机械臂的液压系统的制作方法

本发明属于机械装置领域，特别涉及一种机械臂的液压系统。

背景技术：

机械手爪是机械臂的重要组成部分，其通过液压系统实现控制。液压系统通常包括油缸和电磁阀，通过电磁阀控制油缸的活塞杆伸缩，来实现对手爪收紧和放松。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

如果遇到意外断电的情况，电磁阀将无法对油缸进行控制，油缸的压力无法保持，导致机械手爪抓取的重物掉落。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种机械臂的液压系统，可以提高机械臂的可靠性。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种机械臂的液压系统，所述液压系统包括供能模块、肩关节模块、肘关节模块、腕关节俯仰模块、腕关节摆动模块和手爪模块，所述供能模块分别与所述肩关节模块、所述肘关节模块、所述腕关节俯仰模块、所述腕关节摆动模块和所述手爪模块连通，所述手爪模块包括第一控制阀、手爪油缸、电磁截止阀和第二控制阀，所述第一控制阀的a油口与所述供能模块的供油口连通，所述第一控制阀的b油口与所述液压系统的油箱连通，所述第一控制阀的c油口与所述手爪油缸的无杆腔连通，所述手爪油缸的有杆腔与所述电磁截止阀的a油口连通，所述电磁截止阀的b油口与所述第二控制阀的a油口连通，所述第二控制阀的b油口与所述供能模块的供油口连通，所述第二控制阀的c油口与所述油箱连通，所述电磁截止阀包括失电状态和得电状态，当所述电磁截止阀处于所述失电状态时，所述电磁截止阀的a油口向所述电磁截止阀的b油口方向单向不连通，当所述电磁截止阀处于所述得电状态时，所述电磁截止阀的a油口与所述电磁截止阀的b油口连通。

在本发明的一种实现方式中，所述手爪模块还包括蓄能器，所述蓄能器连通在所述手爪油缸的有杆腔和所述电磁截止阀的a油口之间。

在本发明的另一种实现方式中，所述手爪模块还包括节流阀，所述节流阀的a油口与所述第一控制阀的c油口连通，所述节流阀的b油口与所述手爪油缸的无杆腔连通。

在本发明的又一种实现方式中，所述第二控制阀为比例减压阀，所述第二控制阀的控制油口与所述第二控制阀的a油口连通。

在本发明的又一种实现方式中，所述供能模块包括液压泵组、单向阀和溢流阀，所述液压泵组的输入端与所述油箱连通，所述液压泵组的输出端与所述单向阀的进油口连通，所述单向阀的出油口分别与所述肩关节模块、所述肘关节模块、所述腕关节俯仰模块、所述腕关节摆动模块和所述手爪模块连通，所述溢流阀的a油口与所述单向阀的出油口连通，所述溢流阀的b油口与所述油箱连通，所述溢流阀的控制油口与所述溢流阀的a油口连通。

在本发明的又一种实现方式中，所述供能模块还包括卸荷阀，所述卸荷阀的a油口与所述单向阀的出油口连通，所述卸荷阀的b油口与所述油箱连通。

在本发明的又一种实现方式中，所述肩关节模块包括第一换向阀、第一平衡阀组和肩关节油缸，所述第一换向阀的a油口与所述供能模块的供油口连通，所述第一换向阀的b油口与所述油箱连通，所述第一换向阀的c油口与所述第一平衡阀组的a油口连通，所述第一换向阀d油口与所述第一平衡阀组的b油口连通，所述第一平衡阀组的c油口与所述肩关节油缸的有杆腔连通，所述第一平衡阀组的d油口与所述肩关节油缸的无杆腔连通。

在本发明的又一种实现方式中，所述肘关节模块包括第二换向阀、第一液压锁阀组、和肘关节油缸，所述第二换向阀的a油口与所述供能模块的供油口连通，所述第二换向阀的b油口与所述油箱连通，所述第二换向阀的c油口与所述第一液压锁阀组的a油口连通，所述第二换向阀d油口与所述第一液压锁阀组的b油口连通，所述第一液压锁阀组的c油口与所述肘关节油缸的无杆腔连通，所述第一液压锁阀组的d油口与所述肘关节油缸的有杆腔连通。

在本发明的又一种实现方式中，所述腕关节俯仰模块包括第三换向阀、第二平衡阀组和腕关节俯仰油缸，所述第三换向阀的a油口与所述供能模块的供油口连通，所述第三换向阀的b油口与所述油箱连通，所述第三换向阀的c油口与所述第二平衡阀组的a油口连通，所述第三换向阀的d油口与所述第二平衡阀组的b油口连通，所述第二平衡阀组的c油口与所述腕关节俯仰油缸的有杆腔连通，所述第二平衡阀组的d油口与所述腕关节俯仰油缸的无杆腔连通。

在本发明的又一种实现方式中，腕关节摆动模块包括第四换向阀、第二液压锁阀组、和腕关节摆动油缸，所述第四换向阀的a油口与所述供能模块的供油口连通，所述第四换向阀的b油口与所述油箱连通，所述第四换向阀的c油口与所述第二液压锁阀组的a油口连通，所述第四换向阀d油口与所述第二液压锁阀组的b油口连通，所述第二液压锁阀组的c油口与所述腕关节摆动油缸的无杆腔连通，所述第二液压锁阀组的d油口与所述腕关节摆动油缸的有杆腔连通。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过供能模块实现了对肩关节模块、肘关节模块、腕关节俯仰模块、腕关节摆动模块和手爪模块提供液压能。通过肩关节模块实现了机械臂肩关节的动作，通过肘关节模块实现了机械臂肘关节的动作，通过腕关节俯仰模块实现了机械臂腕关节的俯仰动作，通过腕关节摆动模块实现了机械臂腕关节的摆动动作，通过手爪模块实现了机械臂手爪的抓取、放松动作。在需要手爪放松时，第一控制阀阀芯位于右位(即阀芯向右移动，阀的工作位为左位，下文与此相同，不再赘述)、电磁截止阀处于得电状态、第二控制阀阀芯位于右位，此时液压油从供油口依次经过第一控制阀的a油口和c油口流入手爪油缸的无杆腔，使得手爪油缸的活塞杆伸长，即手爪放松。于此同时，手爪油缸的有杆腔中的液压油依次经过电磁截止阀的a油口和b油口、第二控制阀的a油口和c油口流入油箱。在需要手爪收紧时，第一控制阀阀芯位于左位、电磁截止阀处于得电状态、第二控制阀阀芯位于左位，此时液压油从供油口依次经过第二控制阀的b油口和a油口、电磁截止阀的b油口和a油口流入手爪油缸的有杆腔，使得手爪油缸的活塞杆缩短，即手爪收紧。于此同时，手爪油缸的无杆腔中的液压油依次经过第一控制阀的c油口和b油口流入油箱。当突发断电意外时，电磁截止阀处于失电状态，使得手爪油缸的有杆腔中的液压油无法通过电磁截止阀，从而达到始终保持手爪油缸的有杆腔压力的目的，进而避免了手爪因为断电意外而放松，使得重物可以始终被手爪所抓取。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的液压系统的液压图；

图2是本发明实施例提供的第一平衡阀组的液压图；

图中各符号表示含义如下：

1、供能模块；11、液压泵组；12、单向阀；13、溢流阀；14、卸荷阀；15、吸油过滤器；16、高压过滤器；17、第三压力传感器；2、肩关节模块；21、第一换向阀；22、第一平衡阀组；221、平衡阀单元；222、单向阀单元；23、肩关节油缸；3、肘关节模块；31、第二换向阀；32、第一液压锁阀组；33、肘关节油缸；4、腕关节俯仰模块；41、第三换向阀；42、第二平衡阀组；43、腕关节俯仰油缸；5、腕关节摆动模块；51、第四换向阀；52、第二液压锁阀组；53、腕关节摆动油缸；6、手爪模块；61、第一控制阀；62、手爪油缸；63、电磁截止阀；64、第二控制阀；65、蓄能器；66、节流阀；67、第一压力传感器；68、第二压力传感器；7、油箱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种机械臂的液压系统，如图1所示，该液压系统包括供能模块1、肩关节模块2、肘关节模块3、腕关节俯仰模块4、腕关节摆动模块5和手爪模块6，供能模块1分别与肩关节模块2、肘关节模块3、腕关节俯仰模块4、腕关节摆动模块5和手爪模块6连通，手爪模块6包括第一控制阀61、手爪油缸62、电磁截止阀63和第二控制阀64，第一控制阀61的a油口与供能模块1的供油口连通，第一控制阀61的b油口与液压系统的油箱7连通，第一控制阀61的c油口与手爪油缸62的无杆腔连通，手爪油缸62的有杆腔与电磁截止阀63的a油口连通，电磁截止阀63的b油口与第二控制阀64的a油口连通，第二控制阀64的b油口与供能模块1的供油口连通，第二控制阀64的c油口与油箱7连通，电磁截止阀63包括失电状态和得电状态，当电磁截止阀63处于失电状态时，电磁截止阀63的a油口向电磁截止阀63的b油口方向单向不连通，当电磁截止阀63处于得电状态时，电磁截止阀63的a油口与电磁截止阀63的b油口连通。

通过供能模块1实现了对肩关节模块2、肘关节模块3、腕关节俯仰模块4、腕关节摆动模块5和手爪模块6提供液压能。通过肩关节模块2实现了机械臂肩关节的动作，通过肘关节模块3实现了机械臂肘关节的动作，通过腕关节俯仰模块4实现了机械臂腕关节的俯仰动作，通过腕关节摆动模块5实现了机械臂腕关节的摆动动作，通过手爪模块6实现了机械臂手爪的抓取、放松动作。在需要手爪放松时，第一控制阀61阀芯位于右位(即阀芯向右移动，阀的工作位为左位，下文与此相同，不再赘述)、电磁截止阀63处于得电状态、第二控制阀64阀芯位于右位，此时液压油从供油口依次经过第一控制阀61的a油口和c油口流入手爪油缸62的无杆腔，使得手爪油缸62的活塞杆伸长，即手爪放松。于此同时，手爪油缸62的有杆腔中的液压油依次经过电磁截止阀63的a油口和b油口、第二控制阀的a油口和c油口流入油箱7。在需要手爪收紧时，第一控制阀61阀芯位于左位、电磁截止阀63处于得电状态、第二控制阀64阀芯位于左位，此时液压油从供油口依次经过第二控制阀64的b油口和a油口、电磁截止阀63的b油口和a油口流入手爪油缸62的有杆腔，使得手爪油缸62的活塞杆缩短，即手爪收紧。于此同时，手爪油缸62的无杆腔中的液压油依次经过第一控制阀的c油口和b油口流入油箱7。当突发断电意外时，电磁截止阀63处于失电状态，使得手爪油缸62的有杆腔中的液压油无法通过电磁截止阀63，从而达到始终保持手爪油缸62的有杆腔压力的目的，进而避免了手爪因为断电意外而放松，使得重物可以始终被手爪所抓取。

在本实施例中，手爪模块6还包括蓄能器65，蓄能器65连通在手爪油缸62的有杆腔和电磁截止阀63的a油口之间。

在上述实现方式中，当电磁截止阀63处于失电状态时，考虑到受限于电磁截止阀63的质量，电磁截止阀63可能会存在一定程度上的泄露，那么通过蓄能器65将可以对手爪油缸62的有杆腔进行补压，以使得手爪油缸62可以实现长时间的保压，从而进一步地提高了液压系统的可靠性。

可选地，当电磁截止阀63处于失电状态时，电磁截止阀63的阀芯位于右位，电磁截止阀63的右位阀芯可以为球阀结构，从而可以更进一步地降低泄露的可能性。

在本实施例中，手爪模块6还包括节流阀66，节流阀66的a油口与第一控制阀61的c油口连通，节流阀66的b油口与手爪油缸62的无杆腔连通。

在上述实现方式中，节流阀66为可调式节流阀66，可以通过节流阀66实现对手爪油缸62的活塞杆伸长和缩短速度的控制，从而提高了手爪的可操纵性。

在本实施例中，第二控制阀64为比例减压阀，第二控制阀64的控制油口与第二控制阀的a油口连通。

在上述实现方式中，通过将第二控制阀64设置为比例减压阀，可以对第二控制阀64的阀芯开度进行调节，从而调节手爪收紧时的力度。并且，由于第二控制阀64的控制油口与第二控制阀的a油口连通，所以实现了第二控制阀64的内反馈调节，可以使得第二控制阀64的a油口压力和b油口压力之差始终随着第二控制阀64的阀芯开度成比例变化，提高了手爪的可靠性。

在本实施例中，手爪模块6还包括第一压力传感器67和第二压力传感器68，第一压力传感器67与手爪油缸62的无杆腔连通，第二压力传感器68与手爪油缸62的有杆腔连通。

在上述实现方式中，可以通过第一压力传感器67对手爪油缸62的无杆腔压力进行检测，通过第二压力传感器68对手爪油缸62的有杆腔压力进行检测。也就是说，通过第一压力传感器67和第二压力传感器68，可以实现对手爪油缸62的有杆腔和无杆腔油压进行精确的检测，从而根据油压值和手爪油缸62的有杆腔和无杆腔工作面积计算出手爪油缸62所提供的压力值，进而结合机械手爪的实际结构，计算得到机械手爪作用到重物上的实际握力值。

另外，还可以通过对手爪油缸62的有杆腔和无杆腔油压检测，监控液压系统是否出现故障。例如，当手爪油缸62的有杆腔和无杆腔油压过高或者过低时，均有可能液压系统出现了故障，从而通过机械臂发出故障报警。

在本实施例中，供能模块1包括液压泵组11、单向阀12和溢流阀13，液压泵组11的输入端与油箱7连通，液压泵组11的输出端与单向阀12的进油口连通，单向阀12的出油口分别与肩关节模块2、肘关节模块3、腕关节俯仰模块4、腕关节摆动模块5和手爪模块6连通，溢流阀13的a油口与单向阀12的出油口连通，溢流阀13的b油口与油箱7连通，溢流阀13的控制油口与溢流阀13的a油口连通。

在上述实现方式中，液压泵组11可以包括液压泵和电机，电机驱动液压泵工作，以将油箱7中的液压油泵出。单向阀12设置在液压泵组11的输出端，用于避免液压泵组11泵出的液压油回流。溢流阀13用于将液压泵组11泵出的压力过高的液压油溢流至油箱7，避免液压系统的油压过高，从而起到保护液压系统的作用。

可选地，供能模块1还包括卸荷阀14，卸荷阀14的a油口与单向阀12的出油口连通，卸荷阀14的b油口与油箱7连通。

在上述实现方式中，当溢流阀13不足以及时将压力过高的液压油溢流至油箱时，可以通过控制卸荷阀14，使得卸荷阀14的a油口和b油口连通，从而能够将液压油快速的导流至油箱7中。

示例性地，卸荷阀14可以为电磁阀，当卸荷阀14得电时，卸荷阀14的a油口和b油口连通，从而能够将液压油快速的导流至油箱7中。

可选地，供能模块1还包括第三压力传感器17，第三压力传感器17与高压过滤器16和单向阀12之间的油路连通。

在上述实现方式中，第三压力传感器17用于对液压泵组11的输出端的油压进行实时监测，当液压泵组11的输出端的油压过高时，卸荷阀14得电，卸荷阀14的a油口和b油口连通，从而能够将液压油快速的导流至油箱7中。

可选地，供能模块1还包括吸油过滤器15和高压过滤器16，吸油过滤器15设置在油箱7和液压泵组11的输入端之间，高压过滤器16设置在单向阀12的出油口处。

在上述实现方式中，吸油过滤器15用于对油箱7中泵出的液压油进行过滤，高压过滤器16用于对液压泵组11中泵出的液压油进行过滤。

可选地，油箱7的入口处设置有散热器8，从而可以将液压系统排出和泄流的液压油进行散热，然后再流入油箱7中存储。

在本实施例中，肩关节模块2包括第一换向阀21、第一平衡阀组22和肩关节油缸23，第一换向阀21的a油口与供能模块1的供油口连通，第一换向阀21的b油口与油箱连通，第一换向阀21的c油口与第一平衡阀组22的a油口连通，第一换向阀21d油口与第一平衡阀组22的b油口连通，第一平衡阀组22的c油口与肩关节油缸23的有杆腔连通，第一平衡阀组22的d油口与肩关节油缸23的无杆腔连通。

图2为第一平衡阀组的液压图，结合图2，示例性地，第一换向阀21可以为三位四通电磁比例换向阀，其中位机能为y型，第一平衡阀组22可以包括两个平衡阀组，两个平衡阀组(图2左边的为左平衡阀组，图2右边的为右平衡阀组)均包括平衡阀单元221和单向阀单元222，对于任一个第一平衡阀组22，平衡阀单元221的a油口与第一平衡阀组22的a油口连通，平衡阀单元221的b油口与第一平衡阀组22的c油口连通，平衡阀单元221的第一控制油口与平衡阀单元221的b油口连通，平衡阀单元221的第二控制油口与另一个平衡阀单元221的a油口连通，单向阀单元222的进油口与平衡阀单元221的a油口连通，单向阀单元222的出油口与平衡阀单元221的b油口连通。

下面简单介绍一下肩关节模块2的工作过程，当两个平衡阀单元221处于正常状态时(即平衡阀单元221的控制油口没有压力时)，左边平衡阀单元221的阀芯为右位，右边平衡阀单元221的阀芯为左位。当需要控制肩关节模块2下放负载时，第一换向阀21的阀芯位于左位，第一换向阀21的a油口和c油口连通，液压油经过左边单向阀单元222导入肩关节油缸23的有杆腔，以及右边平衡阀单元221的控制油口，使得右边平衡阀单元221的阀芯移动至中位，即右边平衡阀单元221的a油口和b油口导通，使得肩关节油缸23的无杆腔回油能够经右边平衡阀单元221和第一换向阀21回流至油箱7。当需要控制肩关节模块2提起负载时，各阀动作与肩关节模块2下放负载时相反，在此不做赘述。当需要肩关节模块2锁死负载时，第一换向阀21的阀芯位于中位，由于负载受到重力的作用，使得肩关节油缸23有下放负载的趋势，右边平衡阀单元221的第一控制油口均受到来自肩关节油缸23的无杆腔处的压力，且该压力远大于主动下放负载时右边平衡阀单元221的控制油口受到的压力，所以使得右边平衡阀单元221关断，从而实现了锁死负载。

在上述实现方式中，通过第一换向阀21和第一平衡阀组22的配合，实现了肩关节模块2的平稳动作和启停。

在本实施例中，肘关节模块3包括第二换向阀31、第一液压锁阀组32、和肘关节油缸33，第二换向阀31的a油口与供能模块1的供油口连通，第二换向阀31的b油口与油箱连通，第二换向阀31的c油口与第一液压锁阀组32的a油口连通，第二换向阀31d油口与第一液压锁阀组32的b油口连通，第一液压锁阀组32的c油口与肘关节油缸33的无杆腔连通，第一液压锁阀组32的d油口与肘关节油缸33的有杆腔连通。

在上述实现方式中，第二换向阀31可以为三位四通电磁比例换向阀，其中位机能为y型，通过第二换向阀31和第一液压锁阀组32，可以实现对肘关节油缸33的平稳控制和启停。

在本实施例中，腕关节俯仰模块4包括第三换向阀41、第二平衡阀组42和腕关节俯仰油缸43，第三换向阀41的a油口与供能模块1的供油口连通，第三换向阀41的b油口与油箱连通，第三换向阀41的c油口与第二平衡阀组42的a油口连通，第三换向阀41的d油口与第二平衡阀组42的b油口连通，第二平衡阀组42的c油口与腕关节俯仰油缸43的有杆腔连通，第二平衡阀组42的d油口与腕关节俯仰油缸43的无杆腔连通。

在上述实现方式中，第三换向阀41可以为三位四通电磁比例换向阀，其中位机能为y型。第二平衡阀组42的结构和工作方式与第一平衡阀组22基本相同，在此不做赘述。通过第三换向阀41和第二平衡阀组42的配合，实现了腕关节俯仰模块4的平稳动作和启停。

在本实施例中，腕关节摆动模块5包括第四换向阀51、第二液压锁阀组52、和腕关节摆动油缸53，第四换向阀51的a油口与供能模块1的供油口连通，第四换向阀51的b油口与油箱连通，第四换向阀51的c油口与第二液压锁阀组52的a油口连通，第四换向阀51d油口与第二液压锁阀组52的b油口连通，第二液压锁阀组52的c油口与腕关节摆动油缸53的无杆腔连通，第二液压锁阀组52的d油口与腕关节摆动油缸53的有杆腔连通。

在上述实现方式中，第四换向阀51可以为三位四通电磁比例换向阀，其中位机能为y型，通过第四换向阀51和第二液压锁阀组52，可以实现对腕关节摆动模块5的平稳控制和启停。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。