CN111120432B - 一种旋转分区恒压控制***、方法及隧道清理机器人 - Google Patents

一种旋转分区恒压控制***、方法及隧道清理机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种旋转分区恒压控制***、方法及隧道清理机器人，旋转分区恒压控制***包括控制器以及与之相连的伸缩臂位移传感器、浮动臂位移传感器、浮动缸压力传感器、旋转臂角度传感器和显示器；伸缩臂位移传感器安装在伸缩臂上，用于检测伸缩臂油缸行程；浮动臂位移传感器安装在浮动臂上，用于检测浮动臂油缸行程；浮动缸压力传感器安装在浮动油缸上，用于检测油缸压力；旋转臂角度传感器安装在浮动油缸上，用于检测旋转臂俯仰角度；显示器用于旋转臂俯仰速度、伸缩臂和浮动臂伸缩速度、恒压控制压力大小的标定以及运行过程中的压力、行程、角度的显示。本发明实现清理器在不同角度对隧洞内壁压力的恒定，延长了清理器的使用寿命。

Description

一种旋转分区恒压控制***、方法及隧道清理机器人
技术领域
本发明涉及一种隧道清理机器人的控制装置，具体是一种旋转分区恒压控制方法，属于隧道清理机器人控制装置技术领域。
背景技术
隧道清理机器人是一种用于清理隧洞内壁附着物，防止附着物过多，影响隧洞的正常使用，由于隧洞内可能会存在有害气体，无法人工清除，需要一种隧道清理机器人来自主清除，由于隧洞截面呈圆弧形，且表面有随机性附着物，在清理附着物的过程中，机械臂要带动清理器按照圆弧度对洞壁进行清理，清理器既要压紧洞壁，保证清理效果，又不能使得压力过大而损坏洞壁，而且机械臂在清理过程中，由于角度不断变化，使得清理器对机械臂的压力也在变化，导致清理器要么不能完全贴合洞壁，清理不净，要么压力过大，清理效率慢，甚至会损坏清理器和洞壁，从而急需发明一种控制方法，保证在旋转施工过程中清理器末端对洞壁压力的恒定。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种旋转分区恒压控制***及方法，实现清理器在不同角度对隧洞内壁压力的恒定。
本发明按以下技术方案实现：
一种旋转分区恒压控制***，包括：
控制器；
伸缩臂位移传感器，其安装在伸缩臂上，且与所述控制器电连接，用于检测伸缩臂油缸行程；
浮动臂位移传感器，其安装在浮动臂上，且与所述控制器电连接，用于检测浮动臂油缸行程；
浮动缸压力传感器，其安装在浮动油缸上，且与所述控制器电连接，用于检测油缸压力；
旋转臂角度传感器，其安装在浮动油缸上，且与所述控制器电连接，用于检测旋转臂俯仰角度；
显示器，其与所述控制器电连接，用于旋转臂俯仰速度、伸缩臂和浮动臂伸缩速度、恒压控制压力大小的标定以及运行过程中的压力、行程、角度的显示。
进一步，所述浮动缸压力传感器包括浮动缸压力传感器Ⅰ和浮动缸压力传感器Ⅱ；所述浮动缸压力传感器Ⅰ安装在浮动油缸大腔处，浮动缸压力传感器Ⅱ安装在浮动油缸小腔处，通过浮动缸压力传感器Ⅰ和浮动缸压力传感器Ⅱ检测大小腔压力，进而得出压差。
进一步，所述控制器的输出端分别与浮动缸控制阀Ⅰ、浮动缸控制阀Ⅱ和主电磁阀电连接；所述主电磁阀的工作油口B连接浮动缸控制阀Ⅱ的工作油口，而浮动缸控制阀Ⅱ的工作油口连接浮动缸控制阀Ⅰ的工作油口及浮动油缸的工作油口。
进一步，还包括浮动缸溢流阀；所述浮动缸溢流阀连接在浮动油缸与油箱之间。
进一步，所述控制器与显示器之间并联有电阻。
进一步，所述控制器的输出端分别与伸缩臂伸电磁阀、伸缩臂缩电磁阀电连接；通过控制器控制伸缩臂伸电磁阀、伸缩臂缩电磁阀来实现对伸缩臂做伸长或收缩动作。
一种旋转分区恒压控制方法，该控制方法如下：
通过安装在浮动缸大小腔的压力传感器，测得大小腔压力，进而得出压差，与显示器设定的压差进行比较后得到控制偏差；
通过安装在旋转臂上角度传感器，实时测量旋转臂的俯仰角度，并通过角度值实时计算出清理器重力对清理器产生的压力，并由此对所述控制偏差进行补偿；
通过显示器对旋转臂俯仰速度、伸缩臂伸缩速度、浮动缸伸缩速度进行设定，由控制器根据设定计算出旋转臂、伸缩臂及浮动臂主阀控制电流，通过控制主阀来实现各臂按设定速度依照既定动作逻辑进行施工作业；
通过安装在伸缩臂和浮动臂上的位移传感器，实时测量伸缩臂和浮动臂的行程，为伸缩臂及浮动臂的控制提供反馈信号；
根据控制偏差，得出浮动缸溢流阀控制电流，从而通过对浮动缸溢流阀的控制，实现清理器在不同角度对隧洞内壁压力的恒定。
一种隧道清理机器人，安装有上述的旋转分区恒压控制***。
本发明有益效果：
与现有技术相比，本发明通过安装在浮动缸大小腔的压力传感器，测得大小腔压力，进而得出压差，与显示器设定的压差进行比较得到控制偏差，并通过通过安装在旋转臂上角度传感器，实时测量旋转臂的俯仰角度，并通过角度值实时计算出清理器重力对清理器产生的压力，从而对控制偏差进行补偿，控制器根据控制偏差，得出浮动缸溢流阀控制电流，从而通过对浮动缸溢流阀的控制，实现清理器在不同角度对隧洞内壁压力的恒定，既保证了清理效率和质量，又保护了清理器和洞壁，延长了清理器的使用寿命。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的电气***部分原理图；
图2为本发明的部分液压示意图。
图中：1、控制器，2、伸缩臂位移传感器，3、浮动臂位移传感器，4、浮动缸压力传感器Ⅰ，5、浮动缸压力传感器Ⅱ，6、旋转臂角度传感器， 7、显示器，8、浮动缸溢流阀，9、浮动缸控制阀Ⅱ，10、浮动缸控制阀Ⅰ，11、伸缩臂伸电磁阀，12、伸缩臂缩电磁阀，13、浮动臂伸电磁阀，14、浮动臂缩电磁阀，15、浮动油缸。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1所示，一种旋转分区恒压控制***，包括控制器1以及分别与控制器1相连的伸缩臂位移传感器2、浮动臂位移传感器3、浮动缸压力传感器Ⅰ4、浮动缸压力传感器Ⅱ5、旋转臂角度传感器6、显示器7、浮动溢流阀8、浮动控制阀Ⅰ10、浮动控制阀Ⅱ9、主电磁阀、伸缩臂伸电磁阀11、伸缩臂缩电磁阀12。
浮动缸压力传感器Ⅰ4安装在浮动油缸15大腔处，浮动缸压力传感器Ⅱ5安装在浮动油缸15小腔处，通过浮动缸压力传感器Ⅰ4和浮动缸压力传感器Ⅱ5检测大小腔压力，进而得出压差。
伸缩臂位移传感器2安装在伸缩臂上，用于检测伸缩臂油缸行程；浮动臂位移传感器3安装在浮动臂上，用于检测浮动臂油缸行程；旋转臂角度传感器6安装在旋转臂上，用于检测旋转臂俯仰角度；显示器7用于旋转臂俯仰速度、伸缩臂和浮动臂伸缩速度、恒压控制压力大小的标定以及运行过程中的压力、行程、角度的显示。
需要说明的是，主电磁阀由浮动臂伸电磁阀13、浮动臂缩电磁阀14构成。
进一步方案：为保证CAN总线通信的稳定性，控制器1与显示器7之间并联有120欧姆电阻。
如图2所示，首先，浮动缸压力传感器Ⅰ4与浮动缸压力传感器Ⅱ5将所检测的压力值反馈至控制器1，控制器1计算浮动缸压力传感器Ⅰ4与浮动缸压力传感器Ⅱ5之间的差值，然后对该差值与控制器1的预设值进行比较，继而调节浮动缸溢流阀8的触发压力。
当开始工作时，液压油源的油液经主电磁阀由进油口P流向工作油口A，工作油口A的油液开启单向阀，浮动缸控制阀Ⅰ10的导通实现了浮动油缸15有杆腔与无杆腔之间的导通。油液进入至浮动油缸15有杆腔与无杆腔，由于无杆腔的油液面积大于有杆腔的油压面积，浮动油缸15处于差动状态。
当活塞杆前端的执行机构突然触碰到凸起物或其他原因导致活塞杆需要紧急收缩时，浮动油缸15的无杆腔的油液可分三个路径回油，一是经浮动缸溢流阀8流向油箱，二是经浮动缸控制阀Ⅰ10流向（H-G）浮动油缸15的有杆腔；三是流向蓄能器，由于是三路回油，因此能够有足够的油路快速地将无杆腔的油液回收。
浮动油缸15有杆腔的油液主要由浮动油缸15无杆腔经浮动缸控制阀Ⅰ10进行补充。
当活塞杆前端的执行机构突然触碰到凹陷物或其他原因导致活塞杆需要紧急伸出时。
浮动油缸15的无杆腔中油液也可由三路补充油液，一是：流向蓄能器中的油液流向浮动油缸15的无杆腔；二是：浮动油缸15的有杆腔中油液经浮动缸控制阀Ⅰ10流向浮动油缸15的无杆腔中，三是进油口P依次经主电磁阀进入至浮动油缸15的无杆腔。
浮动臂缩电磁阀14的工作油口B连接浮动缸控制阀Ⅱ9的工作油口，并通过其另一工作油口与浮动缸控制阀Ⅰ10和浮动油缸工作油口相连，由此实现浮动油缸15的回缩动作。
本发明还公开了一种旋转分区恒压控制方法，该控制方法如下：
通过安装在浮动缸大小腔的压力传感器，测得大小腔压力，进而得出压差，与显示器设定的压差进行比较后得到控制偏差；通过安装在旋转臂上角度传感器，实时测量旋转臂的俯仰角度，并通过角度值实时计算出清理器重力对清理器产生的压力，并由此对所述控制偏差进行补偿；通过显示器对旋转臂俯仰速度、伸缩臂伸缩速度、浮动缸伸缩速度进行设定，由控制器根据设定计算出旋转臂、伸缩臂及浮动臂主阀控制电流，通过控制主阀来实现各臂按设定速度依照既定动作逻辑进行施工作业；通过安装在伸缩臂和浮动臂上的位移传感器，实时测量伸缩臂和浮动臂的行程，为伸缩臂及浮动臂的控制提供反馈信号；根据控制偏差，得出浮动缸溢流阀控制电流，从而通过对浮动缸溢流阀的控制，实现清理器在不同角度对隧洞内壁压力的恒定。
本发明还提供一种隧道清理机器人，安装有上述的旋转分区恒压控制***。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种基于旋转分区恒压控制***的控制方法，其特征在于，
旋转分区恒压控制***包括：
控制器；
伸缩臂位移传感器，其安装在伸缩臂上，且与所述控制器电连接，用于检测伸缩臂油缸行程；
浮动臂位移传感器，其安装在浮动臂上，且与所述控制器电连接，用于检测浮动臂油缸行程；
浮动缸压力传感器，其安装在浮动油缸上，且与所述控制器电连接，用于检测油缸压力；
旋转臂角度传感器，其安装在浮动油缸上，且与所述控制器电连接，用于检测旋转臂俯仰角度；
显示器，其与所述控制器电连接，用于旋转臂俯仰速度、伸缩臂和浮动臂伸缩速度、恒压控制压力大小的标定以及运行过程中的压力、行程、角度的显示；
所述浮动缸压力传感器包括浮动缸压力传感器Ⅰ和浮动缸压力传感器Ⅱ；
所述浮动缸压力传感器Ⅰ安装在浮动油缸大腔处，浮动缸压力传感器Ⅱ安装在浮动油缸小腔处，通过浮动缸压力传感器Ⅰ和浮动缸压力传感器Ⅱ检测大小腔压力，进而得出压差；
该控制方法如下：
通过安装在浮动缸大小腔的压力传感器，测得大小腔压力，进而得出压差，与显示器设定的压差进行比较后得到控制偏差；
通过安装在旋转臂上角度传感器，实时测量旋转臂的俯仰角度，并通过角度值实时计算出清理器重力对清理器产生的压力，并由此对所述控制偏差进行补偿；
通过显示器对旋转臂俯仰速度、伸缩臂伸缩速度、浮动缸伸缩速度进行设定，由控制器根据设定计算出旋转臂、伸缩臂及浮动臂主阀控制电流，通过控制主阀来实现各臂按设定速度依照既定动作逻辑进行施工作业；
通过安装在伸缩臂和浮动臂上的位移传感器，实时测量伸缩臂和浮动臂的行程，为伸缩臂及浮动臂的控制提供反馈信号；
根据控制偏差，得出浮动缸溢流阀控制电流，从而通过对浮动缸溢流阀的控制，实现清理器在不同角度对隧洞内壁压力的恒定。
2.根据权利要求1所述的一种基于旋转分区恒压控制***的控制方法，其特征在于：
所述控制器的输出端分别与浮动缸控制阀Ⅰ、浮动缸控制阀Ⅱ和主电磁阀电连接；
所述主电磁阀的工作油口B连接浮动缸控制阀Ⅱ的工作油口，而浮动缸控制阀Ⅱ的工作油口连接浮动缸控制阀Ⅰ的工作油口及浮动油缸的工作油口。
3.根据权利要求2所述的一种基于旋转分区恒压控制***的控制方法，其特征在于：
还包括浮动缸溢流阀；所述浮动缸溢流阀连接在浮动油缸与油箱之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于旋转分区恒压控制***的控制方法，其特征在于：
所述控制器与显示器之间并联有电阻。
5.根据权利要求1所述的一种基于旋转分区恒压控制***的控制方法，其特征在于：
所述控制器的输出端分别与伸缩臂伸电磁阀、伸缩臂缩电磁阀电连接；
通过控制器控制伸缩臂伸电磁阀、伸缩臂缩电磁阀来实现对伸缩臂做伸长或收缩动作。
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