基于电液比例控制的三轴操纵控制器的研制

发布时间：2020-04-21 18:55

【摘要】： 工程机械传统操控方法多采用集成的多路手动换向阀,通过各连杆杆件和软轴操纵机构,将要实现的一系列操纵功能分散在多个操纵杆上进行。该方法需要的操纵杆较多,操纵力大,很大程度上影响了作业质量和效率。采用多路电液比例换向阀和具有多自由度操控功能的操控器,可以实现单手多自由度的控制,实现对多个液压执行元件动作的集中比例控制,不仅大大减少了操纵杆的数量,提高了操纵性能,同时还可实现远距离操控,在一些特殊环境下能够有效地保护作业人员的安全。本论文旨在开发一种具有上述功能特点的三轴操纵控制器。该操控器可以通过手柄在三维空间不同方向上产生的位移量,经传感电路和信号处理电路输出三组与手柄位移成比例的模拟电压信号,经比例放大器对多路电液比例换向阀上的六个比例电磁铁进行控制,从而实现单手柄集中控制多个液压执行机构的动作。论文在对电液比例控制系统深入研究的基础上,以人机工程学为基本准则,提出一种三轴操纵杆设计方案及传感信号处理单元的设计方案。文中详细阐述了三轴操纵杆的机械结构组成原理、典型机构的设计方法、关键零部件的尺寸计算以及传感元件的选取和电路分析;应用CATIA和开目CAD软件分别设计了操纵杆的三维模型图和机械工程图,并且加工出了实物样机。信号处理单元硬件电路以单片机C8051F330为核心,进行了信号采集电路、单片机电路、信号处理放大电路及D/A转换电路的设计;软件部分用C51语言完成了主程序、A/D转换子程序、手柄中位标定、数据处理子程序及D/A转换子程序的设计。在调试中利用软件程序对手柄在各轴上动作的极限值进行了标定。经过整机调试和功能测试,表明本文提出的三轴操控器设计方案正确可行,其主要功能得以实现,输出信号满足设计要求;操控器在X、Y轴上的线性度较好,Z轴上的线性度经过软件修正,有了明显的改善。
【图文】：

方框图,电液比例控制系统,组成框图

一般电液比例控制系统, 由指令、电子信号处理及放大单元、电液比例控制单元(含机械转换器在内的比例阀、电液比例变量泵及变量马达) 、动力执行单元及动力源、工程负载及信号检测反馈处理单元所组成。其基本构成可归纳为图1.1所示的方框图[9]。图1.1 电液比例控制系统组成框图系统指令及放大器件包括指令输入单元、信号处理单元及转换放大单元，指令输入单元一般为操纵杆或电子编程器。信号处理单元接受人机对话指令或定值、程序指令，并接受反馈信号，一般具有信号比较、变换、运算、逻辑等处理功能。转换放大单元的功能是将指令信号按不同方式进行相互转换和线性放大，使放大后的功率足以驱动电－机械转换器件，同时它还必须具有良好的稳态和动态特性。电液比例控制单元主要由含电－机械转换器在内的比例阀和含液压转换及放大器

操纵杆,工程机械

通用性；这种多自由度集中操控器的应用不仅现多自由度机械手的远距离模拟操控，以及用于统，对多个执行机构实行集中控制。外发展状况先进的工程机械在制造上已基本完成机械的可靠高机械的舒适性、环保性、美观性及高新技术的也更加符合人机工程学原理，操纵已经完全采用纵力和行程，改善了人员的操纵性、舒适性和数都采用了电液比例控制。各种用于比例控制的术已比较成熟，推出了一系列单轴、双轴多向操 TECNORD 公司 JMF 型操纵杆[15]，，利用一个手关阀进行有效控制。该手柄在 X 轴和 Y 轴方向
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH137

【引证文献】