论文总字数：24618字

摘 要

关键词：伺服阀；机构设计；伺服控制

Development of robot hydraulic servo valve

02012126 Yai Sai-sai

Supervised by LuoXiang

Abstract:The research of this topic is to design the hydraulic control valve of the swing hydraulic cylinder, which is based on the existing robot hydraulic drive joint -- swing hydraulic cylinder. The hydraulic control valve designed in this paper can not only control the direction of the swing of the hydraulic cylinder, but also can control the speed of the swing angle. Hydraulic cylinder swing direction and about two cavity in and out of the oil related, angular velocity and inlet flow, i.e., the control valve need to control the hydraulic cylinder two chamber oil inlet and outlet and inlet and outlet oil flow, the control valve is a kind of servo valve. The main task of this paper is to complete the structure design and manufacture of the servo valve, the drive mechanism and the drive mechanism selection and design, the control system software and hardware design. Was first carried out in this paper investigation and study of the servo valve, according to the actual situation at present most of the servo valve has complicated structure, difficult processing, high cost, from the servo valve control hydraulic cylinder flow is the most fundamental principle of control (control spool displacement and control valve opening degree) of design relatively simple structure of the servo valve structure, and adopts the servo motor drives the ball screw and servo valve core motion servo control system, the rationality of the system was analyzed. Then the key parts of the servo valve spool and valve cover of the processing technology and methods to do the research, and carried out in kind production. In addition, the design of the control system is carried out. Finally, the hardware and software design of the control system is designed according to the requirements of the actual control.

Key words: servo valve; mechanism design; servo control

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3论文研究内容及意义 2

1.4论文组织结构 3

第二章 伺服阀结构设计 4

2.1 引言 4

2.2伺服阀常见结构及原理 4

2.2.1 伺服阀的分类 4

2.2.2 伺服阀的常见结构及原理 4

2.3伺服阀结构设计 5

2.4 机构合理性分析 9

第三章 伺服阀加工工艺与方法 10

3.1 引言 10

3.2 阀芯加工工艺与方法 10

3.3 阀套加工工艺与方法 11

3.4 阀芯与阀套配磨加工工艺与方法 12

第四章 系统传动机构与驱动机构选择与设计 13

4.1 引言 13

4.2 滑阀液压力分析 13

4.2.1 液动力 13

4.2.2 卡紧力 15

4.3 传动机构设计 17

4.3.1 传动机构选择 17

4.3.2 传动机构具体设计 17

4.4 驱动机构设计 18

4.4.1 驱动机构选择 18

4.4.2 电机选型计算 18

第五章 控制系统软硬件设计 20

5.1 引言 20

5.2 控制系统介绍 20

5.2.1 控制系统各组成部分介绍 20

5.2.2 控制系统框架 22

5.3 控制系统软硬件设计 24

5.3.1 控制系统硬件 24

5.3.2 控制系统软件 27

第六章 总结与展望 31

6.1 总结 31

6.2 展望 31

致谢 32

参考文献 33

机器人液压关节伺服阀研制

第一章 绪论

1.1研究背景

对于机器人的驱动来说，常见形式有气压、电气以及液压驱动等。液压驱动的优点是：液压驱动能够用较小的体积获得较大的驱动；可以把摆动液压缸与液压关节做成一体，使得结构更加紧凑；液压驱动润滑性能好、寿命长等优点而使得液压驱动方式逐渐被机器人驱动关节所采用。

对于机器人旋转关节的液压驱动装置，采用的是能在一定角度内旋转的摆动液压缸，为了满足液压缸的驱动要求，需要控制液压缸的摆动方向与摆动角速度。摆动液压缸有两个工作腔，一个腔进油，另一个腔回油，即可实现摆动。同时进油与回油的流量决定了液压缸的摆动角速度。而对于控制液压缸两个腔的进油和回油，以及进油和回油的流量，则需要液压控制阀来实现。为了满足这种控制要求，伺服阀应运而生。目前所说的伺服阀主要是电液伺服阀,它接收的为模拟信号，输出形式为压力和流量。所以一般也可把伺服阀分为流量控制伺服阀以及压力控制伺服阀。随着电液伺服阀技术的不断成熟和发展，电液伺服阀已经得到了广泛地应用。它具有体积小，结构紧凑，控制精度高以及动态性能好等优点[^[1]]。

1.2国内外研究现状

目前国内外对电液伺服阀的研究主要在伺服阀结构方面的改进、伺服阀核心部件加工工艺的改进以及材料的更替。

在伺服阀结构改进方面，目前主要是采用冗余技术。由于伺服阀是伺服系统的核心元件, 伺服阀性能的优劣直接代表着伺服系统的水平。另外, 从可靠性角度分析, 伺服阀的可靠性是伺服系统中最重要的一环。当伺服阀被污染后，会在很大程度上导致其失效。为了解决这个问题，国外的许多伺服阀制造商改进了伺服阀结构，已经设计出了可以更好抗污染的射流管式、偏导射流式伺服阀。并且，俄罗斯伺服阀制造商还将双冗余位置传感器添加在了伺服阀阀芯两端，可以用来检测阀芯位置。一旦出现故障信号可立即切换备用伺服阀，大大提高了系统的可靠性 [^[2]]。

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