阅读说明：本技术 一种负重型外骨骼液压驱动系统 (Load type exoskeleton hydraulic driving system ) 是由 江金林 张鑫彬 鲜亚平 王晓露 郭加利 金理 朱文杰 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种负重型外骨骼液压驱动系统,包括电机泵组、开关阀、比例阀、双输出液压缸、单输出液压缸、油箱、液压管路。采用容积调速电机泵组与阀相结合方式,通过电机泵组控制油缸运动速度和方向,通过开关阀和比例阀控制油路切换和流量分配,电机泵组按需输出流量与压力,无多余溢流损失,效率较高,发热少。另外,本发明仅采用一套电机泵组来驱动两个关节,通过阀门实现两个关节液压油路之间的切换,能够进一步减小液压系统的体积与重量,可以获得更高的重量密度比。(The invention provides a load-bearing exoskeleton hydraulic driving system which comprises a motor pump set, a switch valve, a proportional valve, a double-output hydraulic cylinder, a single-output hydraulic cylinder, an oil tank and a hydraulic pipeline. The volume speed regulation motor-pump set and the valve are combined, the movement speed and the movement direction of the oil cylinder are controlled through the motor-pump set, the oil circuit switching and the flow distribution are controlled through the switch valve and the proportional valve, the motor-pump set outputs flow and pressure as required, no redundant overflow loss exists, the efficiency is high, and the heat generation is less. In addition, the invention only adopts one set of motor pump set to drive the two joints, realizes the switching between the hydraulic oil paths of the two joints through the valve, can further reduce the volume and the weight of the hydraulic system, and can obtain higher weight-density ratio.)

一种负重型外骨骼液压驱动系统

技术领域

本发明涉及仿人形机器人及可穿戴的机械外骨骼技术领域,更具体的说涉及一种可应用于负重型外骨骼机器人的液压控制系统。

背景技术

负重型外骨骼机器人是针对单兵负重、救援救灾、外场搬运及户外登山运动等具有负重要求的场合而提出的新型人机结合机器，是一种结合了人的智能和机械装置机械能量的特殊系统。

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，在负重型外骨骼上有明显优势。

采用液压驱动的外骨骼机器人目前主要有两种类型，一种是阀控系统，通过液压阀门来控制各个油缸的运行方向和速度，其优势是可以获得较高的响应速度，但系统大部分流量通过溢流阀溢流，整个系统的效率较低。另一种是采用泵控EHA方案，通过改变变量泵的排量或电机转速达到控制油缸运动速度和方向的目的。对于采用泵控EHA的外骨骼系统，能量损耗较少，系统效率高。但是这种方案通常每个关节需要一个EHA，整个系统的体积与重量较大，质量密度比很低。

比如，申请号为201810421622.X，专利名称为一种应用于外骨骼机器人的阀控液压传动系统的发明专利中提及了阀控系统，其存在了多方面的弊端。

为了减少外骨骼机器人的重量，并且克服常规阀控方式效率低的缺陷，本发明专利提出了一种新型的液压驱动系统，采用泵控与阀相组合的方式，即用一个油源系统同时驱动髋、膝两个关节的液压缸动作，实现能量传输。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种负重型外骨骼液压驱动系统，解决上述技术问题中的一个或多个。

根据本发明的一个方面，提供一种负重型外骨骼液压驱动系统，包括电机泵组、开关阀、比例阀、双输出液压缸、单输出液压缸、油箱、液压管路。

在一些实施方式中，所述电机泵组由可调速电机、双向泵、电机控制器组成。

在一些实施方式中，所述双向泵与所述可调速电机相连，在所述双向泵的输出端口与所述双输出液压缸之间串联所述开关阀；在所述双向泵的输出端口和所述单输出液压缸、所述油箱之间串联比例阀。

在一些实施方式中，所述电机控制器与开关阀、比例阀、可调速电机之间的电气部分相连。

在一些实施方式中，所述所述比例阀为三位四通比例阀。

在一些实施方式中，所述双向泵能正反向流量输出。

在一些实施方式中，所述电机控制器能改变所述可调速电机的转速与方向。

在一些实施方式中，所述开关阀为两位四通电磁阀。

在一些实施方式中，所述三位四通比例阀与两位三通开关阀设有对应的工位。

在一些实施方式中，所述双输出液压缸为双输出非对称液压缸。

本发明提供的一种负重型外骨骼液压驱动系统，与现有技术相比，具有以下优点：

1)本发明采用容积调速电机泵组与阀相结合方式，通过电机泵组控制油缸运动速度和方向，通过开关阀和比例阀控制油路切换和流量分配，电机泵组按需输出流量与压力，无多余溢流损失，效率较高，发热少。

2)本发明仅采用一套电机泵组来驱动两个关节，通过阀门实现两个关节液压油路之间的切换，能够进一步减小液压系统的体积与重量，可以获得更高的重量密度比。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的第一种液压原理图；

图2为本发明的第二种液压原理图；

图3为本发明的第三种液压原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

结合图1，一种负重型外骨骼液压驱动系统，包括双向泵3、可调速电机4、电机控制器5、开关阀2、比例阀8、双输出液压缸1、单输出液压缸6、油箱7、液压管路9(P1～P6)。

双向泵3与可调速电机4相连，在双向泵3的输出端口与双输出液压缸1之间串联开关阀2；在双向泵3的输出端口和单输出液压缸6、油箱7之间串联三位四通比例阀8。电机控制器5与开关阀2、比例阀8、可调速电机4之间的电气部分相连。

可调速电机4、双向泵3、电机控制器5组成容积调速的电机泵组，双向泵3可正反向流量输出；在电机控制器5的控制下，可改变可调速电机4的转速与方向。

开关阀2为两位四通电磁阀，其左侧工位为两路分别直通，右侧工位②为液压管路P1、P2均与P4直通，当开关阀得电时，P1、P2均与P4直通；当开关阀失电时，此时处于①工位，P1直通P3、P2直通P4。比例阀(8)为三位四通比例电磁阀，中位机能为Y型，即当比例阀处于中位②时，液压管路P4与P5和P6互通，液压油可回流至油箱。

三位四通比例阀8与两位三通开关阀2有对应的工位，以保证双输出液压缸1和单输出液压缸6能同步或分步驱动、以及同时卸荷。

当三位四通比例阀8在中位②工位、两位三通开关阀2处于右侧工位②时，双输出液压缸1的两腔、单输出液压缸6的连接管路腔均通油箱7，此时实现了两个液压缸的卸荷，两个液压缸可自由伸缩。

双向泵正向或反向工作时，开关阀2均工作在左侧①工位。当双向泵顺时针转动时，液压管P4为高压，比例阀8工作在③工位，可以实现双输出液压缸的收缩(向左运动)和单向液压缸的流量注入；当双向泵逆时针转动时，液压管P3为高压，比例阀8工作在①工位，可以实现双输出液压缸的伸出(向右运动)和单向液压缸的流量注入。

双输出液压缸可以为双输出非对称液压缸，如图1，也可以为双输出对称液压缸，如图2和图3所示；三位四通比例阀至单输出液压缸的油路，可以连接到单输出液压缸有杆腔，也可以至单输出液压缸的无杆腔，如图1和图2。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。