一种液压节能控制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种液压节能控制器。
【背景技术】
[0002] 近年来移动机器人在结构、感知、路径规划和控制等领域得到了长足的发展，实现 了娱乐服务、人机互动、极端环境侦查等复杂功能，但是能源和驱动技术发展滞后，导致移 动机器人负载能力有限，制约了移动机器人的实用化。现有研宄表明，当动力源的输出压力 超过3. 5MPa时，同功率的液压驱动系统比纯机电驱动系统具有更高的功率密度。采用液压 驱动系统是提高负载能力的有效途径。目前许多研宄单位开始尝试用液压动力系统来驱动 移动机器人，如美国波士顿动力公司研制的BI⑶OG、petman，意大利理工大学的KenKen II 液压驱动四足机器人，另外由中国863高技术研宄发展计划资助的高性能四足机器人项目 明确提出要采用液压驱动系统。
[0003] 由于重量和体积的限制，移动机器人的液压驱动系统采用的都是单泵源一多执行 器系统结构。该类液压驱动系统效率非常低下，主要原因是各执行器的负载在同一时刻都 不相同，并且同一执行器在不同时刻负载也不相同，一个泵源不能同时与多个执行器的负 载进行功率匹配，一般选择大功率执行器负载进行匹配，目前控制执行器采用的方式为比 例节流控制方式，由此导致负载较低的执行器支路出现大量节流耗损，造成效率低下。
[0004] 效率低下会造成如下问题：动力源的功率要求高，动力源的重量和体积会上升； 完成同样的工作需要的能量（如汽油）增加，重量增加；系统液压元件性能指标要求会提 高，液压元件的重量和体积会增加；系统发热会更严重，冷却系统的功率就会变大，冷却系 统的体积和重量就会增加。因此效率低下会严重影响移动机器人的负载能力。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的在于针对现有技术的不足提供一种可有效提高移动机器人液 压驱动系统效率的节能控制器及控制方法，该方法通过调节PWM信号脉宽来实现输出功率 与负载功率的匹配，最终达到提高液压系统效率的目的。本实用新型通过以下技术方案实 现上述目的。
[0006] 一种液压节能控制器，包括高压进油口、低压油进油口和与执行器连通的出油口， 所述高压进油口通过节能系统与执行器连通，所述节能系统包括第一高速开关阀、第二高 速开关阀、换向阀和惯性器，所述惯性器包括质量块，所述质量块的两侧对称设有液压活 塞，所述液压活塞的活塞杆的端部安装在所述质量块的两侧，所述高压进油口分别通过管 路和设置在管路上的第一高速开关阀和第二高速开关阀与惯性器的两端的液压活塞的无 杆腔连通，两个所述液压活塞的无杆腔通过油路分别与换向阀的进油口 A和进油口 B连接， 所述换向阀的出油口 C与执行器连通，并且换向阀的出油口 C与执行器之间的油路上还并 联有蓄能器，所述惯性器的两个液压活塞的无杆腔还与低压进油口连通。
[0007] 所述惯性器的两个液压活塞的无杆腔与换向阀的进油口 A和进油口 B之间的油路 上分别安装有防止液压油向惯性器回流的第一单向阀，所述换向阀与执行器之间的油路上 还安装有防止液压油向出油口 C回流的第二单向阀，所述惯性器的两个液压活塞的无杆腔 与低压进油口之间的油路上安装有防止液压油向低压进油口回流的第三单向阀。
[0008] 包括两套所述节能系统，两套所述节能系统的换向阀的出油口 C连通。
[0009] 所述换向阀为两位三通高速换向阀。
[0010] 所述液压活塞安装在支撑架上并且外部包裹有保护罩，所述液压活塞与所述质量 块相对面上设有防止碰撞损伤的弹性挡块。
[0011] 所述液压活塞的缸筒为耐高压的高压直管。
[0012] 所述液压活塞的端盖通过螺钉固定在保护罩两端，且所述端盖与保护罩之间设置 有弹性垫片。
[0013] 所述高速开关阀和换向阀均采用PWM信号作为控制信号。
[0014] 由于采用上述结构，本装置通过在高压进油口与执行器之间设置一个节能系统， 通过节能系统的高压油的液压能一方面给执行器供能，另一方面，高压油推动惯性器中的 质量块加速运动，将多余的液压能转化为质量块的动能，同时质量块将另一端高压直管内 的液压油推出，排出的液压油通过换向阀流到执行器，当高速开关阀关闭状态时，高压进油 口被截止，此时质量块在惯性的作用下继续运动将液压油从低压进油口吸入到惯性器一侧 的液压活塞腔中，而质量块另一端上的活塞将继续将缸筒内的液压油推出，排出的液压油 通过换向阀流向执行器，质量块在液压推力作用下减速运动直到速度降低为零，此时质量 块的动能完全转化成液压能。通过控制高速开关阀的开关的时机，重复上述工作过程，使得 出油口持续输出稳定的压力和流量，这样即可利用高压油多余的能量做功，达到节能的效 果。
[0015] 采用PWM信号作为本实用新型中阀的控制信号（PWM信号即脉宽可调节的周期信 号，这种信号是成熟的技术，可通过多种手段获取，采用该种信号控制比较简单高效，信号 容易获得）。当控制信号幅值为1时打开高速开关阀口，幅值为〇时则关闭高速开关阀口。 当控制信号幅值为1时使两位三通阀的B 口与C 口导通，当幅值为0时使两位三通阀的A 口与C 口导通。
[0016] 综上所述，本实用新型能够通过调节PWM控制信号的占空比，（占空比即一个周期 内幅度为1(脉宽）所占的时间相对于一个周期时间的比值。）实现输出压力和流量与负 载压力和流量相匹配，即通过控制高压油口和低压供油口的时间，从而达到控制输入的总 能量始终与负载所需能量相匹配，最终实现节能高效的目的。本专利相比现有技术而言更 加节能（即减少汽油的消耗量），节能可以降低动力源的重量和体积、可减少携带的汽油重 量、可减小散热器的重量和体积等从而降低机器人自身的重量，从而提高机器人可携带负 载的重量。本实用新型可用在能量自治的各执行器负载变化较大的各类中小型移动平台 上，如两足机器人、四足机器人、小型无人挖掘机、外骨骼装备等，能够有效提高此类装备液 压驱动系统效率，从而提高其负载能力、促进其进一步实用化，同时实现节能环保，具有较 好的经济价值。
【附图说明】
[0017] 图1本实用新型的原理图；
[0018] 图2本实用新型的惯性器结构示意图；
[0019] 图3(a)本实用新型的工作过程示意图；
[0020] 图3(b)本实用新型的工作过程示意图；
[0021] 图4本实用新型的阀控制信号示意图；
[0022] 图5本实用新型的一个应用实例：不同占空比K可匹配的负载变化情况示意图。
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