一種應用于下肢外骨骼的液壓助力系統技術方案

本發明專利技術公開了一種應用于下肢外骨骼的液壓助力系統，該液壓助力系統包括電機泵組、第一液壓回路、第二液壓回路、機械臂組，其中：所述電機泵組包括：高壓蓄能器、單向閥二、止回閥、液壓泵、伺服電機、油箱以及控制器；所述液壓泵與伺服電機相連，且液壓泵的輸出端口與止回閥串聯；系統重量小，通過一套電機泵組來驅動兩個關節，采用普通的電磁閥閥實現兩個關節液壓油路的切換，相對于能夠減小液壓系統的體積與重量；能耗小，液壓系統在外骨骼達到控制器的預設壓力閾值前液壓泵不工作，且液壓系統可以分成兩個閉環液壓系統，且雙作用液壓缸與油缸在隨外骨骼運動時可自動儲存外骨骼在運動時產生的無用功并在需要時釋放出來。動時產生的無用功并在需要時釋放出來。動時產生的無用功并在需要時釋放出來。

【技術實現步驟摘要】
一種應用于下肢外骨骼的液壓助力系統


[0001]本專利技術屬于可穿戴的機械外骨骼
，具體涉及一種應用于下肢外骨骼的液壓助力系統。

技術介紹

[0002]外骨骼機器人是一種可穿戴的新型人機結合機器，在軍事后勤、物流運輸、抗災搶險、戶外運動等領域具有廣闊應用前景。
[0003]目前外骨骼機器人的傳動方式主要有三種：液壓驅動、電機驅動、氣壓驅動，其中，液壓驅動能量密度比高，可以輸出較大力矩。
[0004]而采用液壓驅動的外骨骼機器人目前主要有兩種類型，一種是閥控液壓系統，一般采用電液伺服閥來控制各油缸的運行方向和運行速度，優點是響應速度快，但傳動效率低，無效能耗大，需要額外增加散熱措施且制造成本高；另一種是泵控電靜液作動器（EHA）方案，通過控制伺服電機的轉速進而控制定量泵的流量和壓力輸出實現對作動器的出力和位置控制，此方案能耗少、效率高，但這種方案通常一個關節對應一個作動器，使得采用此方案的系統的體積與重量偏大。
[0005]因此，提供一種工作可靠、能耗更小、重量更輕的應用于外骨骼機器人的低成本液壓助力系統是本領域技術人員需要解決的問題。

技術實現思路

[0006]本專利技術的目的在于提供一種應用于下肢外骨骼的液壓助力系統，以解決上述
技術介紹
中提出的現有通過液壓驅動的外骨骼機器人體積與重量、能耗均存在偏大的問題。
[0007]為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種應用于下肢外骨骼的液壓助力系統，該液壓助力系統包括電機泵組、第一液壓回路、第二液壓回路、機械臂組，其中：所述電機泵組包括：高壓蓄能器、單向閥二、止回閥、液壓泵、伺服電機、油箱以及控制器；所述液壓泵與伺服電機相連，且液壓泵的輸出端口與止回閥串聯；所述高壓蓄能器與單向閥二串聯后并聯在所述止回閥兩端，所述止回閥分別與三位五通換向閥以及二位四通電磁換向閥串聯；所述控制器與伺服電機連接；所述第一液壓回路包括：雙作用液壓缸、液控節流閥、單向閥一、溢流閥、節流閥、單作用增壓缸以及三位五通換向閥；所述雙作用液壓缸與單作用增壓缸的高壓油腔并聯，所述雙作用液壓缸無桿腔與溢流閥、液控節流閥以及單向閥一并聯；而所述雙作用液壓缸的有桿腔與單向閥一、溢流閥和節流閥并聯；所述單作用增壓缸的低壓油腔與三位五通換向閥串聯；所述第二液壓回路包括二位四通電磁換向閥、低壓蓄能器以及雙作用液壓缸；所述液壓缸與二位四通電磁換向閥串聯，所述低壓蓄能器旁接在二位四通電磁換向閥與液壓缸之間；所述三位五通換向閥與二位四通電磁換向閥之間連接有液壓管路；所述機械臂組包括第一機械臂，第二機械臂，腳部踏板和機架，其中腳部踏板與第
一機械臂鉸接，第一機械臂與第二機械臂鉸接，第二機械臂與機架鉸接。
[0008]優選的，所述雙作用液壓缸為雙作用非對稱液壓缸，且所述雙作用液壓缸的無桿腔內置有彈簧。
[0009]優選的，所述單作用增壓缸的低壓油腔內置有彈簧。
[0010]優選的，所述雙作用液壓缸的缸體與活塞桿分別鉸接在機架和第二機械臂上；所述油缸的缸體與活塞桿分別鉸接在第一機械臂和第二機械。
[0011]優選的，所述油缸與低壓蓄能器構成的第二液壓回路屬于閉環系統。
[0012]優選的，所述控制器與三位五通換向閥、二位四通電磁換向閥、伺服電機之間的電氣部分相連。
[0013]優選的，所述油缸兩端分別安裝在第一機械臂和第二機械臂上；所述第一機械臂包括鉸接連接的外骨骼左大腿、外骨骼左小腿，而第二機械臂包括鉸接連接的外骨骼右大腿、外骨骼右小腿；所述腳部踏板包括分別與外骨骼左小腿、外骨骼右小腿鉸接連接的左腳踏板以及右腳踏板；所述機架為下肢外骨骼機架，所述外骨骼左大腿、外骨骼右大腿均與下肢外骨骼機架鉸接。
[0014]與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：1、系統重量小，通過一套電機泵組來驅動兩個關節，采用普通的電磁閥閥實現兩個關節液壓油路的切換，相對于能夠減小液壓系統的體積與重量；2、能耗小，液壓系統在外骨骼達到控制器的預設壓力閾值前液壓泵不工作，且液壓系統可以分成兩個閉環液壓系統，且雙作用液壓缸與油缸在隨外骨骼運動時可自動儲存外骨骼在運動時產生的無用功并在需要時釋放出來，而電機泵組僅在外骨骼的負載達到控制器預設的壓力閾值后，在控制器的控制下開始工作，該設計可以大幅減小系統能耗，延長外骨骼的續航時間；3、因為控制簡單，不需要安裝多種傳感器，不需要復雜的算法和功能強大的控制器，因而潛在故障點也就更少，工作也更加可靠。
附圖說明
[0015]圖1為本專利技術的下肢助力的完整液壓系統示意圖；圖2為本專利技術的液壓油源示意圖；圖3為本專利技術的第一液壓回路為下肢助力的示意圖；圖4為本專利技術的第二液壓回路為膝關節助力的示意圖；圖5為本專利技術的下肢助力的示意圖。
[0016]圖中：1、雙作用液壓缸；2、液控節流閥；3、單向閥一；4、溢流閥；5、節流閥；6、單作用增壓缸；7、三位五通換向閥；8、高壓蓄能器；9、單向閥二；10、止回閥；11、單向液壓泵；12、伺服電機；13、油箱；14、電氣控制器；15、二位四通電磁換向閥；16、低壓蓄能器；17、油缸；18、液壓管路；19、電機泵組；20、下肢外骨骼機架；21、外骨骼左大腿；22、外骨骼左小腿；23、左腳踏板；24、外骨骼右大腿；25、外骨骼右小腿；26、右腳踏板。
實施方式
[0017]下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完
整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。
[0018]請參閱圖1至圖5，本專利技術提供一種技術方案：一種應用于下肢外骨骼的液壓助力系統，該液壓助力系統包括電機泵組19、第一液壓回路、第二液壓回路、機械臂組，其中：電機泵組19包括：高壓蓄能器8、單向閥二9、止回閥10、液壓泵11、伺服電機12、油箱13以及控制器14；液壓泵11與伺服電機12相連，且液壓泵11的輸出端口與止回閥10串聯；高壓蓄能器8與單向閥二9串聯后并聯在止回閥10兩端，止回閥10分別與三位五通換向閥7以及二位四通電磁換向閥15串聯；伺服電機12驅動液壓泵11，液壓泵11從油箱13吸油，向二位四通電磁換向閥15和三位五通換向閥7的進油口供油，該種布局設置，有助于提高電機泵組19瞬時最大供油流量，高壓蓄能器8同時還能起到緩沖作用；控制器14與伺服電機12連接，控制器14可以改變伺服電機12的轉速與方向，可通過對伺服電機12轉速和扭矩的調節，使其出口壓力保持在某一預設值附近，形成恒壓油源，這樣在需要供油的瞬間由于待機壓力較高，可獲得更快的響應速度；伺服電機12也可以僅在需要供油時才開始工作，通過伺服電機12轉速的調節調整供油流量，并且還可以控制各個換向閥的工位；第一液壓回路包括：雙作用液壓缸1、液控節流閥2、單向閥一3、溢流閥4、節流閥5、單作用增壓缸6以及三位五通換向閥7，其中，三位五通電磁換向閥7的中位機能為Y型中位機能，本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種應用于下肢外骨骼的液壓助力系統，其特征在于：該液壓助力系統包括電機泵組（19）、第一液壓回路、第二液壓回路、機械臂組，其中：所述電機泵組（19）包括：高壓蓄能器（8）、單向閥二（9）、止回閥（10）、液壓泵（11）、伺服電機（12）、油箱（13）以及控制器（14）；所述液壓泵（11）與伺服電機（12）相連，且液壓泵（11）的輸出端口與止回閥（10）串聯；所述高壓蓄能器（8）與單向閥二（9）串聯后并聯在所述止回閥（10）兩端，所述止回閥（10）分別與三位五通換向閥（7）以及二位四通電磁換向閥（15）串聯；所述控制器（14）與伺服電機（12）連接；所述第一液壓回路包括：雙作用液壓缸（1）、液控節流閥（2）、單向閥一（3）、溢流閥（4）、節流閥（5）、單作用增壓缸（6）以及三位五通換向閥（7）；所述雙作用液壓缸（1）與單作用增壓缸（6）的高壓油腔并聯，所述雙作用液壓缸（1）無桿腔與溢流閥（4）、液控節流閥（2）以及單向閥一（3）并聯；而所述雙作用液壓缸（1）的有桿腔與單向閥一（3）、溢流閥（4）和節流閥（5）并聯；所述單作用增壓缸（6）的低壓油腔與三位五通換向閥（7）串聯；所述第二液壓回路包括二位四通電磁換向閥（15）、低壓蓄能器（16）以及雙作用液壓缸（17）；所述液壓缸（17）與二位四通電磁換向閥（15）串聯，所述低壓蓄能器（16）旁接在二位四通電磁換向閥（15）與液壓缸（17）之間；所述三位五通換向閥（7）與二位四通電磁換向閥（15）之間連接有液壓管路（18）；所述機械臂組包括第一機械臂，第二機械臂，腳部踏板和機架，其中腳部踏板與第一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周國斌，董強，孫章宸，
申請(專利權)人：周國斌，
類型：發明
國別省市：