CN112388611B - 一种机械臂旋转运动的全液压驱动*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械臂旋转运动的全液压驱动***，***主要由液压驱动模块和电气控制模块组成；电气控制模块包含第一A/D模块、第一D/A模块、第一信号调理模块、工控机、显示器、第二A/D模块、第二D/A模块、第二信号调理模块、PLC控制器；液压驱动模块由泵站、平摆马达模块、滚摆马达模块、举升马达模块、第一回转马达模块、第二回转马达模块组成。本发明采用多液压马达组成机械臂旋转驱动全液压，响应更快，可靠性更高，功重比大；采用的智能抗扰控制方法能够对机械臂进行实时调试与控制，匹配作业需求。

Description

一种机械臂旋转运动的全液压驱动***

技术领域

本发明涉及智能流体传动及控制领域，尤其涉及一种机械臂旋转运动的全液压驱动***。

背景技术

机械臂是目前机器人领域中得到最广泛应用的机械装置，其不仅可以替代人繁重的劳动实现自动化高效的生产，而且可以在危险的环境中操作以保证人生安全。极大地降低人力成本、提高生产效率，并有效地提高产品生产质量。

传统的机械臂应用场合单一、工况简单，一般情况下只为完成特定工况，且自由度的变化能力差，多采用电动机加减速器驱动方式，因此承载能力相对较小。液压驱动***具有功重比大、实时可调、控制变量灵活、抗干扰能量较强等特点，主要应用于重载设备、工程机械等领域。

目前国内外学者针对机械臂旋转驱动***进行了一定的研究：

专利CN201910077052.1公开了一种全直动液压缸驱动机械臂，采用五个液压缸全直动驱动机械臂进行动作，使机械臂实现在空间中的灵活动作，具有结构紧凑、定位精度高的优点。但没有明确阐述液压辅助控制***的的工作原理及控制思想，且不能根据负载情况对机械臂进行智能旋转控制。

专利ZL201610368304.2针对气割领域的机械臂，提出了一种用于机械臂的旋转驱动机构，通过在固定座与转动盘之间设置定位机构，利用定位机构来减少惯性对机械臂旋转运动造成影响，提高了机械臂的旋转精度，但没有阐述旋转机构如何进行控制的。

发明内容

针对上述现有技术缺陷，本发明提出了一种机械臂旋转运动的全液压驱动***，用于对机械臂进行在线实时调试与控制。该驱动***具有承重强、控制灵活以及可靠性高等特点，能精确地实现机械臂旋转控制，其中控制策略是机械臂关节实现高精度控制的关键。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种机械臂旋转运动的全液压驱动***，主要由液压驱动模块和电气控制模块组成；

电气控制模块包含第一A/D模块、第一D/A模块、第一信号调理模块、工控机、显示器、第二A/D模块、第二D/A模块、第二信号调理模块、PLC控制器；

液压驱动模块由泵站、平摆马达模块、滚摆马达模块、举升马达模块、第一回转马达模块、第二回转马达模块组成；其中，泵站主要包含电动机、变量泵；平摆马达模块包含第一电磁换向阀、第一三位四通比例方向阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、平摆马达、第一转速传感器；滚摆马达模块包含第二电磁换向阀、第二三位四通比例方向阀、第三液控单向阀、第四液控单向阀、第三压力传感器、第四压力传感器、滚摆马达、第二转速传感器；举升马达模块包含第三电磁换向阀、第三三位四通比例方向阀、第五液控单向阀、第六液控单向阀、第五压力传感器、第六压力传感器、举升马达、第三转速传感器；第一回转马达模块包含第四电磁换向阀、第四三位四通比例方向阀、第七液控单向阀、第八液控单向阀、第七压力传感器、第八压力传感器、第一回转马达、第四转速传感器；第二回转马达模块包含第五电磁换向阀、第五三位四通比例方向阀、第九液控单向阀、第十液控单向阀、第九压力传感器、第十压力传感器、第二回转马达、第五转速传感器；各个模块并联连接，互不干扰；

所述电气控制模块的线缆接线盒与第一A/D模块、第一调理模块相连，第一D/A模块、第一调理模块与工控机相连，工控机与显示器相连；液压***泵站与第二A/D模块、第二调理模块相连，第二D/A模块、第二调理模块与PLC控制器相连，PLC控制器与工控机进行通讯；

所述液压驱动模块的变量泵与电动机同轴相连；变量泵出油口分别与第一电磁换向阀、第一三位四通比例换向阀、第二电磁换向阀、第二三位四通比例换向阀、第三电磁换向阀、第三三位四通比例换向阀、第四电磁换向阀、第四三位四通比例换向阀、第六三位四通比例换向阀、第六电磁换向阀、第七三位四通比例换向阀的进油口相连，变量泵的吸油口与油箱相连，变量泵的吸油口与油箱相连，第一电磁换向阀、第一三位四通比例换向阀、第二电磁换向阀、第二三位四通比例换向阀、第三电磁换向阀、第三三位四通比例换向阀、第四电磁换向阀、第四三位四通比例换向阀、第五电磁换向阀、第六三位四通比例换向阀、第六电磁换向阀、第七电磁换向阀的回油口与油箱相连；变量泵的吸油口与油箱相连，第一电磁换向阀的出油口与第一液控单向阀的控制油口和第一液控单向阀的控制油口相连，第一三位四通比例换向阀的出油口A与第一液控单向阀的进油口相连，第一三位四通比例换向阀的出油口B与第二液控单向阀的进油口相连，第一液控单向阀的出油口与第一压力传感器和平摆马达的左腔相连，第二液控单向阀的出油口与第二压力传感器和平摆马达的右腔相连，第一转速传感器安装在平摆马达的输出轴上；第二两位三通电磁换向阀的出油口与第三液控单向阀的控制油口和第四液控单向阀的控制油口相连，第二三位四通比例换向阀的出油口A与第三液控单向阀的进油口相连，第二三位四通比例换向阀的出油口B与第四液控单向阀的进油口相连，第三液控单向阀的出油口与第三压力传感器和滚摆马达的左腔相连，第四液控单向阀的出油口与第四压力传感器和滚摆马达的右腔相连，第二转速传感器安装在滚摆马达的输出轴上；第三电磁换向阀的出油口与第五液控单向阀的控制油口和第六液控单向阀的控制油口相连，第三三位四通比例换向阀的出油口A与第五液控单向阀的进油口相连，第三三位四通比例换向阀的出油口B与第六液控单向阀的进油口相连，第五液控单向阀的出油口与第五压力传感器和举升马达的左腔相连，第六液控单向阀的出油口与第六压力传感器和举升马达的右腔相连，第三转速传感器安装在举升马达的输出轴上；第四电磁换向阀的出油口和第七液控单向阀的控制油口和第八液控单向阀的控制油口相连，第四三位四通比例换向阀的出油口A与第七液控单向阀的进油口相连，第四三位四通比例换向阀的出油口B与第八液控单向阀的进油口相连，第七液控单向阀的出油口与第七压力传感器和第一回转马达的左腔相连，第八液控单向阀的出油口与第八压力传感器和第一回转马达的右腔相连，第四转速传感器安装在第一回转马达的输出轴上；第五电磁换向阀的出油口和第九液控单向阀的控制油口和第十液控单向阀的控制油口相连，第五三位四通比例换向阀的出油口A与第九液控单向阀的进油口相连，第五三位四通比例换向阀的出油口B与第十液控单向阀的进油口相连，第九液控单向阀的出油口与第十压力传感器和第二回转马达的左腔相连，第十液控单向阀的出油口与第十一压力传感器和第二回转马达的右腔相连，第五转速传感器安装在第二回转马达的输出轴上。

一种机械臂旋转运动的全液压驱动***的智能控制方法，包括以下步骤：

1)PLC控制器接收启动***的指令，启动液压***中的变量泵，为机械臂旋转运动的液压驱动部份提供油源；

2)数据采集与处理：设置平摆马达的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第一压力传感器、第二压力传感器、第一转速传感器的信号；同理，设置滚摆马达的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第三压力传感器、第四压力传感器、第二转速传感器信号；设置举升马达的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第五压力传感器、第六压力传感器、第三转速传感器的信号；设置第一回转马达的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第七压力传感器、第八压力传感器、第四转速传感器的信号；同理，设置第二回转马达的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第九压力传感器、第十压力传感器、第五转速传感器的信号，对上述采集的信号进行数据清洗和数据预处理；

3)旋转预控制器设计：将指令信号和采集的信号输入到ADRC控制器，通过微分处理器TD，扩张状态观测器ESO以及非线性反馈控制器NSLEF中，获得以各个马达旋转旋转方向和转速为控制目标的非线性控制器；

4)快速学习模型训练

然后将控制器参数数据分为训练样本和测试样本，将训练样本数据输入到快速学习Fast Learning Network中，对模型进行训练；

5)模型准确性的验证

将测试数据输入到上述训练后的模型中，控制第一三位四通比例换向阀、第二三位四通比例换向阀、第三三位四通比例换向阀、第四三位四通比例换向阀、第五三位四通比例换向阀的阀口开度，分别观察平摆马达、滚摆马达、举升马达、第一回转马达以及第二回转马达的运动情况，是否按照设置的要求进行运动。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)采用多液压马达组成机械臂旋转驱动全液压，响应更快，可靠性更高，功重比大；

(2)采用的智能抗扰控制方法能够对机械臂进行实时调试与控制，匹配作业需求。

附图说明

图1表示本发明的电气控制***工作原理图。

图2表示本发明的液压***原理图。

图3表示本发明的机械臂全液压驱动抗扰智能控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

一种机械臂驱动***由电气控制***和液压***组成。

所述的电气控制***原理图如图1所示，线缆接线盒与第一A/D模块、第一调理模块相连，第一D/A模块、第一调理模块与工控机相连，工控机与显示器相连；液压***泵站与第二A/D模块、第二调理模块相连，第二D/A模块、第二调理模块与PLC控制器相连，PLC控制器与工控机进行通讯。

工控机通过线缆接线盒、第一A/D模块采集第一压力传感器8、第二压力传感器9、第一转速传感器11的信号，并经过智能学***摆马达10的旋转方向和速度的控制；工控机通过线缆接线盒、第一A/D模块采集第三压力传感器16、第四压力传感器17、第二转速传感器19的信号，并经过智能学习模型计算，工控机通过第一D/A模块、第一调理模块输出信号到第二三位四通比例换向阀13和第二电磁换向阀12，实现滚摆马达18的旋转方向和速度的控制；工控机通过线缆接线盒、第一A/D模块采集第五压力传感器24、第六压力传感器25、第三转速传感器27的信号，并经过智能学习模型计算，工控机通过第一D/A模块、第一调理模块输出信号、线缆接线盒到第三三位四通比例换向阀21和第三电磁换向阀20，实现举升马达26的旋转方向和速度的控制；工控机通过线缆接线盒、第一A/D模块采集第七压力传感器32、第八压力传感器33、第四转速传感器35的信号，并经过智能学习模型计算，工控机通过第一D/A模块、第一调理模块、线缆接线盒输出信号到第四三位四通比例换向阀29和第四磁换向阀，实现第一回转马达34的旋转方向和速度的控制；工控机通过线缆接线盒、第一A/D模块采集第九压力传感器40、第十压力传感器41、第五传感器，并经过智能学习模型计算，工控机通过第一D/A模块、第一调理模块、线缆接线盒输出信号到第五三位四通比例换向阀37和第五电磁换向阀36，实现第二回转马达42的旋转方向和速度的控制；PLC控制器通过第二A/D模块、第二调理模块采集变量泵3的转速、启停状态等相关信息以通讯的方式通过工控机在显示器中进行显示，工控机输出运动指令，以通讯的形式输入到PLC控制器，PLC控制器通过第二D/A模块和第二调理模块输出信号，控制电动机2的转速和启停。

所述的液压驱动***原理图如图2所示，所述的液压驱动***变量泵3与电动机2同轴相连；变量泵3出油口分别与第一电磁换向阀4、第一三位四通比例换向阀5、第二电磁换向阀12、第二三位四通比例换向阀13、第三电磁换向阀20、第三三位四通比例换向阀21、第四电磁换向阀28、第四三位四通比例换向阀29、第六三位四通比例换向阀、第六电磁换向阀、第七三位四通比例换向阀的进油口相连，变量泵3的吸油口与油箱1相连，变量泵3的吸油口与油箱1相连，第一电磁换向阀4、第一三位四通比例换向阀5、第二电磁换向阀12、第二三位四通比例换向阀13、第三电磁换向阀20、第三三位四通比例换向阀21、第四电磁换向阀28、第四三位四通比例换向阀29、第五电磁换向阀36的回油口与油箱1相连；变量泵3的吸油口与油箱1相连，第一电磁换向阀4的出油口与第一液控单向阀6的控制油口和第一液控单向阀6的控制油口相连，第一三位四通比例换向阀5的出油口A与第一液控单向阀6的进油口相连，第一三位四通比例换向阀5的出油口B与第二液控单向阀7的进油口相连，第一液控单向阀6的出油口与第一压力传感器8和平摆马达10的左腔相连，第二液控单向阀7的出油口与第二压力传感器9和平摆马达10的右腔相连，第一转速传感器11安装在平摆马达10的输出轴上；第二电磁换向阀12的出油口与第三液控单向阀14的控制油口和第四液控单向阀15的控制油口相连，第二三位四通比例换向阀13的出油口A与第三液控单向阀14的进油口相连，第二三位四通比例换向阀13的出油口B与第四液控单向阀15的进油口相连，第三液控单向阀14的出油口与第三压力传感器16和滚摆马达18的左腔相连，第四液控单向阀15的出油口与第四压力传感器17和滚摆马达18的右腔相连，第二转速传感器19安装在滚摆马达18的输出轴上；第三电磁换向阀20的出油口与第五液控单向阀22的控制油口和第六液控单向阀23的控制油口相连，第三三位四通比例换向阀21的出油口A与第五液控单向阀22的进油口相连，第三三位四通比例换向阀21的出油口B与第六液控单向阀23的进油口相连，第五液控单向阀22的出油口与第五压力传感器24和举升马达26的左腔相连，第六液控单向阀23的出油口与第六压力传感器25和举升马达26的右腔相连，第三转速传感器27安装在举升马达26的输出轴上；第四电磁换向阀28的出油口和第七液控单向阀30的控制油口和第八液控单向阀31的控制油口相连，第四三位四通比例换向阀29的出油口A与第七液控单向阀30的进油口相连，第四三位四通比例换向阀29的出油口B与第八液控单向阀31的进油口相连，第七液控单向阀30的出油口与第七压力传感器32和第一回转马达34的左腔相连，第八液控单向阀31的出油口与第八压力传感器33和第一回转马达34的右腔相连，第四转速传感器35安装在第一回转马达34的输出轴上；第五电磁换向阀36的出油口和第九液控单向阀38的控制油口和第十液控单向阀39的控制油口相连，第五三位四通比例换向阀37的出油口A与第九液控单向阀38的进油口相连，第五三位四通比例换向阀37的出油口B与第十液控单向阀39的进油口相连，第九液控单向阀38的出油口与第十压力传感器41和第二回转马达42的左腔相连，第十液控单向阀39的出油口与第十一压力传感器和第二回转马达42的右腔相连，第五转速传感器43安装在第二回转马达42的输出轴上。

平摆马达10部分工作原理：当平摆马达10顺时针旋转时，第一三位四通比例换向阀5右位工作，变量泵3输出液压油经第一三位四通比例换向阀5、第一液控单向阀6进入平摆马达10的左腔，第一两位三通电磁换向阀右位工作，液压油经第一电磁换向阀4进入第一液控单向阀6控制油口和第二液控单向阀7控制油口，平摆马达10的右腔的液压油经第二液控单向阀7、第一三位四通比例换向阀5回到油箱1；当平摆马达10逆时针旋转时，第一三位四通比例换向阀5左位工作，液压油经第一三位四通比例换向阀5、第二液控单向阀7进入平摆马达10的右腔，第一电磁换向阀44左位工作，液压油经第一电磁换向阀4进入第一液控单向阀6控制油口和第二液控单向阀7控制油口，平摆马达10的左腔的液压油经第一液控单向阀6、第一三位四通比例换向阀5回到油箱1；当平摆马达10需要稳定在某个角度时，第一两位三通电磁换向阀中位工作，第一电磁换向阀4右位工作，第一液控单向阀6和第二液控单向阀7的控制油与油箱1相连，平摆马达10的左腔和右腔处于封闭状态。

滚摆马达18部分工作原理：当滚摆马达18顺时针旋转时，变量泵3输出液压油经第二三位四通比例换向阀13、第三液控单向阀14进入滚摆马达18的左腔，第二两位三通电磁换向阀右位工作，液压油经第二电磁换向阀12进入第三液控单向阀14控制油口和第四液控单向阀15控制油口，滚摆马达18的右腔的液压油经第四液控单向阀15、第二三位四通比例换向阀13回到油箱1；当滚摆马达18逆时针旋转时，第二三位四通比例换向阀13左位工作，液压油经第二三位四通比例换向阀13、第四液控单向阀15进入滚摆马达18的右腔，第二电磁换向阀12左位工作，液压油经第二电磁换向阀12进入第三液控单向阀14控制油口和第四液控单向阀15控制油口，滚摆马达18的左腔的液压油经第三液控单向阀14、第二三位四通比例换向阀13回到油箱1；当滚摆马达18需要稳定在某个角度时，第二两位三通电磁换向阀中位工作，第二电磁换向阀12右位工作，第三液控单向阀14和第四液控单向阀15的控制油与油箱1相连，滚摆马达18的左腔和右腔处于封闭状态。

举升马达26部分工作原理：当举升马达26顺时针旋转时，变量泵3输出液压油经第三三位四通比例换向阀21、第五液控单向阀22进入举升马达26的左腔，第三两位三通电磁换向阀右位工作，液压油经第三电磁换向阀20进入第五液控单向阀22控制油口和第六液控单向阀23控制油口，举升马达26的右腔的液压油经第六液控单向阀23、第三三位四通比例换向阀21回到油箱1；当举升马达26逆时针旋转时，第三三位四通比例换向阀21左位工作，液压油经第三三位四通比例换向阀21、第六液控单向阀23进入举升马达26的右腔，第三电磁换向阀20左位工作，液压油经第三电磁换向阀20进入第五液控单向阀22控制油口和第六液控单向阀23控制油口，举升马达26的左腔的液压油经第五液控单向阀22、第三三位四通比例换向阀21回到油箱1；当举升马达26需要稳定在某个角度时，第三两位三通电磁换向阀中位工作，第三电磁换向阀20右位工作，第五液控单向阀22和第六液控单向阀23的控制油与油箱1相连，举升马达26的左腔和右腔处于封闭状态。

第一回转马达34部分工作原理：当第一回转马达34顺时针旋转时，变量泵3输出液压油经第四三位四通比例换向阀29、第七液控单向阀30进入第一马达的左腔，第四两位三通电磁换向阀右位工作，液压油经第四电磁换向阀28进入第七液控单向阀30控制油口和第八液控单向阀31控制油口，第一回转马达34的右腔的液压油经第八液控单向阀31、第四三位四通比例换向阀29回到油箱1；当第一回转马达34逆时针旋转时，第四三位四通比例换向阀29左位工作，液压油经第四三位四通比例换向阀29、第八液控单向阀31进入第一回转马达34的右腔，第四电磁换向阀28左位工作，液压油经第四电磁换向阀28进入第七液控单向阀30控制油口和第八液控单向阀31控制油口，第一回转马达34的左腔的液压油经第七液控单向阀30、第四三位四通比例换向阀29回到油箱1；当第一回转马达34需要稳定在某个角度时，第四两位三通电磁换向阀中位工作，第四电磁换向阀28右位工作，第七液控单向阀30和第八液控单向阀31的控制油与油箱1相连，第一马达的左腔和右腔处于封闭状态。

第二回转马达42部分工作原理：当第二回转马达42顺时针旋转时，变量泵3输出液压油经第五三位四通比例换向阀37、第九液控单向阀38进入第二回转马达42的左腔，第五两位三通电磁换向阀右位工作，液压油经第五电磁换向阀36进入第九液控单向阀38控制油口和第十液控单向阀39控制油口，第二回转马达42的右腔的液压油经第十液控单向阀39、第五三位四通比例换向阀37回到油箱1；当第二回转马达42逆时针旋转时，第五三位四通比例换向阀37左位工作，液压油经第五三位四通比例换向阀37、第十液控单向阀39进入第二回转马达42的右腔，第五电磁换向阀36左位工作，液压油经第五电磁换向阀36进入第九液控单向阀38控制油口和第十液控单向阀39控制油口，第二回转马达42的左腔的液压油经第九液控单向阀38、第五三位四通比例换向阀37回到油箱1；当第二回转马达42需要稳定在某个角度时，第五两位三通电磁换向阀中位工作，第五电磁换向阀36右位工作，第九液控单向阀38和第十液控单向阀39的控制油与油箱1相连，第二回转马达42的左腔和右腔处于封闭状态。

机械臂旋转运动的智能抗扰控制方法如图3所示。

1)PLC控制器接收启动***的指令，启动液压***中的变量泵3，为机械臂旋转运动的液压驱动部份提供油源。

2)数据采集与处理：设置平摆马达的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第一压力传感器8、第二压力传感器9、第一转速传感器11的信号；同理，设置滚摆马达18的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第三压力传感器16、第四压力传感器17、第二转速传感器19的信号；设置举升马达26的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第五压力传感器24、第六压力传感器25、第三转速传感器27的信号；设置第一回转马达34的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第七压力传感器32、第八压力传感器33、第四转速传感器35的信号；同理，设置第二回转马达42的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第九压力传感器40、第十压力传感器41、第五转速传感器43的信号，对上述采集的信号进行数据清洗和数据预处理。

3)旋转预控制器设计：将指令信号和采集的信号输入到ADRC控制器，通过微分处理器TD，扩张状态观测器ESO以及非线性反馈控制器NSLEF中，获得以各个马达旋转方向和转速为控制目标的非线性控制器。

4)快速学习模型训练

然后将控制器参数数据分为两部分，其中80％的处理数据作为训练样本，20％的处理数据作为测试样本，将训练样本数据输入到如式(1)-(8)所示的快速学习FastLearning Network(FLN)中，对模型进行训练，具体过程如下。

对于N个训练样本{x_i,t_i}，i＝1,2,...,N，其中

是样本i的输入值，其为n维的向量；

为样本i的输出值，即训练的监督值，其为l维的向量。如果隐含层神经元个数为m，则输入权值Wⁱⁿ为m×n维矩阵，隐层阈值B为m维向量，输出层阈值c为l维向量，隐含层与输出层之间的权值矩阵W^oh是l×m维矩阵，输入层与输出层之间的权值矩阵W^oi是l×n维矩阵。

根据FLN的结构，对于一个样本j，FLN的每一个输出神经元的输出计算公式为

式中f(·)——输出层神经元激励函数；

c_i——输出层第i个神经元的阈值；

g(·)——隐含层神经元激励函数；

b_k——隐含层第k个神经元的阈值。

将多个神经元输出合并为向量，则式(1)可简化为

式中c——输出层阈值

——隐含层第k个神经元隐含层与输出层之间的权值矩阵

——隐含层第k个神经元的输入权值

针对所有训练样本，将所有样本的表达式合并为矩阵，则公式(2)可转化为矩阵方程：

W^out＝[W^oi W^oh c]_l×(n+m+1) (5)

I＝[1 1 … 1]_1×N (7)

式中W^out——输出权值组合矩阵，W^out＝[W^oi W^oh c]；

G——隐含层输出矩阵；

X——样本的输入值。

由于输出层激活函数f(·)通常取线性函数，输出层神经元偏置可以省略，简化后的输出神经元计算方程为

5)模型准确性的验证

将测试数据输入到上述训练后的模型中，控制第一三位四通比例换向阀5、第二三位四通比例换向阀13、第三三位四通比例换向阀21、第四三位四通比例换向阀29、第五三位四通比例换向阀37的阀口开度，分别观察平摆马达10、滚摆马达18、举升马达26、第一回转马达34以及第二回转马达42的运动情况，是否按照设置的要求进行运动。

本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种机械臂旋转运动的全液压驱动***的智能控制方法，其中包括全液压驱动***，其特征在于：全液压驱动***主要由液压驱动模块和电气控制模块组成；

电气控制模块包含第一A/D模块、第一D/A模块、第一信号调理模块、工控机、显示器、第二A/D模块、第二 D/A模块、第二信号调理模块、PLC控制器；

液压驱动模块由泵站、平摆马达模块、滚摆马达模块、举升马达模块、第一回转马达模块、第二回转马达模块组成；其中，泵站主要包含电动机、变量泵；平摆马达模块包含第一电磁换向阀、第一三位四通比例方向阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、平摆马达、第一转速传感器；滚摆马达模块包含第二电磁换向阀、第二三位四通比例方向阀、第三液控单向阀、第四液控单向阀、第三压力传感器、第四压力传感器、滚摆马达、第二转速传感器；举升马达模块包含第三电磁换向阀、第三三位四通比例方向阀、第五液控单向阀、第六液控单向阀、第五压力传感器、第六压力传感器、举升马达、第三转速传感器；第一回转马达模块包含第四电磁换向阀、第四三位四通比例方向阀、第七液控单向阀、第八液控单向阀、第七压力传感器、第八压力传感器、第一回转马达、第四转速传感器；第二回转马达模块包含第五电磁换向阀、第五三位四通比例方向阀、第九液控单向阀、第十液控单向阀、第九压力传感器、第十压力传感器、第二回转马达、第五转速传感器；各个模块并联连接，互不干扰；

所述电气控制模块的线缆接线盒与第一A/D模块、第一信号调理模块相连，第一D/A模块、第一信号调理模块与工控机相连，工控机与显示器相连；液压***泵站与第二A/D模块、第二信号调理模块相连，第二D/A模块、第二信号调理模块与PLC控制器相连，PLC控制器与工控机进行通讯；

所述液压驱动模块的变量泵与电动机同轴相连；变量泵出油口分别与第一电磁换向阀、第一三位四通比例换向阀、第二电磁换向阀、第二三位四通比例换向阀、第三电磁换向阀、第三三位四通比例换向阀、第四电磁换向阀、第四三位四通比例换向阀、第六三位四通比例换向阀、第六电磁换向阀、第七三位四通比例换向阀的进油口相连，变量泵的吸油口与油箱相连，第一电磁换向阀、第一三位四通比例换向阀、第二电磁换向阀、第二三位四通比例换向阀、第三电磁换向阀、第三三位四通比例换向阀、第四电磁换向阀、第四三位四通比例换向阀、第五电磁换向阀、第六三位四通比例换向阀、第六电磁换向阀、第七电磁换向阀的回油口与油箱相连；变量泵的吸油口与油箱相连，第一电磁换向阀的出油口与第一液控单向阀的控制油口和第一液控单向阀的控制油口相连，第一三位四通比例换向阀的出油口A与第一液控单向阀的进油口相连，第一三位四通比例换向阀的出油口B与第二液控单向阀的进油口相连，第一液控单向阀的出油口与第一压力传感器和平摆马达的左腔相连，第二液控单向阀的出油口与第二压力传感器和平摆马达的右腔相连，第一转速传感器安装在平摆马达的输出轴上；第二两位三通电磁换向阀的出油口与第三液控单向阀的控制油口和第四液控单向阀的控制油口相连，第二三位四通比例换向阀的出油口A与第三液控单向阀的进油口相连，第二三位四通比例换向阀的出油口B与第四液控单向阀的进油口相连，第三液控单向阀的出油口与第三压力传感器和滚摆马达的左腔相连，第四液控单向阀的出油口与第四压力传感器和滚摆马达的右腔相连，第二转速传感器安装在滚摆马达的输出轴上；第三电磁换向阀的出油口与第五液控单向阀的控制油口和第六液控单向阀的控制油口相连，第三三位四通比例换向阀的出油口A与第五液控单向阀的进油口相连，第三三位四通比例换向阀的出油口B与第六液控单向阀的进油口相连，第五液控单向阀的出油口与第五压力传感器和举升马达的左腔相连，第六液控单向阀的出油口与第六压力传感器和举升马达的右腔相连，第三转速传感器安装在举升马达的输出轴上；第四电磁换向阀的出油口和第七液控单向阀的控制油口和第八液控单向阀的控制油口相连，第四三位四通比例换向阀的出油口A与第七液控单向阀的进油口相连，第四三位四通比例换向阀的出油口B与第八液控单向阀的进油口相连，第七液控单向阀的出油口与第七压力传感器和第一回转马达的左腔相连，第八液控单向阀的出油口与第八压力传感器和第一回转马达的右腔相连，第四转速传感器安装在第一回转马达的输出轴上；第五电磁换向阀的出油口和第九液控单向阀的控制油口和第十液控单向阀的控制油口相连，第五三位四通比例换向阀的出油口A与第九液控单向阀的进油口相连，第五三位四通比例换向阀的出油口B与第十液控单向阀的进油口相连，第九液控单向阀的出油口与第十压力传感器和第二回转马达的左腔相连，第十液控单向阀的出油口与第十一压力传感器和第二回转马达的右腔相连，第五转速传感器安装在第二回转马达的输出轴上；

该智能控制方法包括以下步骤：

1）PLC控制器接收启动***的指令，启动液压***中的变量泵，为机械臂旋转运动的液压驱动部份提供油源；

2）数据采集与处理：设置平摆马达的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第一压力传感器、第二压力传感器、第一转速传感器的信号；同理，设置滚摆马达的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第三压力传感器、第四压力传感器、第二转速传感器信号；设置举升马达的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第五压力传感器、第六压力传感器、第三转速传感器的信号；设置第一回转马达的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第七压力传感器、第八压力传感器、第四转速传感器的信号；同理，设置第二回转马达的旋转方向和速度，并反复进行多次运动，工控机采集第九压力传感器、第十压力传感器、第五转速传感器的信号，对上述采集的信号进行数据清洗和数据预处理；

3）旋转预控制器设计：将指令信号和采集的信号输入到ADRC控制器，通过微分处理器TD，扩张状态观测器ESO以及非线性反馈控制器NSLEF，获得以各个马达旋转方向和转速为控制目标的非线性控制器；

4）快速学习模型训练

然后将控制器参数数据分为训练样本和测试样本，将训练样本数据输入到快速学习模型中，对模型进行训练；

5）模型准确性的验证

将测试数据输入到上述训练后的模型中，控制第一三位四通比例换向阀、第二三位四通比例换向阀、第三三位四通比例换向阀、第四三位四通比例换向阀、第五三位四通比例换向阀的阀口开度，分别观察平摆马达、滚摆马达、举升马达、第一回转马达以及第二回转马达的运动情况，是否按照设置的要求进行运动。

2.根据权利要求1所述的智能控制方法，其特征在于，将控制器参数数据分为两部分，其中80%的处理数据作为训练样本，20%的处理数据作为测试样本。

3.根据权利要求1所述智能控制方法的全液压驱动***，其特征在于，工控机通过线缆接线盒、第一A/D模块采集第一压力传感器、第二压力传感器、第一转速传感器的信号，并经过智能学***摆马达的旋转方向和速度的控制。

4.根据权利要求3所述的全液压驱动***，其特征在于，工控机通过线缆接线盒、第一A/D模块采集第三压力传感器、第四压力传感器、第二转速传感器的信号，工控机通过第一D/A模块、第一调理模块输出信号到第二三位四通比例换向阀和第二电磁换向阀，实现滚摆马达的旋转方向和速度的控制。

5.根据权利要求3所述的全液压驱动***，其特征在于，工控机通过线缆接线盒、第一A/D模块采集第五压力传感器、第六压力传感器、第三转速传感器的信号，工控机通过第一D/A模块、第一调理模块输出信号、线缆接线盒到第三三位四通比例换向阀和第三电磁换向阀，实现举升马达的旋转方向和速度的控制。

6.根据权利要求3所述的全液压驱动***，其特征在于，工控机通过线缆接线盒、第一A/D模块采集第七压力传感器、第八压力传感器、第四转速传感器的信号，工控机通过第一D/A模块、第一调理模块、线缆接线盒输出信号到第四三位四通比例换向阀和第四磁换向阀，实现第一回转马达的旋转方向和速度的控制。

7.根据权利要求3所述的全液压驱动***，其特征在于，工控机通过线缆接线盒、第一A/D模块采集第九压力传感器、第十压力传感器、第五转速传感器，工控机通过第一D/A模块、第一调理模块、线缆接线盒输出信号到第五三位四通比例换向阀和第五电磁换向阀，实现第二回转马达的旋转方向和速度的控制。

8.根据权利要求3所述的全液压驱动***，其特征在于，PLC控制器通过第二A/D模块、第二调理模块采集变量泵的转速、启停状态，以通讯的方式通过工控机在显示器中进行显示，以通讯的形式输入到PLC控制器，PLC控制器通过第二D/A模块和第二调理模块输出信号，控制电动机的转速和启停。

Images