[发明专利]应用于负载机动型外骨骼的液压系统及液压驱动方法

说明书

本发明公开了一种应用于负载机动型外骨骼的液压系统及液压驱动方法，系统的两路液压回路并联，且均连接油囊、髋关节液压缸和膝关节液压缸，膝关节液压缸处设有位置传感器；在每路液压回路中，液压泵连接油囊和单向阀，单向阀再连接髋关节液压缸和膝关节液压缸，液压阀也连接油囊、髋关节液压缸和膝关节液压缸，从而构成封闭回路；电机连接并驱动液压泵，并且通过控制自身转速来控制液压缸运动过程中的油压，通过液压泵和单向阀控制液压缸伸长运动过程中的流量，以驱动液压缸的伸长运动；液压缸的缩回运动由人腿自行驱动，其中，液压缸的换相和缩回运动过程中的流量通过液压阀控制。本发明液压系统结构紧凑、重量轻、体积小、实用性佳。

技术领域

本发明涉及外骨骼驱动技术领域，特别涉及一种应用于负载机动型外骨骼的液压系统及液压驱动方法。

背景技术

负载机动型外骨骼是一套由机械系统、传感系统、动力系统、控制系统等组成的高科技智能化装备，穿戴者既是外骨骼的操作对象，也是使用对象，能与穿戴者携行助力、增强穿戴者体能、减轻和预防穿戴者损伤等。

动力系统是负载机动型外骨骼的能量来源，直接决定了外骨骼的工作效率、运行时间和能源利用率，间接影响着外骨骼的稳定性、可靠性与安全性。当前下肢外骨骼的驱动系统主要有两类方案：一类以蓄电池为能源载体，驱动系统直接输出电力，驱动基于电机的作动器。另外一类是以蓄电池为能源载体，动力采用电机驱动液压系统，以流体传动的方式驱动外骨骼肢体动作。蓄电池-电机方案具有结构简单、可控性好等优点，但在驱动性能上较差。蓄电池－液压方案则具有较高的功率重量比(动力机构功率与重量之比)与较好的控制精度(液压流体通常不可压缩)，因此负载型外骨骼通常采用蓄电池－液压方案。

目前，负载型外骨骼基本都采用双作用液压缸，然而双作用液压缸在体积和重量上都较大，且其伸出和收回都需要控制，使得驱动油路也较为复杂，加重负载机动型外骨骼受到体积与重量的制约，导致负载机动型外骨骼在实用性上常常受限。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种应用于负载机动型外骨骼的液压系统，该液压系统具有结构紧凑、重量轻、体积小、实用性佳的优点。

本发明的第二目的在于提供一种应用于负载机动型外骨骼的液压驱动方法。

本发明的第三目的在于提供一种负载机动型外骨骼系统。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：

一种应用于负载机动型外骨骼的液压系统，包括油囊、两路液压回路、2个髋关节液压缸和2个膝关节液压缸，髋关节液压缸和膝关节液压缸均采用单作用油缸，每路液压回路均通过液压管连接油囊、对应的1个髋关节液压缸和1个膝关节液压缸；

每路液压回路包括电机、液压泵、单向阀、液压管和液压阀，电机、液压泵和液压阀均与外骨骼系统中的电源相连接，并由电源供电；电机与外骨骼系统中的控制系统相连接，并由控制系统控制其工作状态；单向阀和液压阀分别与控制系统相连接，并由控制系统控制其开度；

在每路液压回路中，液压泵通过液压管连接油囊和单向阀，单向阀再通过液压管连接髋关节液压缸和膝关节液压缸，液压阀也通过液压管连接油囊、髋关节液压缸和膝关节液压缸，从而构成封闭回路；

电机连接并驱动液压泵，并且通过控制自身转速来控制液压泵；电机通过液压泵控制髋关节液压缸和膝关节液压缸伸长及缩回运动过程中的油压，通过液压泵和单向阀控制髋关节液压缸和膝关节液压缸伸长运动过程中的流量，以驱动髋关节液压缸和膝关节液压缸的伸长运动；髋关节液压缸和膝关节液压缸的缩回运动由人腿自行驱动，其中，髋关节液压缸和膝关节液压缸的换相和缩回运动过程中的流量通过液压阀控制；

每路液压回路的膝关节液压缸处均设有位置传感器，位置传感器连接控制系统，用于实时检测膝关节液压缸的位置，并将采集的数据发送给控制系统。