[发明专利]一种应用于外骨骼机器人的微型独动力源伺服液压系统

说明书

本发明公开了一种应用于外骨骼机器人的微型独动力源伺服液压系统，该液压系统由液压动力系统、液压伺服控制系统、气囊式闭式油箱系统、和液压执行元件四大部分组成，其中包括：液压泵（1）、伺服电机（2）、第一单向阀（3）、第一安全阀（4）、气囊（5）、油箱（6）、液位观察窗（7）、液压伺服阀（8）、高速开关阀（9）、压力传感器（10）、第二单向阀（11）、第二安全阀（12）、膝关节柱塞缸（13），本发明是一种响应速度快、压力建立延时短、体积小、重量轻、工作时间长、噪音低、散热快、从源头保证油液清洁度的微型独动力源液压伺服系统。

技术领域

本发明涉及液压控制技术领域，具体涉及一种应用于外骨骼机器人的微型独动力源伺服液压系统。

背景技术

外骨骼机器人是一种可快速匹配穿戴于人体外侧面，可主动或被动跟随人体运动，为人体提供合适助力的智能化装置。可穿戴外骨骼机器人充分发挥了人机交互感知特性，引入人的智能决策能力，拓宽人体关节力量，完成人机任务协同。

目前，外骨骼机器人主要采用电机-减速器传动、液压传动以及气压传动等三类关节驱动方式。其中，液压传动因其易于小型化、功率密度高、输出力量大、传动平稳且具有缓冲功能，适用野外工作环境等优势，被广泛应用于外骨骼机器人中，尤其是在负载助力型外骨骼机器人上，液压传动更是被用作主流传动方案。

目前，国内大多外骨骼机器人用伺服液压系统依赖进口，采用现有常规液压原理和液压阀件搭建液压系统，造成液压系统实际装配出来体积和重量偏大；通过一套电机-泵动力系统为所有执行元件提供压力油，致使液压系统始终处于高压和大流量状态下，带来噪音大、工作时间短以及产生热量大等问题。

国内大多外骨骼机器人用液压系统多注重实现功能，而没有注重考虑细节而采用开式油箱的结构，该结构存在如下几点缺陷：一是外界空气中的氧气和水分将使油液发生氧化和水解，生成的酸性污染物和其他污染物将使油质恶化，对液压系统的管道和液压元器件产生腐蚀及电化学反应，严重损害液压系统的正常工作。二是外界环境中的粉刺等污染物将通过呼吸阀进入油箱中对油液造成污染，从而将堵塞液压阀件，甚至将损坏一些高精度液压元件，影响液压系统的正常工作；三是由于油箱未做密封处理，再加上某些情况下油液的剧烈扰动，将导致油箱内油液泄露到外界环境中。四是开式油箱体积一般较大，不利于外骨骼用液压系统的微型化和轻量化。

发明内容

本发明的目的在于设计一种响应速度更快、压力建立延时更短、体积更小、重量更轻、工作时间更长、噪音更低、散热更快并且能够从源头上保证油液清洁度的为外骨骼机器人单执行元件提供单独动力的微型液压伺服系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种应用于外骨骼机器人的微型独动力源伺服液压系统，为外骨骼机器人单执行元件单独提供动力,所述微型独动力源伺服液压系统包括液压动力系统、液压伺服控制系统、气囊式闭式油箱系统和液压执行元件；所述液压动力系统包括液压泵（1）、伺服电机（2）、第一单向阀（3）和第一安全阀（4），所述液压泵（1）和伺服电机（2）通过联轴器连接，并通过伺服电机（2）的法兰盘安装于油箱（6）上，液压泵（1）、第一单向阀（3）和第一安全阀（4）沉浸式安装于油箱（6）内部；其特征在于，所述液压伺服控制系统包括液压伺服阀（8）、高速开关阀（9）、压力传感器（10）、第二单向阀（11）和第二安全阀（12），所述液压伺服阀（8）、高速开关阀（9）、压力传感器（10）、第二单向阀（11）和第二安全阀（12）集成安装于液压伺服控制阀块（14）上；所述气囊式闭式油箱系统包括油箱（6）、气囊（5）、油液加注口密封组件和液位观察窗（7），所述气囊（5）采用高回弹材料制成，安装于油箱（6）内部，气囊口固定于油箱外，气囊进气口与外界大气相通。

进一步的，所述液压执行元件包括液压缸和液压马达。

进一步的，所述伺服电机为直流无刷电机，通过控制电机的转速和力矩来控制定量液压泵排除油液的流量和压力，从而达到控制柱塞缸伸出速度以及输出力大小的目的。