[发明专利]微型液压泵站的设计方法、增压油箱和蓄能器的优化方法

说明书

本发明公开了一种微型液压泵站的设计方法、增压油箱和蓄能器的优化方法。所述设计方法中需要对增压油箱进行优化：考虑增压油箱内液压介质的容量V_m、度量增压油箱在动力系统中占用的体积V_r、考虑安装力f_α、考虑长径比r_h，且对应四个变量V_m、V_r、f_α、r_h分别设计阈值，从而得到关于增压油箱尺寸的四个约束条件；绘出四个约束条件所表示的增压油箱尺寸的可行域；在可行域中选取增压油箱具体尺寸值。通过本发明设计方法实现的下肢助力外骨骼微型液压泵站，重量和体积都得到了下降，使得整个下肢助力外骨骼微型液压泵的液压动力系统具有体积小，质量轻，布局合理，结构紧凑的优点。

技术领域

本发明涉及外骨骼领域中的一种下肢助力外骨骼微型液压泵站，尤其涉及一种下肢助力外骨骼微型液压泵站的设计方法、采用所述设计方法得到的下肢助力外骨骼微型液压泵站、所述下肢助力外骨骼微型液压泵站的增压油箱的优化方法、所述下肢助力外骨骼微型液压泵站的蓄能器的优化方法。

背景技术

可穿戴下肢助力外骨骼是一种模仿人体下肢结构，增强穿戴者行走耐久性、行走速度、负重能力等体能的智能人机一体化装置。下肢助力外骨骼突破了传统车辆等运输工具受地形条件影响的限制，具有巨大的应用潜能。在崎岖的山地，茂密的丛林等地域，下肢助力外骨骼能够帮助士兵背负沉重的武器装备，减轻穿戴者的负重感，从而有效的提高士兵的机动性和持续作战能力。在抢险救灾领域，救灾人员能依靠外骨骼到达车辆不能达到的地方运送救援物品，消防人员能依靠它搬运消防器材上下楼梯。在建筑工地中，工人们也可以依靠助力外骨骼做货物的搬运。

可穿戴下肢助力外骨骼采用的下肢助力外骨骼微型液压泵站，包括两个液压动力系统。如图1所示，每个液压动力系统包括液压泵1、增压油箱2、单向阀3、蓄能器4、溢流阀5、髋关节电液伺服阀6、膝关节电液伺服阀7、髋关节液压缸8、膝关节液压缸9、髋关节传感器(图未示)、膝关节传感器(图未示)、电机10、流量计11、压力计12、冷却器13。在液压泵1的作用下，从增压油箱2内输出油液，所述油液通过单向阀3后，流向溢流阀5和蓄能器4。液压泵1通过电机10驱动，当液压泵1的输出压力大于溢流阀5的预设压力时，开启溢流阀5以释放部分所述油液回流至增压油箱2；当液压泵1的输出压力小于溢流阀5的预设压力时，输出蓄能器4内的油液对液压泵1进行油液补偿，直至液压泵1的输出压力与溢流阀5的预设压力相等；液压泵站在工作时，髋关节传感器和膝关节传感器分别采集髋关节液压缸8内的实时压力信号、膝关节液压缸9内的实时压力信号；髋关节电液伺服阀6和膝关节电液伺服阀7分别判断两个实时压力信号是否分别与两个所述液压缸的预设压力相等，如不相等则控制相应电液伺服阀的阀芯移动，进而控制对应液压缸的输出压力。

液压动力系统由于功率重量比大，且能输出足够大的力，因而非常适用于下肢助力外骨骼这种结构紧凑且重载的系统中。传统液压泵站的体积及重量都非常大，难以移动。且泵站中的油箱需要连通大气，用于下肢助力外骨骼系统中时会导致油液泄露以及混入空气、水、颗粒物。尽管便携式或者微型液压泵站的开发已有一些成功案例，但现有的微型液压泵站仍然存在不足之处。现有的微型液压泵站的结构仍然较为复杂，体积和质量仍然较大，这些会降低下肢助力外骨骼的负重能力，影响使用者穿戴，同时也降低液压动力系统的通用性。

发明内容

为了优化传统的下肢助力外骨骼微型液压泵站，本发明提供一种下肢助力外骨骼微型液压泵站的设计方法、采用所述设计方法得到的下肢助力外骨骼微型液压泵站、所述下肢助力外骨骼微型液压泵站的增压油箱的优化方法、所述下肢助力外骨骼微型液压泵站的蓄能器的优化方法。