在遥控拆除机器人上的液压工具的自适应控制的制作方法

本申请涉及控制在遥控拆除机器人上的液压工具，特别是涉及一种用于使用负载感测液压系统来提供在遥控拆除机器人上的液压工具的自适应控制的方法和装置。

背景技术：

使用液压工具的当前遥控拆除机器人有时在工具的液压压力与其它促动器(例如臂或吊杆)的液压压力不同时遇到问题。负载感测液压系统以这样的方式起作用，使得由一个(或多个)泵供给的液压流体的流量在多个促动器之间共享，在该用途中的促动器的意思是用于操作机器人部件的液压马达或缸，该机器人部件例如臂、吊杆、工具、工具保持器或手等。参考图1，这些促动器可以是用于操作臂11的缸12，或者参考图3，是用于操作动力锯或旋转鼓切割器11b(作为工具的两个示例)的马达(未明确表示)。

当锯或旋转鼓切割器(以下简称为切割器)最初起动时，它加速旋转，从而例如使锯片以非常高的转速旋转。在这样做时，锯片或切割器很可能不与要切割的材料接触，因此能够在非常低的压力下加速旋转。

负载感测液压系统这样操作，使得由一个泵产生的流量在一个以上的促动器之间共享。当一个促动器在低压下操作，而另一促动器在高压下操作，且当泵操作成提供全流量时，全部或大部分流体将沿有最小压力的方向流动。因此可能出现这样的情况，即臂操作成使得切割器运动至紧邻例如壁，然后，当切割器或锯加速旋转时(这在低压下发生)，流体将自身重新导向工具，从而使得臂不能工作，用于臂的缸有高得多的工作压力。因此，臂将不能操作，工具在自由操作时不能运动。

为了克服这个问题，现有技术提供了使用比例液压阀。这样的阀并不完全打开，只允许一部分流量通过，例如75-80％，从而使得剩余的20-25％流体流量流向其它促动器。这样，流量在不同的促动器之间共享。

不过，这种主动节流流量的比例阀产生能量损失，该能量损失以热量形式消散。这不仅减少了可由泵供给的功率量(在可用功率为18kW的示例中，大约1.2kW)，该减少量为可用功率的相当份额，而且它还增加了液压流体的温度，这导致润滑降低，这又能够降低一些部件的耐久性或使用寿命。

因此需要一种遥控拆除机器人，它即使当流量在多个促动器之间共享时也能够充分操作，而不管承担的功能如何。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决、减轻或至少减少背景技术的缺点，这通过附加权利要求来实现。

本发明的第一方面提供了一种遥控拆除机器人，它包括控制器和至少一个促动器，该促动器通过液压系统来控制，该液压系统包括：至少一个阀，该阀与用于工具的相应促动器连接；以及泵；其中，该控制器设置成：以第一模式操作，在该第一模式中，流体流量通过该至少一个阀来控制，所述阀是比例阀；接收表示液压系统中的压力的压力指示，并确定液压系统中的压力是否高于第一模式阈值和/或压力变化是否满足第一模式条件，且当如此时，以第二模式操作，在该第二模式中，该至少一个阀处于打开状态，且流体流量通过泵来控制。

第二方面提供了一种用于操作遥控拆除机器人的方法，该遥控拆除机器人包括至少一个促动器，该促动器通过液压系统来控制，该液压系统包括：至少一个阀，该阀与用于工具的相应促动器连接；以及泵，其中，该方法包括：以第一模式操作，在该第一模式中，流体流量通过该至少一个阀来控制，所述阀是比例阀；接收表示液压系统中的压力的压力指示，并确定液压系统中的压力是否高于第一模式阈值和/或压力变化是否满足第一模式条件，且当如此时，以第二模式操作，在该第二模式中，该至少一个阀处于打开状态，且流体流量通过泵来控制。

第三方面提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质包括软件代码指令，该软件代码指令在加载至控制器中并由该控制器执行时引起执行根据本发明的方法。

一个好处是，这种拆除机器人无论使用哪一种工具都能够操作，且并不浪费能量或不必要地产生热量。

与例如节流全部阀13a相比，当保持压力所需的流量高于泵的最大流量时，本发明具有阀13a的益处，该阀13a有简单的结构，并且节能，从而提供了更高的功率效率。计算表明，预计功率效率提高大约10-20％。

通过下面的详细说明、附加权利要求和附图，将清楚本发明实施例的其它特征和优点。

附图说明

下面将参考附图介绍本发明，附图中：

图1表示了根据本发明实施例的遥控拆除机器人；

图2表示了用于根据本发明实施例的遥控拆除机器人的遥控器22；

图3表示了根据本发明实施例的机器人的示意图；

图4表示了根据本发明实施例的液压系统的示意图；

图5a表示了根据本发明实施例的一般方法的流程图；

图5b表示了根据本发明实施例的一般方法的流程图；以及

图6表示了计算机可读产品的示意图，该计算机可读产品包括用于执行根据本发明一个实施例的方法的指令。

具体实施方式

图1表示了遥控拆除机器人10，以下简称为机器人10。机器人10包括一个或多个机器人部件，例如臂11，该臂11能够构成一个(或多个)机器人臂部件。一个部件可以是用于保持附件11b(图1中未示出，见图3)的附件工具保持器11a。例如，附件11b可以是工具例如液压破碎器(或锤)、切割器(或旋转混凝土切割器)、锯或挖掘铲斗。附件还可以是要由机器人10承载的负载。臂11可通过用于各臂11的至少一个缸12而可运动地操作。缸优选是液压的，并通过容纳在机器人10中的液压阀组13来控制。

液压阀组13包括一个或多个阀13a，用于控制提供给例如相应缸12的液压流体(油)的量。阀13a是比例液压阀。

阀组13还包括至少一个压力传感器13b(可能通过与它连接)，用于确定在阀13a之前或之后的压力。

下面将参考图4给出关于液压系统的更多细节。

机器人10包括履带14，该履带14使得机器人10能够运动。也可选择或者另外，机器人可以有轮子，用于使它能够运动，轮子和履带都是驱动装置的示例。机器人还包括外伸支架15，该外伸支架15可以单独(或共同)伸出，以便稳定机器人10。至少一个外伸支架15可以有支脚15a(能够灵活地布置在相应外伸支架15上)，用于在多种环境中提供更稳定的支承。机器人10由驱动系统16来驱动，该驱动系统16与履带14和液压阀组13操作连接。驱动系统在电动机器人10的情况下可以包括由电池和/或与电网(未示出)连接的电缆19供电的电马达，或者在燃烧动力机器人10的情况下包括用于燃料箱和发动机的机箱。

机器人10的本体可以包括：塔架10a，臂11布置在该塔架10a上；以及基部10b，履带14布置在该基部10b上。塔架10a布置成能够相对于基部10b旋转，这使得操作人员能够沿与履带14方向不同的方向转动臂11。

机器人10的操作由一个或多个控制器17来控制，该控制器17包括至少一个处理器或其它可编程逻辑电路以及(可能的)用于储存指令的存储器模块，在由处理器执行时存储器模块将控制拆除机器人10的功能。下文中，一个或多个控制器17将称为同一个控制器17，而并不区分哪个处理器正在执行哪个操作。应当注意，任务的执行可以在控制器之间分开，其中，控制器将交换数据和/或命令以便执行任务。

机器人10还可以包括无线电模块18。该无线电模块18可以用于与遥控器(见图2，参考标号22)通信，该遥控器用于接收要由控制器17执行的命令。无线电模块18可以用于与遥控服务器(未示出)通信，用于提供状态信息和/或接收信息和/或命令。因此，控制器可以布置为通过无线电模块18来接收指令。无线电模块可以设置成根据低能量射频通信标准(例如或)来进行操作。也可选择或者另外，无线电模块18可以设置成根据蜂窝通信标准来进行操作，例如GSM(Global System Mobile)或LTE(Long Term Evolution)。

在电动机器人10的情况下，机器人10包括电缆19，用于接收电力以便运行机器人10或使得机器人电池充电，或者两者。机器人也可以只通过或部分通过电池电力来操作。

作为液压机器人的机器人10包括布置成驱动泵(在图4中参考标号为410)的马达(未示出)，该泵用于驱动液压系统。关于液压系统的更多细节将在后面参考图4给出。

为了机器人10的有线控制，遥控器22可以选择地通过电缆19或与电缆19一起连接。机器人还可以包括人机界面(HMI)，该人机界面(HMI)可以包括控制按钮(例如停止按钮20)和灯指示器(例如警告灯21)。

图2表示了用于遥控拆除机器人(例如图1中的机器人10)的遥控器22。该遥控器22可以分配有身份代码，以使得机器人10可以识别遥控器，并只接受来自正确识别的遥控器22的命令。这使得多于一个的机器人10能够在相同总体区域中工作。遥控器22有用于向操作人员提供信息的一个或多个显示器23以及用于从操作人员接收命令的一个或多个控件24。控件24包括一个或多个操纵杆，例如左操纵杆24a和右操纵杆24b，如图2中所示，它们是第一操纵杆24a和第二操纵杆24b的示例。应当注意，左右操纵杆的标签只是用于在两个操纵杆24a、24b之间区分的标签。操纵杆24a、24b还可以布置有顶部控制开关25。在图2A的示例中，各操纵杆24a、24b布置有两个顶部控制开关25a、25b。操纵杆24a、24b和顶部控制开关25用于向机器人10提供操纵命令。控制开关24可以用于从多种操作模式中选择一种操作模式，其中，操作模式确定哪个控件输入对应于哪个动作。例如：在运输模式中，左操纵杆24a可以控制履带14，右操纵杆24b可以控制塔架10a(这能够在狭窄通道中转弯时会用到)；而在工作模式中，左操纵杆24a控制塔架10a、工具11b以及臂11的一些运动，右操纵杆24b控制臂11的其它运动；而在设置模式中，各操纵杆24a、24b控制各履带14，还控制在机器人10的相应侧的外伸支架15。应当注意，也能够有功能与操纵杆和控件的其它关联。

遥控器22可以看作是机器人10的一部分，其中，它是机器人10的控制面板。当遥控器通过导线而与机器人连接时，这特别明显。不过，遥控器22可以与机器人10分开地出售，或作为附加的配件或备件出售。

因此，遥控器22设置成向机器人10提供控制信息例如命令，该控制信息由控制器17解释，从而使得机器人10根据遥控器22的驱动而操作。

图3表示了根据图1的机器人10的示意图。在图3中表示了履带14、外伸支架15、臂11和液压缸12。还表示了工具11b，呈横向鼓或圆形切割器11b的形式或者有旋转操作的任何其它工具(有阴影表示它为可选)。该工具将在下文中简称为示例的切割器。

当控制器17例如从任何操纵杆24接收与例如使得机器人部件11运动相关的输入时，根据要进行的运动或操作，相应阀13a控制成打开或关闭。这种运动的一个示例是使得机器人部件11运动。这种操作的一个示例是起动工具11b(例如切割器)。

图4表示了用于拆除机器人的液压系统400的示意图。拆除机器人可以是电动。也可选择，拆除机器人可以是燃烧发动机驱动的机器人。这里的说明将集中于电动拆除机器人。

液压系统400包括泵410，该泵410由例如电马达450驱动。泵410用于通过导管430来提供液压流体的流动，从而在液压系统400中产生压力。只有当在液压系统中有一些阻力时，例如当液压马达操作时，才会有压力的积累。否则，流体将自由流动。泵410是负载感测可变泵410。液压系统400是负载感测系统，流体传播至一个或多个促动器，例如可以用于使臂11a运动的缸12或者例如液压马达12a，该液压马达12a可以用于操作工具例如切割器11b。

液压系统400布置成在例如200巴的主压力下操作。当要执行更高要求的任务时(例如当将外伸支架保持在伸出位置时)和/或当工具需要更多动力时(例如当在增大的压力下操作刀具11b时)，液压系统还可以布置成能够在增大的主压力下操作。

液压系统400还包括用于保持液压流体(通常为油)的流体储罐420，该液压流体通过导管430而引导至多个部件。

为了能够控制特殊促动器12，使用包括多个阀(在图1中参考标号13a)的阀组13。当一个阀13a打开时，起动相应的促动器12。

发明人已经认识到，当工具积累了足够压力时，例如当旋转锯或旋转鼓切割器与要切割的材料接触时，在促动器之间将不再有共享流量的问题，因为不再有流体可以相对自由流过的任何低压力导管。因此，可以在工具启动的过程中使用比例阀，如在现有技术中一样，而当压力已经积累时，比例阀可以完全打开，并可以通过控制泵410来控制操作。

因此，至少一个阀13a是比例阀13a。在一个实施例中，操作工具11b的阀13a是比例阀。在一个实施例中，阀13a相对于可用泵流量为超尺寸。这使得流体能够在阀13a完全打开时不受限制地流动，且压力降保持最小。

使用超尺寸的阀(例如阀13a)带来的益处是：当阀13a为超尺寸时，泵410将不能积累足够的压力而达到阀13a的最大能力-因此减少由阀13a引起的压力损失。例如，在一个实施例中，阀13a能够控制工具11b，且尺寸设置成能够在20巴的压力降有80升/分钟(l/m)的流量。泵410能够传送65l/m，因此将不能够提供足够的流量来建立在阀上的压力降-不是20巴的压力降，超尺寸的阀13a可以只引起10巴的压力降。

不过，这增加了在背景技术部分中讨论的问题，也就是，当泵410不能积累阀13a的最大压力时，且当液压流体将流过具有最小压力的导管431时，流体将流向在低压下操作的工具，从而可能使得其它功能(需要更高压力)不可操作。

本发明人设计了一种巧妙和聪明的装置，用于通过以两种模式中的一种模式操作而控制负载感测液压系统400的流体流量；在第一模式中，通过使用比例阀13a来控制流量；在第二模式中，通过控制泵410来控制流量。

继续上述示例，当工具11b在低压下启动和操作时，本发明人已经认识到，为了受益于由使用超尺寸的阀13a而提供的减小压力损失，同时仍然不减小其它部件的操作或功能，流量应当通过阀13a来限制，以便不会从泵获取全部可用流量。通过使用比例阀，阀13a因此可以限制为例如40l/m。因此将有足够的流量(在本例中为25l/m＝65-40l/m)，以便能够操作其它部件或功能。当工具操作时，它将置于一定负载下，例如当锯片撞击要锯开的物体时，工具11b中的压力将增大。当压力增大时，流体也将开始流过其它阀(可能有较低压力)。

本发明人还认识到，在这一点上，利用泵410来控制液压将更有利，因此转换操作模式将很有利。因此，本发明人提出了两模式操作，其中，当在低压下操作时，通过比例阀来提供控制，而当在高压下操作时，通过泵控制来提供控制。

下面将介绍这种装置，同时介绍操作该装置的方法。图5a表示了根据本发明的一般方法的流程图。

在低压情况中，例如在空转时或在运动时，控制器17设置成在第一模式500中操作，从而通过使用比例阀13a来控制流量。

在一个实施例中，泵410包括负载感测(LS)调节器411。LS调节器411提供为根据当前需要来改变泵410的流量。例如，当阀受限制时，将需要更少流量，且LS调节器411调节泵410，从而提供更少的流体，以便进一步节省功率。因此，泵布置成在第一模式中使用LS调节器来操作。

控制器17设置成接收压力指示510。在一个实施例中，压力指示由压力传感器13b来提供。压力传感器13B可以布置在阀13a上或附近，或者它可以布置在相应促动器12附近。压力传感器13b还可以或可选择地布置在总导管上，该总导管用于提供总体系统压力，如图4中所示。这种装置节省了成本，因为所需的压力传感器的数量减少。压力读数也可以是表示液压系统中的多个压力的组合压力读数。一个这样的组合是用于工具的压力和用于总系统的压力。

控制器17确定由压力指示表示的压力是否高于第一模式阈值水平(520)，当如此时，控制器打开阀13a(530)，并开始以第二模式来操作，在该第二模式中，流量通过控制泵410来控制。

第一模式阈值可以根据用于使臂部件11a运动的所需要的最小压力(下文中，所需压力)来设置。

该压力可以通过例如遥控器22来输入，或者它可以通过工具的电子控制单元而传送至控制器17，该电子控制单元认为是控制器17的一部分。

在一个实施例中，可以使用多于一个这样的第一模式阈值(子水平)，其中，比例阀在达到各子水平时相继打开，或者通过斜坡函数(ramping function)而连续打开。例如，在空转模式中，阀处于70％，而当压力超过80巴的第一模式阈值(对应于100巴的所需压力)时，阀打开至80％。然后，当压力超过90巴的第二个第一模式阈值时，阀打开至90％。还有，当压力超过100巴的第三个第一模式阈值时，阀打开至100％。这提供了在完全阀控制和完全泵控制之间的平稳和渐进的转换。

除了或代替控制器17确定压力指示是否高于第一模式阈值水平(520)，在一些实施例中，控制器17可以确定压力指示是否满足与压力变化相关的第一模式条件(525)。这在图5b中表示。

在一个实施例中，控制器17确定压力指示是否满足第一模式条件和/或压力指示是否高于第一模式阈值，当如此时，则控制器打开阀13a(530)，并开始以第二模式操作，在该第二模式中，流量通过控制泵410来控制。

第一模式条件是使用系统中的压力变化信息而设置的条件。第一模式条件可以是包括时间限制、压力值、振荡次数和/或它们的组合的条件。通过查看压力变化信息，能够确定系统是将进入第二模式还是继续在第一模式中工作。

类似地，当控制器在第二模式下操作时(540)，控制器17可以设置成从压力传感器13b接收压力指示(550)。控制器17确定由压力指示表示的压力是否低于第二模式阈值水平(560)，当如此时，控制器关闭阀13a(570)，并开始以第一模式操作，在该第一模式中，流量通过控制阀13a来控制。

在一个实施例中，泵410包括压力调节器412。压力调节器412提供为保证泵中的压力不超过最大值，例如200巴。

因此，泵410布置成在第二模式中使用压力调节器412来操作。

第二模式阈值可以根据臂部件表示的所需压力来设置，例如最小操作压力。这可以通过例如遥控器22来输入，或者它可以通过工具的电子控制单元而通信至控制器17，该电子控制单元认为是控制器17的一部分。

在一个实施例中，第二模式阈值设置为所需压力。在一个实施例中，第二模式阈值设置为第一模式阈值。

在一个实施例中，第二模式阈值设置为低于第一模式阈值。在这样的实施例中，第一阈值可以设置为高于所需压力，第二阈值可以设置为低于所需压力。

与第一模式阈值相同，第二模式阈值也可以包括多个阈值或斜坡函数。

除了或代替控制器17在以第二模式操作时(540)确定压力指示是否低于第二模式阈值水平(560)，在一些实施例中，控制器17可以确定压力指示是否满足与压力变化相关的第二模式条件(565)。这在图5b中示出。

在一个实施例中，控制器17确定压力指示是否满足第二模式条件(565)和/或压力指示是否低于第二模式阈值，当如此时，控制器关闭阀13a(570)，并开始以第一模式操作，在该第一模式中，流量通过控制阀13a来控制。

第二模式条件是使用系统中的压力变化信息而设置的条件。第二模式条件可以是包括时间限制、压力值、振荡次数和/或它们的组合的条件。通过查看压力变化信息，能够确定系统是进入第一模式还是继续在第二模式中工作。

因此，控制器17设置成当压力较低时以第一模式操作(在该第一模式中，通过节流来实现流量控制)，且当压力较高(足够高)时以第二模式操作(在该第二模式中，通过控制泵来实现流量控制)，从而减少通过阀中的热耗散而浪费的能量。

在一个实施例中，压力指示可以指示关闭的阀，并将不再用于确定操作模式。

与例如节流所有阀13a相比，当保持压力所需的流量高于泵的最大流量时，本发明有提供更高功率效率的益处。

阀13a优选是是无补偿阀13a，因为它允许阀的压力降减小。

图6表示了计算机可读介质600，该计算机可读介质600包括软件代码指令610，该计算机可读介质600在由计算机读取器620读取时将软件代码指令610加载至控制器(例如控制器17)中，这导致执行根据本发明的方法。计算机可读介质600可以是有形的，例如存储盘或固态存储器装置，以便例如用于存储软件代码指令610，或者是无形的，例如用于下载或传送软件代码指令610的信号。

通过使用这样的计算机可读介质600，现有的机器人10可以升级成根据这里公开的本发明来操作。

上面已经主要参考几个实施例介绍了本发明。不过，如本领域技术人员很容易知道，除了上面公开的实施例之外的其它实施例同样能够在本发明的范围内，如由附加专利权利要求所确定。