一种助力模式自动切换阀及外骨骼机器人液压传动系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种助力模式自动切换阀及外骨骼机器人液压传动系统，助力模式自动切换阀的工作状态受供油压力自动控制：进油口建立压力时自动切换为助力模式，进油口失压时自动切换为不助力模式，简化了控制、降低了能耗；既适用于泵控液压传动系统，也适用于阀控液压传动系统；且助力模式自动切换阀结构紧凑，体积小，重量轻，有利于外骨骼机器人液压传动系统的集成。

An Automatic Switching Valve with Help Mode and Hydraulic Drive System of Exoskeleton Robot

The utility model provides an automatic switching valve of boost mode and a hydraulic transmission system of exoskeleton robot. The working state of the automatic switching valve of boost mode is automatically controlled by the oil supply pressure: when the inlet establishes pressure, the automatic switching mode is boost mode; when the inlet loses pressure, the automatic switching mode is boost mode, which simplifies control and reduces energy consumption; and it is suitable for the pump-controlled hydraulic transmission system. It is also suitable for valve-controlled hydraulic transmission system, and the power-assisted mode automatic switching valve has compact structure, small size and light weight, which is conducive to the integration of exoskeleton robot hydraulic transmission system.

【技术实现步骤摘要】
一种助力模式自动切换阀及外骨骼机器人液压传动系统
本技术涉及机械工程
，更具体的说是涉及一种助力模式自动切换阀及外骨骼机器人液压传动系统。
技术介绍
外骨骼机器人是一种穿戴在人体上的人机协作装置，在军事、物流、抢险、助残等领域具有广阔应用前景。液压传动因其功率密度高、输出力量大而在重载型外骨骼机器人上成为主流传动方案。液压传动的外骨骼机器人一般采用油缸来驱动机械臂运动，油缸的最大运动速度受制于液压系统最大瞬时流量。外骨骼机器人工作过程中，在某些特殊情况下——比如非支撑腿快速抬腿迈步、人体紧急调整步态防止摔倒、以及电池能量耗尽等情况下，如果人体不能越权带动机械臂运动，机械臂就会成为人体运动的障碍。为解决该问题，现有技术采用的方案是通过电磁阀、高速开关阀或手动阀来实现助力功能的开启或关闭，具体实施时一般采用电磁阀或高速开关阀，而手动阀手动操作仅作为备用功能，在助力功能关闭时油缸进油口连通油箱，油缸可在外力作用下自由伸缩，人体可越权带动机械臂运动。采用电磁阀或高速开关阀来实现助力功能开启或关闭的技术方案，主要存在以下几方面的不足：第一，对于高度集成的外骨骼机器人液压系统来说，电磁阀或高速开关阀本身重量相对于成套液压系统重量所占比重较大，而为了安装电磁阀或高速开关阀又会导致集成阀块外形和重量的增加，最终导致成套液压系统外形和重量的显著增加。外骨骼机器人是一种人体穿戴装置，对液压系统的外形和重量非常敏感。特别是在伺服泵控液压传动系统中，为提高响应速度，简化液压管路，通常要求液压源和油缸就近连接或者集成一体，再安装在非常局促的空间内，这就对液压系统整体外形和重量的要求更加严苛。在一般工业用途的大功率液压系统中，增减一个电磁阀或高速开关阀对整体外形和重量的影响通常可忽略不计；但在高度集成的外骨骼机器人伺服泵控液压传动系统中，增减一个电磁阀或高速开关阀对液压系统的外形重量影响却非常大。去掉一个电磁阀或高速开关阀，液压系统整体重量甚至可以下降10％-20％。第二，电磁阀或高速开关阀的存在增加了液压系统能耗。为避免电池电量耗尽后人体无法运动，电磁阀或高速开关阀断电状态通常为不助力模式，电磁阀或高速开关阀保持通电状态才能助力。虽然电磁阀或高速开关阀能耗本身并不大，但对于额定功率同样也不大的伺服电机来说，电磁阀或高速开关阀能耗所占比例不容忽视。对于伺服泵控液压传动系统来说，电磁阀或高速开关阀额定功率可达到伺服电机额定功率的5％-10％，而按照平均使用功率来计算占比会更大。因此，如果去掉电磁阀或高速开关阀，可以有效提高电池续航时间。第三，电磁阀或高速开关阀的存在不利于液压系统的外观造型设计。电磁阀或高速开关阀很难内置到本身外形就很小的阀块内，电磁阀或高速开关阀外露在液压站表面形成一个突起，不仅影响美观，还对穿戴者的行动产生干扰。第四，控制上相对复杂。相对复杂是相对于不用电磁阀或高速开关阀而言，尽管在技术上解决电磁阀或高速开关阀的控制并不难，但毕竟多一个控制点位，多一组数据线；显然，取消电磁阀或高速开关阀对简化控制无疑是有利的。因此，如何提供一种助力模式自动切换阀及外骨骼机器人液压传动系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供了一种助力模式自动切换阀及外骨骼机器人液压传动系统，助力模式自动切换阀能够受供油压力自动控制，进油口建立压力时自动切换为助力模式，进油口失压时自动切换为不助力模式，简化了控制、降低了能耗；既适用于泵控液压传动系统，也适用于阀控液压传动系统；且助力模式自动切换阀结构紧凑，体积小，重量轻，有利于外骨骼机器人液压传动系统的集成。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种助力模式自动切换阀，包括：阀体、换向阀阀芯和复位弹簧，所述阀体上设置有换向阀阀芯安装孔和换向阀密封孔口；所述换向阀阀芯安装在所述换向阀阀芯安装孔内；所述换向阀阀芯上设置有配流结构以及换向阀密封面，所述换向阀密封面为锥面或球面；所述换向阀阀芯设置有锥面的一端与所述复位弹簧相连；所述助力模式自动切换阀包括：控制油腔和至少三个油口，三个所述油口分别为进油口、出油口和补油泄油口，所述控制油腔与所述进油口连通；所述复位弹簧所在的弹簧腔与所述补油泄油口连通；所述助力模式自动切换阀设置有第一工作位和第二工作位；处于第一工作位时，所述出油口与所述补油泄油口连通，且与所述进油口断开或通过节流器连通；处于第二工作位时，所述出油口与所述进油口连通，且与所述补油泄油口断开。优选的，所述出油口和所述补油泄油口之间安装有单向阀。优选的，与安全阀集成为一体，具体结构还包括安全阀阀芯，所述复位弹簧所在的弹簧腔与所述补油泄油口连通；所述阀体上设置有换向阀阀芯安装孔和换向阀密封孔口；所述换向阀阀芯安装在所述换向阀阀芯安装孔内，所述换向阀阀芯上设置有安全阀阀芯安装孔、安全阀密封孔口、配流结构以及换向阀密封面；所述换向阀密封面为锥面或球面；所述安全阀阀芯安装在所述安全阀阀芯安装孔内，且所述安全阀阀芯一端设置有安全阀密封面，另一端与所述复位弹簧相连，所述安全阀密封面为锥面或球面。一种外骨骼机器人液压传动系统，包括：至少一个助力模式自动切换阀、伺服电机、液压泵、油缸和储油容器，所述伺服电机驱动所述液压泵，所述助力模式自动切换阀进油口连通所述液压泵的出油口，所述助力模式自动切换阀的出油口连通所述油缸的进油口，所述助力模式自动切换阀的补油泄油口连通所述储油容器；所述助力模式自动切换阀包括：控制油腔和至少三个油口，三个所述油口分别为进油口、出油口和补油泄油口，所述控制油腔与所述进油口连通；所述助力模式自动切换阀设置有第一工作位和第二工作位；处于第一工作位时，所述出油口与所述补油泄油口连通，且与所述进油口断开或通过节流器连通；处于第二工作位时，所述出油口与所述进油口连通，且与所述补油泄油口断开。优选的，所述油缸采用单作用油缸，所述液压泵采用双向旋转液压泵，所述双向旋转液压泵的第一出油口连通所述助力模式自动切换阀的进油口，所述双向旋转液压泵的第二出油口连通所述储油容器。优选的，所述油缸采用双作用油缸，所述液压泵采用双向旋转液压泵，所述助力模式自动切换阀的数量为2个，并在所述助力模式自动切换阀和所述液压泵之间设置有泵控液压阀；所述双向旋转液压泵的第一出油口和第二出油口不仅分别连通所述泵控液压阀的两个出油口，还分别连通两个所述助力模式自动切换阀的两个进油口；两个所述助力模式自动切换阀的两个出油口分别连通所述双作用油缸的两个进油口；两个所述助力模式自动切换阀的补油泄油口和所述泵控液压阀的补油泄油口均连通所述储油容器；所述泵控液压阀采用流量匹配阀、或两个单向阀组合、或两个液控单向阀组合、或一个单向阀一个液控单向阀组合。优选的，所述油缸采用单作用油缸，所述助力模式自动切换阀和所述液压泵之间设置有伺服阀或比例换向阀，所述液压泵的出油口连通所述伺服阀或所述比例换向阀的进油口，所述液压泵的进油口连通所述储油容器，所述伺服阀或所述比例换向阀的一个出油口连通所述助力模式自动切换阀的进油口，所述伺服阀或所述比例换向阀另一个出油口封闭，所述伺服阀或所述比例换向阀的回油口连通所述储油容器。优选的，所述油缸采用双作用油缸，所述助力模式自动切换阀和所述液压泵之间设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种助力模式自动切换阀，其特征在于，包括：阀体、换向阀阀芯和复位弹簧，所述阀体上设置有换向阀阀芯安装孔和换向阀密封孔口；所述换向阀阀芯安装在所述换向阀阀芯安装孔内；所述换向阀阀芯上设置有配流结构以及换向阀密封面，所述换向阀密封面为锥面或球面；所述换向阀阀芯设置有锥面的一端与所述复位弹簧相连；所述助力模式自动切换阀包括：控制油腔和至少三个油口，三个所述油口分别为进油口、出油口和补油泄油口，所述控制油腔与所述进油口连通；所述复位弹簧所在的弹簧腔与所述补油泄油口连通；所述助力模式自动切换阀设置有第一工作位和第二工作位；处于第一工作位时，所述出油口与所述补油泄油口连通，且与所述进油口断开或通过节流器连通；处于第二工作位时，所述出油口与所述进油口连通，且与所述补油泄油口断开。

【技术特征摘要】
1.一种助力模式自动切换阀，其特征在于，包括：阀体、换向阀阀芯和复位弹簧，所述阀体上设置有换向阀阀芯安装孔和换向阀密封孔口；所述换向阀阀芯安装在所述换向阀阀芯安装孔内；所述换向阀阀芯上设置有配流结构以及换向阀密封面，所述换向阀密封面为锥面或球面；所述换向阀阀芯设置有锥面的一端与所述复位弹簧相连；所述助力模式自动切换阀包括：控制油腔和至少三个油口，三个所述油口分别为进油口、出油口和补油泄油口，所述控制油腔与所述进油口连通；所述复位弹簧所在的弹簧腔与所述补油泄油口连通；所述助力模式自动切换阀设置有第一工作位和第二工作位；处于第一工作位时，所述出油口与所述补油泄油口连通，且与所述进油口断开或通过节流器连通；处于第二工作位时，所述出油口与所述进油口连通，且与所述补油泄油口断开。2.根据权利要求1所述的一种助力模式自动切换阀，其特征在于，所述出油口和所述补油泄油口之间安装有单向阀。3.根据权利要求1所述的一种助力模式自动切换阀，其特征在于，与安全阀集成为一体，具体结构还包括安全阀阀芯；所述换向阀阀芯上设置有安全阀阀芯安装孔、安全阀密封孔口、配流结构以及换向阀密封面；所述安全阀阀芯安装在所述安全阀阀芯安装孔内，且所述安全阀阀芯一端设置有安全阀密封面，另一端与所述复位弹簧相连，所述安全阀密封面为锥面或球面。4.一种外骨骼机器人液压传动系统，其特征在于，包括：至少一个助力模式自动切换阀、伺服电机、液压泵、油缸和储油容器，所述伺服电机驱动所述液压泵，所述助力模式自动切换阀进油口连通所述液压泵的出油口，所述助力模式自动切换阀的出油口连通所述油缸的进油口，所述助力模式自动切换阀的补油泄油口连通所述储油容器；所述助力模式自动切换阀包括：控制油腔和至少三个油口，三个所述油口分别为进油口、出油口和补油泄油口，所述控制油腔与所述进油口连通；所述助力模式自动切换阀设置有第一工作位和第二工作位；处于第一工作位时，所述出油口与所述补油泄油口连通，且与所述进油口断开或通过节流器连通；处于第二工作位时，所述出油口与所述进油口连通，且与所述补油泄油口断开。5.根据权利要求4所述的一种外骨骼机器人液压传动系统，其特征在于，所述油缸采用单作用油缸，所述液压泵采用双向旋转液压泵，所述双向旋转液压泵的第一出油口连通所述助力模式自动切换阀的进油口，所述双向旋转液压泵的第二出油口连通所述储油容器。6.根据权利要求4所述的一种外骨骼机器人液压传动系统，其特征在于，所述油缸采用双作用油缸，所述液压泵采用双向旋转液压泵，所述助力模式自动切换阀的数量为2个，并在所述助力模式自动切换阀和所述液压泵之间设置有泵控液压阀；所述双向旋转液压泵的第一出油口和第二出油口不仅分别连通所述泵控液压阀的两个出油口，还分别连通两个所述助力模式自动切换阀的两个进油口；两个所述助力模式自动切换阀的出油口分别连通所述双作用油缸的两个进油口；两个所述助力模式自动切换阀的补油泄油口和所述泵控液压阀的补油泄油口均连通所述储油容器；所述泵控液压阀采用流量匹配阀、或两个单向阀组合、或两...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳小平，侯刚，曹明远，杨毛，
申请(专利权)人：贵阳海之力液压有限公司，
类型：新型
国别省市：贵州,52