数字液压悬臂掘进机器人

技术原理：

在悬臂式巷道掘进机中，工作机构液压缸的驱动大多采用的是阀控缸方式，即：油泵从油箱给系统回路供油，再通过调节各种阀来控制液压油的流向和流量达到控制液压缸运动方向和位移大小的目的，以此带动工作机构的运动。

采用普通液压缸，由于悬臂式掘进机升降油缸是一对同步油缸（这2个油缸运动方向和行程大小均相同），水平回转油缸也是一对对称布置的油缸（行程大小是相同的，只是2个油缸的运动方向不同，一个伸长时，则另外一个相应缩短），因此还需要考虑同步控制，可以再在控制系统中增设2个控制器，使2个控制器成为一组，共有2组控制器，分别控制悬臂式掘进机工作机构的一对升降油缸和一对水平回转油缸。系统在工作时，首先由主控计算机根据给定的断面形状和具体尺寸，根据整个断面截割过程中各个工作油缸的所需行程数据，依次送入相应的控制器，经过数/模转换后送给伺服放大器、伺服阀，最后转换成相应的液压油流量推动油缸工作，油缸的位移通过位移传感器并经过模/数转换后送给主控计算机，完成闭环控制。

采用数字液压缸，则系统控制方案如图所示。同普通液压缸电液伺服控制方案类似，在一对升降油缸中，可以只替换其中一个，另外一个普通液压缸作为随动缸，接受同一个控制器的控制；一对水平回转油缸也可以使用相同的方法，只需将其中一只替换为数字液压缸，将其进油口与另外一只普通缸的回油口相联，回油口则相应与另外一只普通缸的进油口相联，实现联动。

数字缸受电脉冲精确控制，其运行的速度与电脉冲频率对应，位移量与电脉冲数量对应，控制电脑给各个数字缸送出电脉冲，即可精确控制各个数字缸的运动特性，数字缸带动截割臂升降、回转以及铲板协同运动，即可完成对作业面的截割。

数字马达受电脉冲精确控制，其运行的速度与电脉冲频率对应，位移量与电脉冲数量对应，控制电脑给各个数字马达送出电脉冲，即可精确控制各个数字马达的运动特性，数字马达带走行履带，即可完成直线、曲线等行走。

数字可编程功率泵，是亿美博为移动装备高效节能运作开发的最新高端产品。该泵与传统负载敏感泵不同，负载敏感泵采用负反馈检测调节方式，满足工作装置的节能运作。但涉及敏感部件和调节环节的精度、响应等因素，无法实现既高效又节能的装置运作，往往在实际使用中二者选择其一作为优先。数字可编程功率泵则是通过数字化主动前馈方式建立泵的流量输出，精准的配合数字液压系统的流量、压力需求，做到既满足运动装置的高效率运作，同时又实现最优化节能效果。数字可编程功率泵让工程机械、机器人等移动装备，实现高效、节能、绿色工作。

这一控制方案的优点在于：系统由闭环控制变为了开环控制，由原来的跟随控制改变成为主动控制，和传统的伺服控制相比较，采用数字缸控制更容易实现悬臂式巷道掘进机整个工作机构的程序控制，只需要在上位计算机中计算出控制所需要的参数列表，再依次将转换后的脉冲信号送入相应的控制器，就可以达到精确控制液压缸行程，从而达到提高巷道断面成形质量的目的；把传统的伺服控制中复杂的阀口控制技术彻底地改变为直接给定的数字控制，而且系统复杂度大大降低。这是因为数字液压缸本身具有位置闭环，因而将原先的传统单闭环系统变为了常数系统，省掉了一个调整环节，并且避免了传统伺服控制中存在的响应滞后问题。由于数字液压缸集成化程度较高，外形和普通液压缸没有多少差别，从外观来看只有进油口，回油口和控制电缆接口，只需要接通恒压液压油源，不需要外接任何传感器和其他液压元件，就可以直接接受控制器发出的脉冲信号而可靠工作，脉冲频率代表速度，脉冲总数代表液压缸的行程。控制器可以使用专门的数字液压缸控制器，也可以使用普通的PLC控制器或者单片机、DSP等。因此，在悬臂掘进机工作中，可以采用基于数字液压缸的行程控制方案。