(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211232843.5 (22)申请日 2022.10.10 (71)申请人 陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司 地址 719300 陕西省榆林市神木 县孙家岔 镇柠条塔 村 申请人 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 　 中煤科工 机器人科技有限公司 (72)发明人 王树斌　习晓　苗鑫　李驰　 鲍东旭　王新铭　敖东启　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 李珉 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 9/20(2006.01) (54)发明名称 矿用多关节重载液压机械臂的电液控制系 统及方法 (57)摘要 本发明提供一种矿用多关节重载液压机械 臂的电液控制系统及方法， 所述系统包括液压系 统和电控系统， 根据获取的抓取物图像， 计算抓 取物的空间位置坐标， 同时根据空间位置坐标计 算机械臂各个关节角度， 并进行路径规划， 将路 径规划的目标值传递给控制器， 通过本安遥控器 向机械臂传 送运动指令。 采用隔爆比例液压阀控 制机械臂的各个 关节运动， 采用本安编码器检测 机械臂各个关节的运动角度， 并反馈给控制器进 行闭环控制， 实现了机械臂的闭环控制， 提高了 控制精度的同时， 也实现了机械臂的自动化控 制。 简易了操作流程， 提高了工作效率， 降低了工 人的劳动强度。 权利要求书2页 说明书9页 附图5页 CN 115488891 A 2022.12.20 CN 115488891 A 1.一种矿用多关节重载液压机械臂的电液控制系统， 其特征在于， 包括液压系统和电 控系统， 所述液压系统包括m个旋转油缸、 k个液压油缸、 n个平衡阀、 n个矿用隔爆比例液压 阀、 n个梭阀、 n个液控减压阀、 n个过滤器、 1个单向阀、 1个比例减压阀、 1个液压泵、 1个矿用 本安压力 传感器； 所述液压油缸和旋转油缸均连接一个平衡阀， 防止液压缸失控， 每个平衡 阀与矿用隔爆比例液压阀相连， 用于控制液压油缸的伸出、 缩回速度， 每个矿用隔爆比例液 压阀的出口都有一个梭阀， 进口有一个液控减压阀， 液控减压阀的控制油路与梭阀相连， 每 个矿用隔爆比例液压阀的液控进油口均接有一个过滤器， 保证进入到矿用隔爆比例液压阀 控制液压油的清洁度； 液控减压阀的进油口与单向阀连接， 防止液压油反向流入液压泵的 出口， 单向阀与液压泵的出口相连， 液压泵的出口接有溢流阀， 通过本安压力 传感器检测液 压泵的出口压力， 并通过比例减压阀实现调节。 2.根据权利要求1所述的一种矿用多关节重载液压机械臂的电液控制系统， 其特征在 于， 所述电控系统包括工控机、 控制器、 接触器、 断路器、 电源模块、 隔离式安全栅、 本安电源 模块、 路由器、 本安无线路由器、 本安遥控器、 本安触摸屏、 本安摄像机、 本安编码器以及远 程工控机； 所述工控机、 控制器和本安遥控器的接收器通过路由器进 行以太网通讯， 本安摄 像机、 本安无线路由器、 本安触摸屏通过隔离式安全栅与路由器进行以太网通讯。 3.根据权利要求1所述的一种矿用多关节重载液压机械臂的电液控制系统， 其特征在 于， 所述液压系统还包括液压油箱、 2个本安液位传感器、 本安 温度传感器、 温度显示仪表、 2 个可视液位仪表、 2个空气滤清器、 8 个手动阀、 3个单向阀； 本安液位传感器用于检测液压油 箱内液压油的油位， 本安温度传感器用于检测液压油箱内的液压油温度。 4.根据权利要求1所述的一种矿用多关节重载液压机械臂的电液控制系统， 其特征在 于， 所述平衡阀、 矿用隔爆比例液压阀、 梭阀、 液控减压阀、 过滤器的个数n为6个， 旋转油缸 的个数m为3个， 液压油缸的个数k 为3个， n、 m、 k的关系为m+k ＝n。 5.根据权利要求1所述的一种矿用多关节重载液压机械臂的电液控制系统， 其特征在 于， 所述本安编码器为单圈绝对值式编码器， 所述液压泵为负载 敏感变量泵。 6.根据权利要求1所述的一种矿用多关节重载液压机械臂的电液控制系统， 其特征在 于， 所述本安摄 像机为深度相机， 所述控制器为PLC控制器。 7.一种矿用多关节重载液压机械臂的电液控制方法， 基于权利要求1～6任意一项所述 的一种矿用多关节重载 液压机械臂的电液控制系统实现， 其特 征在于， 所述方法包括： P1、 通过本安摄像机识别机械臂抓手需要达到的目标空间位置， 将该目标空间位置坐 标传递给工控机； P2、 根据位置坐标， 工控机使用机器人运动学求解器IKFast求解器求解机械臂各关节 的逆解， 并进行路径规划， 将路径规划后的目标值Pseti传递给控制器； P3、 控制器计算目标值Pseti与编码器返回的关节角度值f( θi)的偏差ei， 采用离散PID 位置控制， 计算出控制执 行器的比例电磁阀开度的PWM信号； P4、 比例电磁 阀的开度大小决定油缸或者旋转油缸的速度， 进而控制油缸或者旋转油 缸的位置θi； P5、 编码器实时监控油缸的实际位置， 将油缸的实际位置变换为各个关节的实际角度f ( θi)； P6、 控制器 计算出偏差ei， 当|ei|< δ 时， 执 行结束， 否则返回执 行步骤P3， δ 为 误差范围。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115488891 A 28.根据权利要求7所述的一种矿用多关节重载液压机械臂的电液控制方法， 其特征在 于， 所述方法还 包括操作模式设置， 具体表述 为： 遥控器操作模式S3、 本地触摸屏操作模式S4、 远程操作模式S5； 在本地触摸屏操作模式 S4或者远程操作模式S5下， 可以选择手动控制液压臂模式S4.1或自动控制液压臂模式 S4.2； 在自动控制液压臂模式S4.2下， 可以选择人工输入目标位置模式S4.2.1或视觉确定 目标位置模式S4.2.2； 遥控器操作模式S3： 人工操作遥控器， 遥控控制各个隔爆比例电磁阀的开度， 进而控制液压油 缸的长度和 旋转油缸的旋转 位置； 手动控制液压臂模式S4.1： 通过触摸屏上的按键手动操作液压臂， 触摸屏通过以太网路由器与控制器相连， 控制 器根据控制指 令控制各个隔爆比例电磁阀的开度， 进而控制液压油缸的长度和旋转油缸的 旋转位置； 人工输入目标位置模式S4.2.1： 人工在触摸屏上输入目标的空间位置坐标信息， 通过IKFast求解机械臂的逆解， 计算 出机械臂各个关节的旋转角度， 并进行路径规划， 将路径规划的结果传递给控制器； 视觉确定目标位置模式S4.2.2： 执 行步骤P1～P6 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115488891 A 3