统的性能受到温度和压力变化的影响较大，需要进行补偿和 调整。
04
液压伺服与比例控制系统的设计 与应用
缺点
维护成本高、液压油易污染、温 度变化影响大、管道复杂、对油 液清洁度要求高等。
03
液压比例控制系统的工作原理
液压比例控制系统的组成
控制器
用于接收输入信号，并生 成控制指令。
执行器
根据控制器的指令，驱动 液压比例阀，以实现对流 量的控制。
反馈传感器
监测执行器的位置或速度 ，将其转化为电信号反馈 给控制器，以形成闭环控 制。
促进工业技术创新
液压伺服与比例控制系统的发展推动了工业技术的创新， 为工业生产带来了更多的可能性，为工业发展注入了新的 动力。
改变工业生产模式
液压伺服与比例控制系统的应用改变了传统的工业生产模 式，实现了更加智能化、网络化的工业生产，为工业发展 带来了新的机遇和挑战。
THANKS
感谢观看
液压伺服与比例控制系统的安全操作规程
在操作前阅读使用手册，按照手册要 求进行操作。
检查液压系统的各个部件是否正常， 无泄漏和损伤。
在操作过程中，不要在危险的情况下 进行操作，如设备故障、人员伤害等 。
在操作过程中，要注意安全保护措施 ，如佩戴安全帽、安全手套等。
06
液压伺服与比例控制系统的发展 趋势及未来展望
液压比例控制系统的分类
按控制方式
开环控制、闭环控制。
按液压执行元件
机械手开题报告【范本模板】
南京大学毕业设计（论文)开题报告学生姓名：学号：专业：机械工程及自动化设计（论文）题目:机械手设计指导教师：2010年4月 4日开题报告填写要求1．开题报告(含“文献综述"）作为毕业设计(论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文)工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3．“文献综述"应按论文的格式成文，并直接书写(或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量(不包括辞典、手册);4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408-94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。
如“2010年3月15日”或“2010—03—15"。
毕业设计（论文）开题报告1．结合毕业设计（论文）课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000字左右的文献综述：文献综述摘要本文主要介绍了机械手的应用范围、机械手的组成及每个组成部分的作用、工作原理、国内外的发展趋势、发展前景和方向，机械手的应用、机械行业中使用机械手的意义，重点阐述了机械人的各个组成部分的发展趋势和应用场合。
关键词机械手发展趋势意义1 序言随着时代的不断进步，经济飞速发展,生活水平的逐年提高，人们的环保意识，自我安全意识也在不断加强，同时也使人们对各种产品的要求更高了，机械人显然更符合现在人们的需求。
机械手轻巧、制造成本低、工作效率高、噪声较小、低温起动性较好、使用和维护方便，已在机械、化工、医药、纺织、微电子、食品、运输等领域得到了越来越广泛的运用［1]。
机械工程中挖掘机液压系统的控制策略研究
机械工程中挖掘机液压系统的控制策略研究挖掘机是现代建筑工程中不可或缺的重要设备。
挖掘机的液压系统作为其核心控制系统，对于机械操作的精确性和效率起着至关重要的作用。
为了提高挖掘机的运行效率和安全性，科研人员一直致力于研究挖掘机液压系统的控制策略。
本文将对机械工程中挖掘机液压系统的控制策略进行研究和探讨。
一、挖掘机液压系统的基本原理挖掘机液压系统主要由液压泵、液压缸、液压阀等组成。
液压泵通过将液体压力转换为机械能，提供动力给液压缸。
液压缸通过液体的进出，完成对工作装置的力和位移控制。
液压阀则起着控制液体流向、压力和流量的作用。
二、挖掘机液压控制系统的分类挖掘机液压控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统两类。
1. 开环控制系统开环控制系统是指控制信号不受输出信号的反馈影响，仅通过开关控制信号来控制液压系统的动作。
这种控制系统结构简单、成本低，但控制精度较低，对外界环境变化较敏感。
因此，在一些简单的挖掘机应用中，开环控制系统依然被广泛使用。
2. 闭环控制系统闭环控制系统是指通过传感器获取液压系统输出信号，与期望值进行比较，通过调整控制信号来控制液压系统的动作。
这种控制系统能够实现对液压系统的精确控制和自适应能力，适应性强、抗干扰能力较强。
尽管闭环控制系统构建较为复杂、成本较高，但目前随着技术的进步和发展，闭环控制系统在挖掘机液压系统中得到了广泛应用。
三、挖掘机液压系统控制策略的研究在挖掘机液压系统的控制中，控制策略是关键。
不同的控制策略可以对挖掘机的性能和工作效率产生重要影响。
1. 速度控制策略速度控制策略是指通过调整液压泵的输出流量来控制液压缸的运动速度。
在挖掘机的工作过程中，对于不同的工作环境和工作量，需要精确控制挖掘机的运动速度。
速度控制策略能够实现精确、稳定的速度控制，提高挖掘机的工作效率和安全性。
2. 位置控制策略位置控制策略是指通过控制液压缸的行程来实现对挖掘机的位置控制。
位置控制策略可以在挖掘机的工作过程中精确控制工作装置的位置，实现高精度的挖掘和定位。
液压伺服与比例控制系统基本知识
第七章液压伺服与比例控制系统基本知识第一节概述液压传动的三个阶段：开关控制、伺服控制和比例控制。
在普通液压传动系统应用中，控制方式无论是采用手动、电磁、电液等形式，还是采用计算机或可编程控制器（PLC），都属于开关式点位控制方式，控制精度和调节性能不高。
狭义上讲，伺服系统是指输出能以一定精度跟随输入的位置控制系统。
目前常把各种机械量（位移、速度和力）的自动控制系统统称为伺服系统。
故液压伺服系统是指以液压为动力的机械量自动控制系统。
系统中信号的传输和控制部分如采用电气，则为电液伺服系统，也属于液压伺服系统的范畴。
和电气伺服系统相比，液压伺服系统具有体积小、重量轻、响应快等优点。
液压伺服控制组成框图（图7－1）指令元件：按要求给出控制信号的器件，如计算机、可编程控制器、指令电位器或其它电器等；检测反馈元件：检测被控制量，给出系统的反馈信号，如各种类型的传感器；比较元件：把具有相同形式和量纲的输入控制信号与反馈信号加以比较，给出偏差信号。
比较元件有时不一定单独存在，而是与指令元件反馈检测元件及放大器组合在一起，由一个结构元件完成；放大、转换和控制元件：将偏差信号放大，并作为能量形式转换（电—液；机—液等），变成液压信号，去控制执行元件（液压缸、液压马达等）运动。
一般是放大器、伺服阀、电液伺服阀等；执行元件：直接对被控对象起作用的元件。
如液压缸、液压马达等；被控对象：液压系统的控制对象，一般是各类负载装置。
按被控制量是否被检测与反馈：开环控制系统，闭环控制系统。
按液压控制元件的不同：阀控系统，泵控系统。
按信号产生和传递方式的不同：机械—液压伺服系统，电气—液压伺服系统。
按被控对象的不同：流量控制，压力控制，位置控制，速度控制，复合控制。
按输入信号的变化规律：定值控制，程序控制，伺服控制。
液压伺服控制系统的优点：系统刚度大、控制精度高、响应速度快，可以快速启动、停止和反向。
缺点：其控制元件（只要是各类伺服阀）和执行元件因为加工精度高，所以价格贵、怕污染，对液压油的要求高。
挖掘机液压系统的工作原理和调试方案
挖掘机液压系统的工作原理和调试方案挖掘机是一种重型工程机械，广泛应用于土方开挖、矿山开采、道路建设等领域。
而挖掘机的液压系统是其核心部件之一，起到了传递能量、控制执行机构的重要作用。
本文将介绍挖掘机液压系统的工作原理和调试方案。
一、挖掘机液压系统的工作原理挖掘机液压系统由液压泵、液压马达、液压缸、液压阀等组成。
液压泵通过吸入液体并通过压力油路将液体送入液压马达和液压缸，从而产生动力。
液压马达将液体的动能转化为机械能，驱动挖掘机的各个执行机构。
液压缸则通过液体的压力来实现线性运动，如挖斗的升降和回转等。
液压系统的工作原理基于帕斯卡定律，即液体在容器内均匀传递压力。
当液压泵提供的压力大于液压缸或液压马达的阻力时，液压系统将产生足够的动力来推动执行机构的运动。
而通过控制液压阀的开关，可以实现对液压系统的流量、压力和方向的控制，从而实现挖掘机的各项操作。
二、挖掘机液压系统的调试方案挖掘机液压系统的调试是确保其正常工作的重要环节。
以下是一些常用的调试方案：1. 液压系统的检查：首先需要检查液压系统的各个部件是否安装正确、连接紧固，并进行泄漏测试。
如果存在泄漏，需要及时排除，以确保液压系统的正常运行。
2. 液压油的选择：挖掘机液压系统需要使用特定的液压油，因此在调试前需要选择合适的液压油，并注意其粘度、温度范围和抗氧化性能等指标。
3. 液压系统的排气：在液压系统中，气体的存在会影响系统的正常工作。
因此，在调试前需要对液压系统进行排气操作，确保系统内的气体被完全排除。
4. 液压系统的调节：液压系统的调节是为了确保液压泵的输出流量和压力符合设计要求。
通过调节液压泵的转速和液压阀的开关，可以达到理想的液压系统工作状态。
5. 液压系统的保养：挖掘机液压系统的保养是确保其长期稳定运行的关键。
定期更换液压油、清洗液压过滤器、检查液压管路的磨损等，都是保持液压系统良好工作状态的必要措施。
总结：挖掘机液压系统是挖掘机的核心部件，其工作原理和调试方案对于挖掘机的正常运行至关重要。
电液伺服控制
电液伺服控制1. 引言电液伺服控制是一种在工业自动化领域广泛应用的控制技术，通过控制电液伺服系统的输出来实现对机械装置的精确控制。
本文将介绍电液伺服控制的基本原理、控制策略和应用领域。
2. 电液伺服系统结构电液伺服系统由执行机构、传感器、控制器和液压装置等组成。
执行机构一般由液压缸和阀门组成，传感器用于对执行机构的运动状态进行反馈，控制器根据传感器反馈的信息进行计算和决策，液压装置则负责产生并传递液压能量。
3. 电液伺服控制原理电液伺服控制的基本原理是通过改变液压系统的压力和流量来实现对执行机构的运动控制。
控制器根据预定的信号和传感器反馈的信息计算出对应的控制指令，然后通过控制阀控制液压系统的工作状态，从而实现对执行机构的控制。
4. 电液伺服控制策略电液伺服控制有多种控制策略，常见的包括位置控制、速度控制和力控制。
位置控制是通过对液压缸的运动位置进行控制，实现对机械装置位置的精确控制。
速度控制则是控制液压缸的运动速度，实现对机械装置运动速度的精确控制。
力控制则是控制液压系统的输出力，实现对机械装置施加的力的精确控制。
5. 电液伺服控制的特点电液伺服控制具有以下特点：•高精度：电液伺服控制可以实现对机械装置位置、速度和力的精确控制，满足工业自动化对精度的要求。
•响应快：电液伺服控制系统的响应速度较快，可以实现快速而准确的控制。
•高可靠性：电液伺服系统采用液压传动，具有较高的可靠性和稳定性。
•适应性强：电液伺服控制适用于各种不同工况和负载情况下的控制需求。
6. 电液伺服控制的应用领域电液伺服控制广泛应用于各个工业领域，包括机床、起重机械、注塑机、机器人等。
在机床行业中，电液伺服控制可实现高精度的切削加工；在起重机械领域，电液伺服控制可以实现大力矩的精确控制，提高起重机械的工作效率；在注塑机和机器人领域，电液伺服控制可以实现高速、灵活的动作控制，提高生产效率和产品质量。
7. 总结电液伺服控制是一种在工业自动化领域应用广泛的控制技术，通过控制液压系统的输出来实现对机械装置的精确控制。
工程机械液压系统的控制方式
工程机械液压系统的控制方式引言工程机械在连续作业中，其作业负荷的变化比较大。
例如，推土机在作业时，作业负荷会从0变到无穷大，在这种情况下，发动机为了满足大负荷下的动力要求以及小负荷下的经济要求，就必须对其所输出的功率进行调整。
同时，工程机械在操作过程中，一般需要协同作业。
例如，在挖掘机进行装车作业时，动臂、斗杆、铲斗和回转需要协同作业，因而需要对工程机械的传动和控制系统做出调节，使其驱动部件的位置，满足速度需求。
此外，在工程机械工作中，机械被要求既能够进行大功率输出，也能够进行精细化动作。
比如，起重机在进行吊重时，要做到大功率输出，在吊装时，又要实现微动作。
综上所述，工程机械的传动和控制系统需要具有良好的动力性、经济性、和调速性。
1工程机械的液压传动与控制系统分析液压系统在获得能源时，需要将发动机输出的机械能在液压泵的作用下转化为液压能。
液压泵输出的能量，会受到液压阀的调节和分配。
系统的压力、流量和方向也会受到液压阀的调节和控制。
此外，液压阀还可以对功率支流的绝对值和相对值进行控制。
在机械能转化为液压能后，液压马达和液压缸又会把液压能转化为机械能，以达到操作机械工作的目的。
如果要实现对工程机械的动力、节能、和作业效率的控制，就需要通过调节液压泵的排量和发动机的转速以及控制阀的开度来实现。
2液压系统的功率控制方式分析压力和流量是液压系统的功率形式，液压功率用公示可以表示为:P0=pq/60，在式中，P0为液压功率;p为液压系统压力;q为液压系统流量。
液压系统工作时，负载的大小决定了其压力的大小，因此压力不是其液压系统固有的参数，压力是载荷的一种反应，而真正能够对液压系统功率起到控制的是液压系统的流量。
因此，下面分别从液压泵和液压阀的流量控制来进行分析。
液压泵流量公式:q0=V．n，式中q0为液压泵流量;n为液压泵输入转速;V为液压泵排量。
要改变机械的速度，就要改变其流量，而从公式中可以得知，流量的改变可以由改变液压泵的排量和转速来控制。
基于液压驱动的工业机器人运动控制系统设计与实现
基于液压驱动的工业机器人运动控制系统设计与实现近年来，随着工业自动化的发展，工业机器人在生产制造领域发挥着越来越重要的作用。
为了实现高效、精确的运动控制，工业机器人常常采用液压驱动系统。
本文将就基于液压驱动的工业机器人运动控制系统的设计与实现展开探讨。
一、液压驱动的工业机器人运动控制系统概述液压驱动技术以其具有的高效、高承载能力、可靠性强等优点，成为工业机器人运动控制系统的重要选择。
液压驱动的工业机器人运动控制系统主要由液压源、执行机构、控制器和传感器组成。
1. 液压源：液压源是驱动系统的动力来源，通过提供压力油液来推动液压缸或液压马达的运动。
常见的液压源有液压泵、油箱、滤油器等组件。
2. 执行机构：执行机构是指根据任务需求实现不同工作状态的装置。
它能够将液压能量转化为机械能，并推动机器人运动。
常见的执行机构有液压缸、液压马达等。
3. 控制器：控制器是整个液压驱动系统的核心部分，负责监控和控制机器人的运动。
它接收传感器反馈的参数信息，并根据预设的控制策略发出相应的控制信号，以调整液压源的工作状态。
4. 传感器：传感器在液压驱动的工业机器人运动控制系统中起到感知环境和实时获取机器人位置、姿态等信息的作用。
常见的传感器有位移传感器、压力传感器、光电传感器等。
二、基于液压驱动的工业机器人运动控制系统设计原理基于液压驱动的工业机器人运动控制系统的设计需要考虑多个方面的因素。
以下将介绍其中的几个主要原理。
1. 运动控制算法：机器人的运动控制算法对液压驱动系统的性能有着重要的影响。
常见的运动控制算法包括正向运动学、逆向运动学、增量式PID控制等。
通过合理选择和设计运动控制算法，可以实现机器人运动的高精度和高稳定性。
2. 液压系统参数选择：液压系统参数的选择对机器人运动控制系统的性能和工作效率有着重要的影响。
包括液压泵的流量、液压缸的行程大小、液压系统的工作压力等参数。
在设计过程中需要综合考虑工作负载、运动速度等因素，合理选择液压系统参数以满足机器人运动的要求。
挖掘机器人自动控制系统设计
方、 左侧 、 侧 。当按下 挖掘 机 器人 启动 按 钮 时 ， 掘 右 挖
机器人进入 初始化 的状 态 ， 然后挖 掘机器人 向前行 进 。
当红外线距 离传感 器 检测 到前 方 有 障碍 物时 ， 信 号 将
传 给控制 系统 ， 当控制 系统判定前 方有障碍 物 ， 挖掘 机 器人做挖掘 的动作 并且 向右 旋转 ９ 。 然后 继续 前 进 。 ０，
控制 。Ａ ｍ ｇ １８单片机 共有 ６ Ｔ ｅａ２ ４个 引脚 ， 片机 资源 单 如下 ：ｏｔ Ｐ ｒ Ｅ Ｐ ｒＧ作为一个 ８位双 向 ＩＯ 口， Ｐ ｒ Ａ— ｏｔ 、ｏ ｔ ／ Ｐ ｒ Ｆ作为 Ａ Ｄ转换 器 的模 拟输入 口或一 个 ８位 双 向 ｏ ｔ ／ ＩＯ 口， Ｅ Ｅ ／ Ｒ Ｓ Ｔ是 复位输 入引脚 ， Ｔ Ｌ 、Ｔ Ｌ Ｘ Ａ １Ｘ Ａ ２是 晶振 接人 引 脚 ， Ｖ Ｃ是 Ｐｒ Ｆ和 Ａ Ｄ转 换 器 的 电 源 端 ， Ａ Ｃ ｏ ｔ ／ ＡＥ Ｒ Ｆ是 Ａ Ｄ转换 器的参考 电源 ，Ｅ ／ Ｐ Ｎ是 串行下载 的编
弱可 以判 断物体 的实 际距 离 ， 的原理 是接 收 管接 收 它 的光强 随反射物体 的距 离 而变 化 的 ， 离 近则 反射 光 距
来， 然而传统 的挖掘机 操作复杂 ， 对操作者 的技 能要求 较 高 。随着微 电 子技 术 的进 一步 发 展 ， 成 电路 的集 集
动带 动 电机实 现 自动控制 。传感器通 过后 向反馈通 道
将信 息不断传递 给微 控 制器 ， 控制 器 通过 前 向控 制 微
通道 实时调整小 车 的行 车状 态 ， 而构成 闭 环控 制 系 从 统 ， 图 ２所示 。 如
基于液压系统的工业机器人设计与控制
基于液压系统的工业机器人设计与控制工业机器人是现代制造业中不可或缺的设备，它们能够完成重复且高精度的任务，提高生产效率，并在一定程度上减少了人力资源的使用。
随着科技的不断进步，液压系统逐渐被广泛应用于工业机器人的设计与控制中。
本文将探讨基于液压系统的工业机器人的设计和控制技术。
液压系统在工业机器人设计中的应用可以追溯到20世纪60年代，当时液压减振系统被用于工业机器人的关节机构中，为机器人提供平稳的运动。
随后，液压系统的应用不断扩展，涉及到机器人的动作控制、力控制等方面。
在工业机器人的液压系统设计中，传动系统是一个重要的组成部分。
采用液压传动系统的工业机器人通常具有较高的承载能力和负载能力。
与其他传动形式相比，液压传动系统具有很多优势，如能够传递大扭矩、调速范围宽、反应迅速等。
在液压传动系统中，液压泵负责将液压油压力转化为机械能，经过液压阀控制油液的流向和流量，最终驱动液压缸实现工作。
另外，液压系统在工业机器人的运动控制中起到了关键的作用。
传统的液压系统采用开环控制方式，即通过手动调节液压阀的开度来控制油液的流量和流向。
然而，这种控制方式存在很多缺陷，无法满足工业机器人高精度、高速和多自由度的要求。
因此，现代液压系统采用了闭环控制方式，通过传感器实时获取机器人的位置、速度等信息，反馈给控制系统，并通过控制阀调节液压系统的工作状态，实现精确的运动控制。
此外，在工业机器人的力控制中，液压系统也发挥着重要的作用。
通过传感器实时监测机器人执行任务时的受力情况，控制系统可以根据预设的力控制算法调节液压系统的压力和流量，使机械臂对外部环境的力有所感知，并做出相应的调整。
液压系统的力控制能够使机器人具备更好的适应性和灵活性，能够根据不同的工作环境和任务要求做出智能决策，确保操作的稳定性和安全性。
尽管液压系统在工业机器人的设计与控制中具有许多优势，但也存在一些挑战和问题需要解决。
首先，液压系统的能效相对较低，能量损耗较大，需要经过进一步的优化和改进。
掘进机器人动力传动系统优化设计
掘进机器人动力传动系统优化设计随着科技的不断进步，机器人技术在各个领域得到广泛应用，其中掘进机器人在矿山开采、隧道建设等工程领域中具有重要的作用。
而掘进机器人的动力传动系统是机器人正常运行的关键，对其进行优化设计能够提高机器人的工作效率、减少能源消耗，进而降低成本并保证工程质量。
1. 动力传动系统的构成掘进机器人的动力传动系统一般由动力源、传动装置和驱动装置组成。
1.1 动力源动力源是机器人完成工作所需的能量提供装置，常见的包括内燃机、电机等。
在优化设计中，需要考虑动力源的工作效率、能耗以及噪音等方面，并选择合适的动力源类型和参数。
1.2 传动装置传动装置通过将动力源提供的能量传递给工作部件，使机器人正常运行。
在优化设计中，需要选取合适的传动装置类型和传动比，以提高传动效率和输出功率。
常见的传动装置包括齿轮传动、皮带传动、链传动等，每种传动装置都有其适用的工况和优化设计要求。
1.3 驱动装置驱动装置通过转换传动装置提供的能量，驱动机器人完成所需的工作。
在优化设计中，需要选择合适的驱动装置类型和参数，以提高驱动效率和工作精度。
常见的驱动装置包括液压驱动、电动驱动、气动驱动等，每种驱动装置都有其适用的工况和优化设计要求。
2. 优化设计的要点在掘进机器人动力传动系统的优化设计中，需要考虑以下几个要点：2.1 能量利用率的提高提高能量利用率是优化设计的核心目标之一。
传动装置和驱动装置的设计要尽可能减少能量损失，以提高传动效率和输出功率。
此外，合理选择动力源的工作参数和整体配置，也能够有效提高能量利用率。
2.2 运动平稳性和工作精度的提升运动平稳性和工作精度对于掘进机器人的工作效率和工程质量至关重要。
在优化设计中，需要通过选择合适的传动装置和驱动装置类型，以及合理调整工作参数，提高机器人运动的平稳性和工作的精度。
2.3 可靠性和耐久性的增强掘进机器人在复杂的工程环境下工作，其动力传动系统需要具备良好的可靠性和耐久性。
挖掘机的液压系统及控制
泵的电控全功率控制
数字开关阀 （高速电磁阀）
泵的电控全功率控制
• 泵调节器电子化：泵调节器与主控阀共用一 台控制器（微机），两个数字开关阀（高速 电磁阀）对主泵变量缸的进回油进行高速通、 断控制，主泵的变量缸再控制泵的斜盘。 • 如果配合采用负荷传感流量控制，这样的系 统具有提高作业性能、简化操作、节能等优 点。由于预先编制的软件可以对泵的排量作 任意设定，因此不论机器在高原工作或者长 期使用使发动机功率下降，都可以通过软件 来解决。
泵的压力切断控制
Q
无压力切断控制
Q大 Q小
压力切断控制
P
顺序阀
• 泵输出压力在设定值以 上时，使泵的流量自动 减小，进行压力切断控 制（恒压控制），主要 目的是进一步减小高压 溢流损失。
泵的负流量控制
换向阀中位 回油道上有 节流孔，油 通过这个节 流孔产生压 差。将节流 孔前的压力 引到泵变量 机构来控制 泵的排量。
压力控制阀
• 安全阀——限制系统最高压力，保护系统 元件不被高压损坏。 1. 直动式：中低压系统 2. 先导式：高压系统 • 过载阀：限制封闭管路最高压力。 • 减压阀——一个泵同时供给两个以上压力 不同的回路。 1. 直动式：中低压系统 2. 先导式：高压系统
直动式安全阀
弹簧比较硬
先导式安全阀 弹簧比较硬
Q
当泵的转速发 生变化时，泵的 恒功率曲线也发 生变化。
泵的恒功率曲线
功率大 功率小 P
液压恒功率控制要点
• 泵调节器是一种液压伺服控制机构，它至少要有两根 弹簧，构成两条直线段，在压力-流量图上形成近似 的恒功率曲线。 • 调节弹簧的预紧力可以调节泵的起始压力调定点压力 p0（简称起调压力），调节起调压力就可以调节泵的 功率。起调压力高，泵的功率大；起调压力低，泵的 功率小。因此恒功率变量又叫做压力补偿变量。 • 只有当系统压力大于泵的起调压力时才能进入恒功率 调节区段，发动机的功率才能得到充分利用。压力与 流量的变化为：压力升高，流量减小；压力降低，流 量增大。维持：流量×压力=功率不变。 • 当泵的转速发生变化时，泵的流量（功率）也变化。
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控制 中， 常先 对其 模 型进行 线性 化处理 ， 通 在此 基础上 用线 性 控 制 理 论… 或 非 线 性 控 制 理 论 设 计 控 制 器， 并采用 伺服 阀来 实 现机 器 人 的控 制 。 由于 液 压 系
统具 有高 度非线 性 的特 征 ， 确 建 模 较 为 困难 。在 挖 精
ＧｏＦｎ ，ｅｇＰｉ ｕＧ ｏＹ ，ｈｕ１ ，｝ｎ ｉｌ ａ ｅｇＦｎ ｅ ｅ，ａ ｕ Ｚｏ ｏｚ诅 ｇ ￣ｇ —ｌ ３ Ｑ
（ 浙江 上学流体传动 及控 制国家 重点 实验室 ， 浙江大学机械设计研究所 ， 浙江省抗州 市玉泉 ３０ ２ ） １Ｏ７
摘
要： 分析 了液压挖 掘 机 器人 伺服 控 制 的特 点 ， 出 了一种 按 时 间基 准对 其轨 迹进 行 规 划 的策 提
作者简介 ： 高峰 （９ ８ ） 男 ， １６一 ， 浙江 省杭 州市 ＾ ， 师 ， 士 讲 博 主要从事 机电一体化 方面的教学 和研 究工 作。
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１ ４
液压 与 气动
２Ｏ Ｏ２年摹 １ 期
挖 掘 机器人 属 于关 节式机 器 人 ， 在其轨 迹控 制 中 ，
液压挖 掘机 器 凡采 用双 泵 双 回路 液压 传 动系 统 ，
每一 个泵 可同时给 两组 液 压 缸 供 油 ． 以控制 两个 工 作 运 动 。为 简化起 见 ， ｌ表 示 了其 中 一 伺 服控 制原 图 组 理结构， 系统 中采刷 ｒ 六通 多路 阀 ， 制 器 中包括 倒月 控 了 一 组 电 液 比 例 减 压 阀 ， 来 控 制 多 路 阔 阀 芯 的 用
直 和斜线 组成 封 闭直 角 三 角形 ， 实际 轨 迹 与 目标 轨迹
需要使 各关 节按 一 定 的 速 度 和位 置 要 求 协 调 运 动 ， 因 此 在各 关节 上 ， 有 角位 移 传 感 器 。 由于受 角 位 移 传 装 感器 分辨率 的限制 ， 精确 测 速有 一定 困难 ， 因而 难 以采 用传统 的位 置 和速 度双环 伺 服控 制模 式 。
通 过控制 多路 阀使 工作装 置按 预定 的 运动指 令动作 。
掘机 器人 中 ， 都 采用 普通液 压 元件 ， 四通 或六 通 多 大 如 路 阀 、 量泵等 ， 于其 环境恶 劣 变 由 工况 多 变 ， 更进 一步 增加 了建 模的 困难 咖 控 制策 略 结构简 单 、 应性 强 ， 对 受 控对 象 适 且 数学 模型 的 精 确 性要求 不 高 ， 常 适 用 于 工 程 应 用 非 近年来 ， 随着计算 机 控制 技 术 的发 展 Ｉ 制 功 能得 ＰＤ控
移动 。
３ 工作装置的伺服控制策略和效果 在一些 高精度 机 器人 轨 迹 规 划 中 ， 常 采用 等 弧 通
长方 法将 轨迹分 成一 系列 的离 散点 。这 样规划 出的点
是 空间位 置序 列 ， 两个 相 临点 之 间 的时 间间 隔 是变 化 的， 因此在 相应 的伺 服控 制 中 ， 需要检 测 关节 角的速 度
中 图分类 号 ：Ｐ ４ 文献标 识 码 ： １２ Ｂ １ 引言
机器 人化 是工 程 机械 的发展 趋势 在 液压机 器 人
文 章编 号 ：００ ８ ８２０ ）１）１－２ １０－ ５ （０２０４０３ ４ Ｏ 伺 服控制 器接 收来 自轨迹 规 划 器 的 运动 指 令 ， 同时 还
接 收工作 装置 位 置传感 器 的信号 ， 成 闭环 控制 回路 ． 构
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２０ ｏ ２年第 １ 期
液压与 气动
挖掘机器人液 压传动 的伺服控制策略
高 峰 。 培恩 ， 冯 高 宇， 周 波， 张 强
Ｈｙ ｒｕ ｉ ｅ ｖ ｎ ｒｌｏ ｃ ｖ ｔ ｇ Ｒｏ ｏ ｄ ａ ｌ Ｓ ｒｏ Ｃｏ ｔｏ ｆＥｘ ａ ａｉ ｂ ｔ ｃ ｎ
到 进 一步 加强 ， 与 一定 的智 能控 制规 则相 结合 ， 它 能很 好 地 适用 于挖 掘机器 人 这类 对象 的控制 。作 者在 自行 研 制 的一 台试验 型挖 掘机 器 人上 对上述 控制 策略进 行
了研 究 。
图 １ 挖掘机 器人液压伺 服控 镧结构
２ 挖 掘 机器 人液压 伺 服控 制结构
如果将 轨迹 按 时 间 基 准 进行 规 划 ， 规划 出 的点 使 与点 之间 的 时 间间隔相 等 ， 则能 避开 测速 这一 环节 ， 简 化伺 服控 制器 的设 计 ， 具体 策 略如下 ： １ ）确定斗 齿 尖 的运 行 轨 迹 线 Ｓ和 铲 斗 的姿 态角 变化 ｑ Ｓ与 口只是空 间 的函数 ， （ 与时 问无 关 ） ； ２ ）确定 斗齿 尖 的运 动速 度规律 （ ） ；
吻合程度相 当好。其 中误差稍显著处 ， 主要是难以避
免 的盲位 盲 角效 应 引起 的。图 ２ ｂ给 出 了整 个作 业 循 环 过程 中工 作装 置 ３组 关 节 角 的位 置跟 踪 情况 ， 见 可
实际曲线与 目标曲线的一致性能满足机器人精确平稳
操作 的要求 。
５
１ ｌ 时 间， ０ ５ ｓ
参数 ， 速度进 行控 制 。 对
收稿 日期 ： ０ —８ １ ２ １ －６ ０ ０
挖掘机 器 人的轨 迹规 划 器ห้องสมุดไป่ตู้伺 服控 制 器在结 构上
分置 ， 根据不 同的 工作 要 求设 定 铲 斗 姿 态 角 和 斗齿 能 尖 的运动 轨迹 ， 由此计 算 出各工 作装置 的运 动参 数 并
略 ， 必检 测机 器人 关节 角速 度 就 能 实现 平稳 、 不 高精度 的轨 迹跟 踪控 制 。在 自行研 制 的挖 掘机 器人 上进 行 的 实际试验 结果 表 明 ， 这一 伺服控 制策略取 得 了预 期 的效果 ， 能满足 作 业控 制要 求。
关键 词 ： 掘机 器 人 ； 挖 轨迹 规 划 ： 服控 制 伺