一种应用于下肢外骨骼的液压助力系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于下肢外骨骼的液压助力系统，该液压助力系统包括电机泵组、第一液压回路、第二液压回路、机械臂组，其中：所述电机泵组包括：高压蓄能器、单向阀二、止回阀、液压泵、伺服电机、油箱以及控制器；所述液压泵与伺服电机相连，且液压泵的输出端口与止回阀串联；系统重量小，通过一套电机泵组来驱动两个关节，采用普通的电磁阀阀实现两个关节液压油路的切换，相对于能够减小液压系统的体积与重量；能耗小，液压系统在外骨骼达到控制器的预设压力阈值前液压泵不工作，且液压系统可以分成两个闭环液压系统，且双作用液压缸与油缸在随外骨骼运动时可自动储存外骨骼在运动时产生的无用功并在需要时释放出来。动时产生的无用功并在需要时释放出来。动时产生的无用功并在需要时释放出来。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于下肢外骨骼的液压助力系统


[0001]本专利技术属于可穿戴的机械外骨骼
，具体涉及一种应用于下肢外骨骼的液压助力系统。

技术介绍

[0002]外骨骼机器人是一种可穿戴的新型人机结合机器，在军事后勤、物流运输、抗灾抢险、户外运动等领域具有广阔应用前景。
[0003]目前外骨骼机器人的传动方式主要有三种：液压驱动、电机驱动、气压驱动，其中，液压驱动能量密度比高，可以输出较大力矩。
[0004]而采用液压驱动的外骨骼机器人目前主要有两种类型，一种是阀控液压系统，一般采用电液伺服阀来控制各油缸的运行方向和运行速度，优点是响应速度快，但传动效率低，无效能耗大，需要额外增加散热措施且制造成本高；另一种是泵控电静液作动器（EHA）方案，通过控制伺服电机的转速进而控制定量泵的流量和压力输出实现对作动器的出力和位置控制，此方案能耗少、效率高，但这种方案通常一个关节对应一个作动器，使得采用此方案的系统的体积与重量偏大。
[0005]因此，提供一种工作可靠、能耗更小、重量更轻的应用于外骨骼机器人的低成本液压助力系统是本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种应用于下肢外骨骼的液压助力系统，以解决上述
技术介绍
中提出的现有通过液压驱动的外骨骼机器人体积与重量、能耗均存在偏大的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种应用于下肢外骨骼的液压助力系统，该液压助力系统包括电机泵组、第一液压回路、第二液压回路、机械臂组，其中：所述电机泵组包括：高压蓄能器、单向阀二、止回阀、液压泵、伺服电机、油箱以及控制器；所述液压泵与伺服电机相连，且液压泵的输出端口与止回阀串联；所述高压蓄能器与单向阀二串联后并联在所述止回阀两端，所述止回阀分别与三位五通换向阀以及二位四通电磁换向阀串联；所述控制器与伺服电机连接；所述第一液压回路包括：双作用液压缸、液控节流阀、单向阀一、溢流阀、节流阀、单作用增压缸以及三位五通换向阀；所述双作用液压缸与单作用增压缸的高压油腔并联，所述双作用液压缸无杆腔与溢流阀、液控节流阀以及单向阀一并联；而所述双作用液压缸的有杆腔与单向阀一、溢流阀和节流阀并联；所述单作用增压缸的低压油腔与三位五通换向阀串联；所述第二液压回路包括二位四通电磁换向阀、低压蓄能器以及双作用液压缸；所述液压缸与二位四通电磁换向阀串联，所述低压蓄能器旁接在二位四通电磁换向阀与液压缸之间；所述三位五通换向阀与二位四通电磁换向阀之间连接有液压管路；所述机械臂组包括第一机械臂，第二机械臂，脚部踏板和机架，其中脚部踏板与第
一机械臂铰接，第一机械臂与第二机械臂铰接，第二机械臂与机架铰接。
[0008]优选的，所述双作用液压缸为双作用非对称液压缸，且所述双作用液压缸的无杆腔内置有弹簧。
[0009]优选的，所述单作用增压缸的低压油腔内置有弹簧。
[0010]优选的，所述双作用液压缸的缸体与活塞杆分别铰接在机架和第二机械臂上；所述油缸的缸体与活塞杆分别铰接在第一机械臂和第二机械。
[0011]优选的，所述油缸与低压蓄能器构成的第二液压回路属于闭环系统。
[0012]优选的，所述控制器与三位五通换向阀、二位四通电磁换向阀、伺服电机之间的电气部分相连。
[0013]优选的，所述油缸两端分别安装在第一机械臂和第二机械臂上；所述第一机械臂包括铰接连接的外骨骼左大腿、外骨骼左小腿，而第二机械臂包括铰接连接的外骨骼右大腿、外骨骼右小腿；所述脚部踏板包括分别与外骨骼左小腿、外骨骼右小腿铰接连接的左脚踏板以及右脚踏板；所述机架为下肢外骨骼机架，所述外骨骼左大腿、外骨骼右大腿均与下肢外骨骼机架铰接。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、系统重量小，通过一套电机泵组来驱动两个关节，采用普通的电磁阀阀实现两个关节液压油路的切换，相对于能够减小液压系统的体积与重量；2、能耗小，液压系统在外骨骼达到控制器的预设压力阈值前液压泵不工作，且液压系统可以分成两个闭环液压系统，且双作用液压缸与油缸在随外骨骼运动时可自动储存外骨骼在运动时产生的无用功并在需要时释放出来，而电机泵组仅在外骨骼的负载达到控制器预设的压力阈值后，在控制器的控制下开始工作，该设计可以大幅减小系统能耗，延长外骨骼的续航时间；3、因为控制简单，不需要安装多种传感器，不需要复杂的算法和功能强大的控制器，因而潜在故障点也就更少，工作也更加可靠。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的下肢助力的完整液压系统示意图；图2为本专利技术的液压油源示意图；图3为本专利技术的第一液压回路为下肢助力的示意图；图4为本专利技术的第二液压回路为膝关节助力的示意图；图5为本专利技术的下肢助力的示意图。
[0016]图中：1、双作用液压缸；2、液控节流阀；3、单向阀一；4、溢流阀；5、节流阀；6、单作用增压缸；7、三位五通换向阀；8、高压蓄能器；9、单向阀二；10、止回阀；11、单向液压泵；12、伺服电机；13、油箱；14、电气控制器；15、二位四通电磁换向阀；16、低压蓄能器；17、油缸；18、液压管路；19、电机泵组；20、下肢外骨骼机架；21、外骨骼左大腿；22、外骨骼左小腿；23、左脚踏板；24、外骨骼右大腿；25、外骨骼右小腿；26、右脚踏板。
实施方式
[0017]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]请参阅图1至图5，本专利技术提供一种技术方案：一种应用于下肢外骨骼的液压助力系统，该液压助力系统包括电机泵组19、第一液压回路、第二液压回路、机械臂组，其中：电机泵组19包括：高压蓄能器8、单向阀二9、止回阀10、液压泵11、伺服电机12、油箱13以及控制器14；液压泵11与伺服电机12相连，且液压泵11的输出端口与止回阀10串联；高压蓄能器8与单向阀二9串联后并联在止回阀10两端，止回阀10分别与三位五通换向阀7以及二位四通电磁换向阀15串联；伺服电机12驱动液压泵11，液压泵11从油箱13吸油，向二位四通电磁换向阀15和三位五通换向阀7的进油口供油，该种布局设置，有助于提高电机泵组19瞬时最大供油流量，高压蓄能器8同时还能起到缓冲作用；控制器14与伺服电机12连接，控制器14可以改变伺服电机12的转速与方向，可通过对伺服电机12转速和扭矩的调节，使其出口压力保持在某一预设值附近，形成恒压油源，这样在需要供油的瞬间由于待机压力较高，可获得更快的响应速度；伺服电机12也可以仅在需要供油时才开始工作，通过伺服电机12转速的调节调整供油流量，并且还可以控制各个换向阀的工位；第一液压回路包括：双作用液压缸1、液控节流阀2、单向阀一3、溢流阀4、节流阀5、单作用增压缸6以及三位五通换向阀7，其中，三位五通电磁换向阀7的中位机能为Y型中位机能，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于下肢外骨骼的液压助力系统，其特征在于：该液压助力系统包括电机泵组（19）、第一液压回路、第二液压回路、机械臂组，其中：所述电机泵组（19）包括：高压蓄能器（8）、单向阀二（9）、止回阀（10）、液压泵（11）、伺服电机（12）、油箱（13）以及控制器（14）；所述液压泵（11）与伺服电机（12）相连，且液压泵（11）的输出端口与止回阀（10）串联；所述高压蓄能器（8）与单向阀二（9）串联后并联在所述止回阀（10）两端，所述止回阀（10）分别与三位五通换向阀（7）以及二位四通电磁换向阀（15）串联；所述控制器（14）与伺服电机（12）连接；所述第一液压回路包括：双作用液压缸（1）、液控节流阀（2）、单向阀一（3）、溢流阀（4）、节流阀（5）、单作用增压缸（6）以及三位五通换向阀（7）；所述双作用液压缸（1）与单作用增压缸（6）的高压油腔并联，所述双作用液压缸（1）无杆腔与溢流阀（4）、液控节流阀（2）以及单向阀一（3）并联；而所述双作用液压缸（1）的有杆腔与单向阀一（3）、溢流阀（4）和节流阀（5）并联；所述单作用增压缸（6）的低压油腔与三位五通换向阀（7）串联；所述第二液压回路包括二位四通电磁换向阀（15）、低压蓄能器（16）以及双作用液压缸（17）；所述液压缸（17）与二位四通电磁换向阀（15）串联，所述低压蓄能器（16）旁接在二位四通电磁换向阀（15）与液压缸（17）之间；所述三位五通换向阀（7）与二位四通电磁换向阀（15）之间连接有液压管路（18）；所述机械臂组包括第一机械臂，第二机械臂，脚部踏板和机架，其中脚部踏板与第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国斌，董强，孙章宸，
申请(专利权)人：周国斌，
类型：发明
国别省市：