一种约束装置的气动控制装置.pdf

1、10申请公布号CN104141640A43申请公布日20141112CN104141640A21申请号201410344082122申请日20140718F15B1/04200601F15B13/02200601F15B11/02820060171申请人燕山大学地址066004河北省秦皇岛市海港区河北大街西段438号72发明人郭锐赵静一范亮贞74专利代理机构石家庄一诚知识产权事务所13116代理人续京沙54发明名称一种约束装置的气动控制装置57摘要本发明涉及一种约束装置的气动控制装置，它包括气源模块、回路控制模块、蓄能器模块和马达输出模块；所述的气源模块包括气压发生装置和第一截止阀；所述的回路

2、控制模块包括单向阀、第一压力继电器、第二电磁换向阀、第二压力继电器、第二溢流阀和第三电磁换向阀；所述的蓄能器模块包括蓄能器、第一溢流阀、第二截止阀和第一电磁换向阀，所述的马达输出模块包括马达，马达与约束装置同轴连接。本发明由蓄能器提供高压气体，减小了气压发生装置的压力脉动、降低了噪音，使系统工作平稳。由蓄能器和马达同时工作，控制精度高，传动效率高，传动可靠性高，结构简单，操作方便。本发明既可采用电磁控制方式，又可采用手动控制方式。51INTCL权利要求书1页说明书6页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图4页10申请公布号CN104141640AC

3、N104141640A1/1页21一种约束装置的气动控制装置，其特征在于该装置包括气源模块、回路控制模块、蓄能器模块和马达输出模块；所述的气源模块包括气压发生装置1和第一截止阀2；所述的回路控制模块包括单向阀3、第一压力继电器4、第二电磁换向阀9、第二压力继电器10、第二溢流阀12和第三电磁换向阀13，单向阀3通过第二电磁换向阀9连接马达输出模块中马达11的进油口，马达11的出油口通过第二溢流阀12和第三电磁换向阀13通至外界大气，第一压力继电器4连接在单向阀3和第二电磁换向阀9之间，第二压力电继电器10连接在第二电磁换向阀9和马达11之间；所述的蓄能器模块包括蓄能器5、第一溢流阀6、第二截止

4、阀7和第一电磁换向阀8，第一电磁换向阀8依次连接第二截止阀7、第一溢流阀6和蓄能器5，然后连接到回路控制模块中单向阀3和第二电磁换向阀9之间；所述的马达输出模块包括马达11，马达11与约束装置同轴连接，马达11的进油口连接第二电磁换向阀9，其出油口通过第二溢流阀12连接第三电磁换向阀13。2一种约束装置的气动控制装置，其特征在于该装置包括气源模块、回路控制模块、蓄能器模块和马达输出模块；所述的气源模块包括气压发生装置21和第一截止阀22；所述的回路控制模块包括单向阀23、第一压力表24、第一手动换向阀28、第二压力表29、第二溢流阀31和第二手动换向阀32，单向阀23通过第一手动换向阀28连接

5、马达输出模块中马达30的进油口，马达30的出油口通过第二溢流阀31和第二手动换向阀32通至外界大气，第一压力表24连接在单向阀23和第一手动换向阀28之间，第二压力表29连接在第一手动换向阀28和马达30之间；所述的蓄能器模块包括蓄能器25、第一溢流阀26和第二截止阀27，第二截止阀27依次连接第一溢流阀26和蓄能器25，然后连接到回路控制模块中单向阀23和第一手动换向阀28之间；所述的马达输出模块包括马达30，马达30与约束装置同轴连接，马达30的进油口连接第一手动换向阀28，其出油口通过第二溢流阀31连接第二手动换向阀32。权利要求书CN104141640A1/6页3一种约束装置的气动控制

6、装置技术领域0001本发明属于电、气一体化动力传动控制装置领域，尤其涉及一种约束装置的气动控制装置。背景技术0002现有的约束装置大都是人工手动操作，依靠机械结构刚性或柔性锁紧，如直接用绳索捆绑精神病人。该类装置存在的缺点是约束力大小不易控制，可靠性不高，耗费人力，且容易对被约束对象产生物理损伤，如勒伤人体皮肤，造成血液循环异常。发明内容0003本发明克服了现有技术中的缺点，提供一种约束装置的气动控制装置，该装置是由蓄能器供压、压力继电器控制换向阀，从而完成系统工作要求的电气一体化控制装置，其可实现对一些特殊病人和对受力有特殊要求的易损伤物体的恒力约束。0004为了解决上述存在的技术问题，本发

7、明是通过以下技术方案实现的0005本发明可采用电磁控制方式控制，也可采用手动控制方式控制。0006当采用电磁控制方式控制时有方案一0007一种约束装置的气动控制装置，包括气源模块、回路控制模块、蓄能器模块和马达输出模块；0008所述的气源模块包括气压发生装置1和第一截止阀2；0009所述的回路控制模块包括单向阀3、第一压力继电器4、第二电磁换向阀9、第二压力继电器10、第二溢流阀12和第三电磁换向阀13，单向阀3通过第二电磁换向阀9连接马达输出模块中马达11的进油口，马达11的出油口通过第二溢流阀12和第三电磁换向阀13通至外界大气，第一压力继电器4连接在单向阀3和第二电磁换向阀9之间，第二压

8、力电继电器10连接在第二电磁换向阀9和马达11之间；0010所述的蓄能器模块包括蓄能器5、第一溢流阀6、第二截止阀7和第一电磁换向阀8，第一电磁换向阀8依次连接第二截止阀7、第一溢流阀6和蓄能器5，然后连接到回路控制模块中单向阀3和第二电磁换向阀9之间；0011所述的马达输出模块包括马达11，马达11与约束装置同轴连接，马达11的进油口连接第二电磁换向阀9，其出油口通过第二溢流阀12连接第三电磁换向阀13。0012本发明方案一的工作过程是0013通过气压发生装置的启停来控制气压发生装置向蓄能器5充气；由第二压力继电器10实时监控马达11入口处压力，通过第二电磁换向阀9的通断来控制蓄能器5向马达

9、11提供高压气体。马达11的输出轴接约束装置，约束被控对象的运动。第二溢流阀12接在马达11的出口处作为背压阀使用，给马达11提供一定背压；第三电磁换向阀13在系统停止工作时使马达11卸荷，第二截止阀7和第一电磁换向阀8在系统需要时可使蓄能器5泄压。说明书CN104141640A2/6页40014本发明方案一由蓄能器5提供稳定压力，而蓄能器5由气压发生装置提供气压能源。当蓄能器5的压力低于最低调定压力时，第一压力继电器4发出电信号，气压发生装置向蓄能器5充气；当蓄能器5压力上升到最高调定压力时，第一压力继电器4发出电信号，气压发生装置停止向蓄能器5充气，从而蓄能器5压力维持在系统要求的调定压力

10、范围内。单向阀3防止系统气压冲击气压发生装置。0015系统工作时，第二压力继电器10实时监控马达11入口处压力，通过控制第二电磁换向阀9的通断使马达11入口处的压力维持在马达11调定压力范围。当马达11入口处压力低于调定压力范围时，第二压力继电器10发出电信号，蓄能器5向马达11充压；当马达11入口处压力达到最高调定压力时，第二压力继电器10发出电信号，蓄能器5停止向马达11充压，从而马达11入口处压力维持在调定压力范围内。第二溢流阀12作为背压阀使用，使马达11出口处维持一定背压，马达11两端维持一定的压差，从而使约束装置在恒力作用下张紧，将被约束对象在恒力作用下约束住，同时也使马达11运转

11、平稳。0016在系统停止工作时，第三电磁换向阀13得电使马达11卸荷，第一截止阀2关闭从而切断气源。当需要使蓄能器5泄压时，如系统长时间不工作或系统维修时，第一电磁换向阀8得电或打开第二截止阀7使蓄能器5泄压。0017当采用手动控制方式控制时有方案二0018一种约束装置的气动控制装置，包括气源模块、回路控制模块、蓄能器模块和马达输出模块；0019所述的气源模块包括气压发生装置21和第一截止阀22；0020所述的回路控制模块包括单向阀23、第一压力表24、第一手动换向阀28、第二压力表29、第二溢流阀31和第二手动换向阀32，单向阀23通过第一手动换向阀28连接马达输出模块中马达30的进油口，马

12、达30的出油口通过第二溢流阀31和第二手动换向阀32通至外界大气，第一压力表24连接在单向阀23和第一手动换向阀28之间，第二压力表29连接在第一手动换向阀28和马达30之间；0021所述的蓄能器模块包括蓄能器25、第一溢流阀26和第二截止阀27，第二截止阀27依次连接第一溢流阀26和蓄能器25，然后连接到回路控制模块中单向阀23和第一手动换向阀28之间；0022所述的马达输出模块包括马达30，马达30与约束装置同轴连接，马达30的进油口连接第一手动换向阀28，其出油口通过第二溢流阀31连接第二手动换向阀32。0023本发明方案二的工作过程是0024通过气压发生装置的启停来控制气压发生装置向蓄

13、能器25充气；通过观测第二压力表29的压力值来监控马达30入口处压力，通过第一手动换向阀28的通断来控制蓄能器25向马达30提供高压气体。马达30的输出轴接约束装置，约束被控对象的运动。第二溢流阀31接在马达30的出口处作为背压阀使用，给马达30提供一定背压；第二手动换向阀32在系统停止工作时使马达30卸荷，第二截止阀27在系统需要时可使蓄能器25泄压。0025本发明方案二由蓄能器25提供稳定压力，而蓄能器25由气压发生装置提供气压能源。通过观测第一压力表24的压力值，当蓄能器25的压力低于最低调定压力时，手动控制启动气压发生装置向蓄能器25充气；当蓄能器25压力上升到最高调定压力时，手动停止

14、气压发生装置向蓄能器25充气，从而蓄能器25压力维持在系统要求的调定压力范围内。说明书CN104141640A3/6页5单向阀23防止系统气压冲击气压发生装置。0026系统工作时，通过观测第二压力表29的压力值实时监控马达30入口处压力，通过手动控制第一手动换向阀28的通断使马达30入口处的压力维持在马达30调定压力范围。当通过第二压力表29观测到马达30入口处压力低于调定压力范围时，手动控制第一手动换向阀28使其接通，则蓄能器25向马达30充压；当马达30入口处压力达到最高调定压力时，手动断开第一手动换向阀28，则蓄能器25停止向马达30充压，从而马达30入口处压力维持在调定压力范围内。第二

15、溢流阀31作为背压阀使用，使马达30出口处维持一定背压，使马达30两端维持一定的压差，从而使约束装置在恒力作用下张紧，将被约束对象在恒力作用下约束住，同时也使马达30运转平稳。0027在系统停止工作时，手动接通第二手动换向阀32使马达30卸荷，关闭第一截止阀22从而切断气源。当需要使蓄能器25泄压时，如系统长时间不工作或系统维修时，打开第二截止阀27使蓄能器25泄压。0028由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有这样的有益效果0029本发明由蓄能器提供高压气体，减小了气压发生装置的压力脉动、降低了噪音，使系统工作平稳。由蓄能器和马达同时工作，控制精度高，传动效率高，传动可靠性高，结构简

16、单，操作方便。0030本发明实现恒力矩输出控制，当被约束对象试图收缩使约束带变松弛时，能自动保持约束力使约束带收缩，以更好地控制约束对象；而当被约束对象试图挣脱约束而拉扯约束带时，能够自动增大约束力，防止被约束对象挣脱约束带的约束。0031本发明利用压力继电器实时监控系统的压力信息，自动控制系统的运行停止，自动化程度高，可远程控制，系统压力监控性好，实时自动补充气体流量泄漏，保证系统的可靠性和稳定性。0032本发明能使约束带自动适应被约束对象的外形而将其牢固约束，不需人为调节约束带的长度。0033本发明采用模块化设计，可实现一套气源系统匹配多套气动约束控制装置，装置被简化，降低了设备成本，系统

17、的组装、维修以及元件的更换比较简单。0034本发明即可采用电磁控制方式，又可采用手动控制方式，可以满足用户高自动化程度、操作简便或低成本、恶劣工况工作的不同要求。0035本发明装置使用电气一体化控制，自动化程度高，可远程控制，能比较精确地控制约束力大小，在约束物体的同时不容易对其造成损伤；传动可靠性高，传动效率高，启动、制动迅速，运动平稳。附图说明0036图1为本发明的气动控制系统策略图；0037图2为本发明的电磁控制气动系统原理图；0038图3为本发明的手动控制气动系统原理图；0039图4为本发明的电磁控制气动系统电气控制原理图；0040图中KA1为压力继电器4的低压力继电器；0041KA2

18、为压力继电器4的高压力继电器；说明书CN104141640A4/6页60042KA3为压力继电器10的低压力继电器；0043KA4为压力继电器10的高压力继电器；0044KA5为控制电磁换向阀8的继电器；0045KA6为控制电磁换向阀13的继电器；0046图5为本发明的手动控制气动系统电气控制原理图。具体实施方案0047下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述0048一种约束装置的启动控制装置，如图1所示，它包括四大模块，即气源模块、蓄能器模块、回路控制模块和马达输出模块，可以实现一套气源模块配合多套约束控制装置模块工作。0049实施例一在采用电磁控制方式工作时0050如图2所示，所

19、述的气源模块包括气压发生装置1和第一截止阀2；0051如图2所示，所述的回路控制模块包括单向阀3、第一压力继电器4、第二电磁换向阀9、第二压力继电器10、第二溢流阀12和第三电磁换向阀13，单向阀3通过第二电磁换向阀9连接马达输出模块中马达11的进油口，马达11的出油口通过第二溢流阀12和第三电磁换向阀13通至外界大气，第一压力继电器4连接在单向阀3和第二电磁换向阀9之间，第二压力继电器10连接在第二电磁换向阀9和马达11之间；0052如图2所示，所述的蓄能器模块包括蓄能器5、第一溢流阀6、第二截止阀7和第一电磁换向阀8，第一电磁换向阀8依次连接第二截止阀7、第一溢流阀6和蓄能器5，然后连接到

20、回路控制模块中单向阀3和第二电磁换向阀9之间；0053如图2所示，所述的马达输出模块包括马达11，马达11与约束装置同轴连接，马达11的进油口连接第二电磁换向阀9，其出油口通过第二溢流阀12连接第三电磁换向阀13。0054在电磁控制方式中，如图4所示，由气压发生装置间歇性给蓄能器提供气压能源。首次启动时，闭合开关SA，第一压力继电器4K1得电发出低压信号，中间继电器KA1主线圈得电，常开触点闭合，电动机的交流接触器KM主线圈得电，常开触点闭合自锁，电动机得电启动，即气压发生装置启动，开始向蓄能器5充气，当蓄能器5压力达到其最高调定压力时，第一压力继电器4K2发出高压电信号，中间继电器KA2主线

21、圈得电，常闭触点断开，接触器KM主线圈失电，触点断开，电动机失电停止工作，即气压发生装置停止向蓄能器充气，此时马达输出稳定扭矩，使约束装置约束住被约束对象。工作过程中，当由于长时间的泄露等原因，蓄能器5的压力低于其最低调定压力时，第一压力继电器4K1发出低压电信号，气压发生装置再次向蓄能器5充气；当蓄能器5压力达到其最高调定压力时，压力继电器4K2发出电信号，气压发生装置停止向蓄能器5充气，如此循环，从而蓄能器5压力维持在系统要求的调定范围内。单向阀3防止系统压力冲击气压发生装置。第一截止阀2在约束装置工作模块长期不使用时切断气源。0055当系统工作时，约束控制装置工作系统由蓄能器5提供稳定压

22、力，第二压力继电器10通过控制第二电磁换向阀9的通断使马达11入口处的压力维持其调定压力。当马达11入口处压力低于其最低调定压力时，第二压力继电器10K3发出低压电信号，中间继电器KA3主线圈得电，长断触点闭合自锁，第二电磁换向阀9得电换向处于通路状态，蓄能说明书CN104141640A5/6页7器5向马达11提供高压气体；当马达11入口处压力达到其调定压力时，第二压力继电器10K4发出高压电信号，中间继电器KA4主线圈得电，常闭触点断开，使得中间继电器KA3主线圈失电，触点断开，从而第二电磁换向阀9断电处于断开状态，蓄能器5停止向马达11供气。当由于长时间的泄露等原因，马达11入口处压力再次

23、低于其最低调定压力时，第二压力继电器10K3再次发出低压电信号，第二电磁换向阀9再次接通，蓄能器5再次给马达11提供高压气体，如此循环，使得马达11入口处压力维持在调定压力范围内，从而马达11能够输出恒定扭矩。0056第二溢流阀12作为背压阀使用使马达11出口处维持一定背压，使马达11两端维持一定压差，从而使约束带在恒力矩作用下张紧，将约束对象在恒力矩作用下约束住，同时也使马达11运转平稳。当被约束对象试图收缩使约束带变松弛时，系统能自动保持约束力使约束带收缩，更好的控制了约束对象；而被约束对象试图拉扯约束带挣脱约束时，马达11反向转动，系统反而能自动增大约束力，约束带以更大的约束力约束被约束

24、对象，防止被约束对象挣脱约束带的约束。0057当系统停止工作时，断开开关SA，切断了气压发生装置的电源，关闭第一截止阀2可以切断气源。按点触开关SB3，中间继电器KA6主线圈得电，常开触点闭合自锁，使得第三电磁换向阀13得电接通，马达11卸荷。当需要使蓄能器泄压时，如系统长时间不工作或系统维修时，按点触开关SB1，中间继电器KA5主线圈得电，常开触点闭合自锁，使得第二电磁换向阀8得电接通时蓄能器5泄压；或者打开第二截止阀7使蓄能器5泄压。0058实施例二；在采用手动控制方式工作时0059将电磁换向阀换为手动换向阀，将压力继电器换为压力表，通过人工观测压力表进行控制的方式完成系统控制要求，降低系

25、统自动化程度和控制精度，但提高了系统适应野外环境等恶劣工况的能力，同时降低了设备的成本。0060如图3所示，所述的气源模块包括气压发生装置21和第一截止阀22；0061如图3所示，所述的回路控制模块包括单向阀23、第一压力表24、第一手动换向阀28、第二压力表29、第二溢流阀31和第二手动换向阀32，单向阀23通过第一手动换向阀28连接马达输出模块中马达30的进油口，马达30的出油口通过第二溢流阀31和第二手动换向阀32通至外界大气，第一压力表24连接在单向阀23和第一手动换向阀28之间，第二压力表29连接在第一手动换向阀28和马达30之间；0062如图3所示，所述的蓄能器模块包括蓄能器25、

26、第一溢流阀26和第二截止阀27，第二截止阀27依次连接第一溢流阀26和蓄能器25，然后连接到回路控制模块中单向阀23和第一手动换向阀28之间；0063如图3所示，所述的马达输出模块包括马达30，马达30与约束装置同轴连接，马达30的进油口连接第一手动换向阀28，其出油口通过第二溢流阀31连接第二手动换向阀32。在手动控制方式中，相比于电磁控制系统，将电磁换向阀换为手动换向阀，将压力继电器换为压力表，可以降低成本，提高约束装置适应更恶劣工况环境的能力。0064如图5所示，按点触开关SB1，电动机的交流接触器KM主线圈得电，常开开关闭合自锁，电动机启动，气压发生装置开始向蓄能器25充气。通过观察第

27、一压力表24显示的压力值，当第一压力表24显示的压力达到蓄能器25设定的最高压力，按点触开关SB2，接触器主线圈KM失电，开关断开，气压发生装置停止向蓄能器25充气；第一当压力表24显示的压说明书CN104141640A6/6页8力低于蓄能器25设定的最低压力是时，再次按点触开关SB1，接触器KM主线圈再次得电，开关闭合自锁，气压发生装置再次向蓄能器25充压，如此循环，使得蓄能器25压力维持在设定压力范围内。通过观察第二压力表29显示的压力值，通过第一手动换向阀28调节马达30入口处压力。当马达30入口处压力低于调定压力时，使第一手动换向阀28处于通路状态，从而马达30入口处压力升高；当马达30入口处压力达到其最高调定压力时，使第一手动换向阀28处于关闭状态，从而马达30入口处压力维持在调定压力范围内。0065在系统停止工作时，手动操作第二手动换向阀32使马达30卸荷，打开第二截止阀27可使蓄能器25泄压。说明书CN104141640A1/4页9图1图2说明书附图CN104141640A2/4页10图3说明书附图CN104141640A103/4页11图4说明书附图CN104141640A114/4页12图5说明书附图CN104141640A12