一种电液驱动管道机器人、液压驱动系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电液驱动管道机器人、液压驱动系统及其控制方法，电液驱动管道机器人包括机器人本体以及两个液压伸缩运动模块，液压伸缩运动模块包括第一往复液压缸、第二往复液压缸和滑动布置于机器人本体内的支撑液压缸，第一往复液压缸、第二往复液压缸均布置于机器人本体内，每组支撑液压缸的缸体分别与复液压缸的活塞杆相连，两组复液压缸的活塞杆、支撑液压缸的活塞杆之间分别铰接有一组支撑臂组件，机器人本体上设有开口，支撑臂组件伸出布置于开口外。本发明专利技术能够在不增加液压驱动容量和功率的条件下连续运动以实现快速行走，且具有双向运动能力。

An electro-hydraulic drive pipe robot, hydraulic drive system and its control method

The invention discloses an electro-hydraulic driving pipe robot, a hydraulic driving system and its control method. The electro-hydraulic driving pipe robot includes the robot body and two hydraulic expansion motion modules. The hydraulic expansion module includes the first reciprocating hydraulic cylinder, the second reciprocating hydraulic cylinder and the branch arranged in the body of the robot. The hydraulic cylinder, the first reciprocating hydraulic cylinder and the second reciprocating hydraulic cylinder are arranged in the body of the robot. The cylinder body of each support hydraulic cylinder is connected with the piston rod of the complex hydraulic cylinder respectively. The two groups of piston rods and the piston rods of the supporting hydraulic cylinder are articulated with a group of supporting arm components respectively. The support arm assembly is extended out of the opening. The invention can continuously move in the condition of not increasing hydraulic drive capacity and power to achieve fast walking, and has bidirectional movement ability.

【技术实现步骤摘要】
一种电液驱动管道机器人、液压驱动系统及其控制方法
本专利技术涉及管道机器人，具体涉及电液驱动管道机器人、液压驱动系统及其控制方法。
技术介绍
管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下进行一系列管道作业的机、电一体化系统。目前为止，虽然出现了多种形式的管道机器人，但从其运动方式上主要分为：转动轮爬行式、抓靠臂伸缩式、高压射流反冲式和螺旋桨推进式。综合国内外技术的发展，管道机器人主要面临两大技术难题：一是如何提高机器人的负载拖拽能力，二是如何保证机器人在管道内部快速、稳定地行走。通过分析现有技术，大部分管道机器人采用电机驱动，这样虽然简化了设计过程，但其拖拽能力小，并且行进速度低。为了提高机器人负载能力，一些机器人应用液压驱动，但采用伺服阀或者比例阀为控制元件的液压系统，具有复杂的阀体结构，造成加工精度要求高，并对液压介质的清洁度要求严格，不仅提高机器人运行成本，还加大了液压系统事故发生率。同时，由于传统阀的过流面积开口较小，这样就导致较大的阀口压力损失，造成动力单元发热严重，直接制约机器人的整机可靠性。因此，保证管道机器人的负载能力的同时，如何实现机器人快速稳定得行走已经成为制约管道机器人发展的关键技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种电液驱动管道机器人、液压驱动系统及其控制方法，本专利技术能够在不增加液压驱动容量和功率的条件下连续运动以实现快速行走，且具有双向运动能力。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：首先，本专利技术提供一种电液驱动管道机器人，包括机器人本体以及沿机器人本体的长度方向布置的两个液压伸缩运动模块，所述液压伸缩运动模块包括第一往复液压缸、第二往复液压缸和滑动布置于机器人本体内的支撑液压缸，所述第一往复液压缸、第二往复液压缸均布置于机器人本体内，所述支撑液压缸的缸体与第二往复液压缸的活塞杆相连，所述第一往复液压缸的活塞杆、支撑液压缸的活塞杆之间铰接布置有一组支撑臂组件，所述机器人本体上设有开口，所述支撑臂组件伸出布置于开口外。优选地，所述一组支撑臂组件包含支撑臂组件的数量为三个，且三个支撑臂组件相对机器人本体的径向均匀分布，使得任意相邻支撑臂组件之间的夹角为120度。优选地，所述支撑臂组件包括第一连接杆、第二连接杆和支撑轮，所述第一连接杆一端和第一往复液压缸的活塞杆铰接、另一端和支撑轮铰接，所述第二连接杆一端和支撑液压缸的活塞杆铰接、另一端和支撑轮铰接。优选地，所述第一往复液压缸、第二往复液压缸、支撑液压缸的进出油口均独立控制。优选地，所述第一往复液压缸、第二往复液压缸、支撑液压缸的活塞和缸体内壁之间均设有组合密封。优选地，所述支撑液压缸包括第一活塞端盖、液压缸体、第二活塞端盖和布置于液压缸体内的活塞，所述第一活塞端盖、液压缸体、第二活塞端盖依次固定连接，所述活塞的活塞杆插设布置于第一活塞端盖中且与第一活塞端盖的内孔内壁之间设有组合密封，所述第一活塞端盖和机器人本体的内壁之间设有组合密封，所述第二活塞端盖与第二往复液压缸的活塞杆相连，所述第二活塞端盖和机器人本体的内壁之间设有组合密封，所述液压缸体和机器人本体的内壁之间间隙布置。其次，本专利技术还提供一种用于前述电液驱动管道机器人的液压驱动系统，包括液压泵和开关阀回路单元，所述开关阀回路单元包括并联布置在液压泵的输出端的两条往复开关液压支路#1～#2和两条支撑开关液压支路#3～#4，一条往复开关液压支路#1上串接有一个第一开关阀、另一条往复开关液压支路#2上串接有一个第二开关阀，一条支撑开关液压支路#3包括第三开关阀、第四开关阀以及第五开关阀，另一条支撑开关液压支路#4包括第六开关阀、第七开关阀以及第八开关阀；往复开关液压支路#1分别与两个液压伸缩运动模块的第一往复液压缸的无杆腔连通，往复开关液压支路#2分别与两个液压伸缩运动模块的第二往复液压缸的无杆腔连通；支撑开关液压支路#3用于控制一个液压伸缩运动模块的支撑液压缸，所述第三开关阀一端与液压泵的输出端连通、另一端包含两条并联的支路，其中一条支路直接通过管路与支撑液压缸的有杆腔连通连、另一条支路通过第四开关阀与支撑液压缸的无杆腔连通，且支撑液压缸的无杆腔还连接有第五开关阀；支撑开关液压支路#4用于控制另一个液压伸缩运动模块的支撑液压缸，所述第六开关阀一端与液压泵的输出端连通、另一端包含两条并联的支路，其中一条支路直接通过管路与支撑液压缸的有杆腔连通连、另一条支路通过第七开关阀与支撑液压缸的无杆腔连通，且支撑液压缸的无杆腔还连接有第八开关阀。优选地，所述第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀、第五开关阀、第六开关阀、第七开关阀、第八开关阀均为高频开关阀。优选地，所述液压泵的输出端还连接有溢流阀。在此，本专利技术还提供一种用于前述电液驱动管道机器人的液压驱动系统的控制方法，其实施步骤包括：1）在开关阀回路单元的控制系统连通油路后，将第一开关阀断开油路、第二开关阀连通油路，使得两个液压伸缩运动模块的两组支撑臂组件向两边推开；将第五开关阀、第八开关阀断开油路，第三开关阀、第四开关阀以及第六开关阀、第七开关阀连通油路，使得两个液压伸缩运动模块的两组支撑臂组件展开靠近管道的管壁；记运动方向前侧的液压伸缩运动模块的一组支撑臂组件为支撑臂组件3#1、后侧的液压伸缩运动模块的一组支撑臂组件为支撑臂组件3#2；2）将第六开关阀、第八开关阀断开油路，第七开关阀连通油路，使得支撑臂组件3#1单向支撑锁死，将第三开关阀、第五开关阀连通油路，第四开关阀断开油路，使得支撑臂组件3#2收缩；3）将第一开关阀连通油路，第二开关阀断开油路，使得支撑臂组件3#1和支撑臂组件3#2拉拢，电液驱动管道机器人向前移动；4）将第五开关阀断开油路，第三开关阀、第四开关阀连通油路，支撑臂组件3#2单向支撑锁死，第六开关阀连通油路，第七开关阀断开油路、第八开关阀连通油路打开，支撑臂组件3#1收缩；5）将第一开关阀断开油路，第二开关阀连通油路，使得支撑臂组件3#1和支撑臂组件3#2推开，牵引器主体向前移动；6）判断是否收到停止前进指令，如果尚未收到停止前进指令则跳转执行步骤2），否则如果收到停止前进指令则退出。本专利技术的电液驱动管道机器人具有下述优点：1、本专利技术的支撑液压缸嵌套在行走的往复液压缸中，使整个电液驱动管道机器人更加简单紧凑，在牵引力一定的情况下，增加管道通过性能。2、本专利技术的电液驱动管道机器人的两组支撑臂组件在拉拢状态和推开状态，使得机器人本体都前进L，其推进速度是传统伸缩式管道机器人的2倍。3、本专利技术的电液驱动管道机器人在运动时分为两个工作步，且两个工作步的所需功率是相同的，从工程上可实现管道机器人的高效推进。4、本专利技术的电液驱动管道机器人可以实现双向爬行，同时，井下遇卡时可以启动卸荷进行解卡支撑臂组件，使用缆线拖拽。5、本专利技术包括机器人本体以及沿机器人本体的长度方向布置的两个液压伸缩运动模块，所述液压伸缩运动模块包括第一往复液压缸、第二往复液压缸和滑动布置于机器人本体内的支撑液压缸，两个液压伸缩运动模块形成了差动结构，可采用差动控制，支撑速度快，节省能源。6、本专利技术的第一往复液压缸、第二往复液压缸、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电液驱动管道机器人，其特征在于：包括机器人本体（1）以及沿机器人本体（1）的长度方向布置的两个液压伸缩运动模块（2），所述液压伸缩运动模块（2）包括第一往复液压缸（21）、第二往复液压缸（22）和滑动布置于机器人本体（1）内的支撑液压缸（23），所述第一往复液压缸（21）、第二往复液压缸（22）均布置于机器人本体（1）内，所述支撑液压缸（23）的缸体与第二往复液压缸（22）的活塞杆相连，所述第一往复液压缸（21）的活塞杆、支撑液压缸（23）的活塞杆之间铰接布置有一组支撑臂组件（3），所述机器人本体（1）上设有开口（11），所述支撑臂组件（3）伸出布置于开口（11）外。

【技术特征摘要】
1.一种电液驱动管道机器人，其特征在于：包括机器人本体（1）以及沿机器人本体（1）的长度方向布置的两个液压伸缩运动模块（2），所述液压伸缩运动模块（2）包括第一往复液压缸（21）、第二往复液压缸（22）和滑动布置于机器人本体（1）内的支撑液压缸（23），所述第一往复液压缸（21）、第二往复液压缸（22）均布置于机器人本体（1）内，所述支撑液压缸（23）的缸体与第二往复液压缸（22）的活塞杆相连，所述第一往复液压缸（21）的活塞杆、支撑液压缸（23）的活塞杆之间铰接布置有一组支撑臂组件（3），所述机器人本体（1）上设有开口（11），所述支撑臂组件（3）伸出布置于开口（11）外。2.根据权利要求1所述的电液驱动管道机器人，其特征在于：所述一组支撑臂组件（3）包含支撑臂组件（3）的数量为三个，且三个支撑臂组件（3）相对机器人本体（1）的径向均匀分布，使得任意相邻支撑臂组件（3）之间的夹角为120度。3.根据权利要求1所述的电液驱动管道机器人，其特征在于：所述支撑臂组件（3）包括第一连接杆（31）、第二连接杆（32）和支撑轮（33），所述第一连接杆（31）一端和第一往复液压缸（21）的活塞杆铰接、另一端和支撑轮（33）铰接，所述第二连接杆（32）一端和支撑液压缸（23）的活塞杆铰接、另一端和支撑轮（33）铰接。4.根据权利要求1所述的电液驱动管道机器人，其特征在于：所述第一往复液压缸（21）、第二往复液压缸（22）、支撑液压缸（23）的进出油口均独立控制。5.根据权利要求1所述的电液驱动管道机器人，其特征在于：所述第一往复液压缸（21）、第二往复液压缸（22）、支撑液压缸（23）的活塞和缸体内壁之间均设有组合密封。6.根据权利要求1所述的电液驱动管道机器人，其特征在于：所述支撑液压缸（23）包括第一活塞端盖（231）、液压缸体（232）、第二活塞端盖（233）和布置于液压缸体（232）内的活塞（234），所述第一活塞端盖（231）、液压缸体（232）、第二活塞端盖（233）依次固定连接，所述活塞（234）的活塞杆插设布置于第一活塞端盖（231）中且与第一活塞端盖（231）的内孔内壁之间设有组合密封，所述第一活塞端盖（231）和机器人本体（1）的内壁之间设有组合密封，所述第二活塞端盖（233）与第二往复液压缸（22）的活塞杆相连，所述第二活塞端盖（233）和机器人本体（1）的内壁之间设有组合密封，所述液压缸体（232）和机器人本体（1）的内壁之间间隙布置。7.一种用于权利要求1～6中任意一项所述的电液驱动管道机器人的液压驱动系统，其特征在于：包括液压泵（4）和开关阀回路单元（5），所述开关阀回路单元（5）包括并联布置在液压泵（4）的输出端的两条往复开关液压支路#1~#2和两条支撑开关液压支路#3~#4，一条往复开关液压支路#1上串接有一个第一开关阀（51）、另一条往复开关液压支路#2上串接有一个第二开关阀（52），一条支撑开关液压支路#3包括第三开关阀（53）、第四开关阀（54）以及第五开关阀（55），另一条支撑开关液压支路#4包括第六开关阀（56）、第七开关阀（57）以及第八开关阀（58）；往复开关液压支...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚建忠，罗自荣，李欣，房德磊，陈芳，吴国恒，冯勇，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43