一种外骨骼机器人用微型液压伺服系统技术方案

本发明专利技术提供一种外骨骼机器人用微型液压伺服系统，包括油箱、液压伺服动力单元和关节油缸，关节油缸若干，液压伺服动力单元若干且共用一油箱且每一液压伺服动力单元设有一油泵和与油泵匹配的电机，该油泵输出控制位于人体一股或肱上的一个或多个关节油缸且每一油泵控制不同关节油缸，每一电机通过调节转速控制对应油泵流量用于匹配该油泵控制的关节油缸所承受的负载压力。本发明专利技术避免液压系统一直处于高压工作状态，最大限度地减少系统发热，提高系统运行效率和延长工作时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种液压控制技术，特别是一种外骨骼机器人用微型液压伺服系统。
技术介绍
外骨骼机器人是一种可以让人穿戴的人机一体化机械装置，能够提供对人体柔软内部器官进行构型，建筑和保护的外部结构，特别是下肢外骨骼机器人被用于扩充或增强一个人的生理机能。由于外骨骼机器人能将支撑、运动、防护三项功能紧密结合在一起，具有许多独特的性能优势，因此可被广泛应用在军事(提高士兵作战效能)、民用(建筑作业、抗震救灾及抢险)和医疗(病床护理、医疗康复)等领域。目前，外骨骼机器人主要采用液压驱动和电机驱动，与电机驱动相比，液压驱动承载能力大且易于小型化，传动平稳且具有缓冲功能，容易控制且特别适用于野外的使用环境，因此液压驱动在外骨骼机器人中有更广泛的应用，液压驱动式外骨骼机器人无论在军事上还是民用上，都是未来的发展趋势。但目前国内紧凑式液压伺服系统基本依赖于进口，采用常规的液压原理和液压结构，通过一套电机-泵动力系统，为所有执行元件(即关节油缸)提供压力和流量，使液压系统始终处于高压力和大流量的工作状态，导致液压系统工作时间短，噪音大，功率质量比较低等问题，不能满足外骨骼机器人低噪音、轻质量、长时间工作的要求。因此设计一种为外骨骼机器人提供动力的重量轻、散热快、工作时间长的微型液压伺服系统具有非常重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种外骨骼机器人用微型液压伺服系统，解决以往液压伺服系统高耗低效、质量重、发热大及工作时间短的问题，更好地满足外骨骼机器人的工作需求。一种外骨骼机器人用微型液压伺服系统，包括油箱、液压伺服动力单元和关节油缸。所述关节油缸若干，所述液压伺服动力单元若干且共用一油箱且每一液压伺服动力单元设有一油泵和与油泵匹配的电机；该油泵输出控制位于人体一股或肱上的一个或多个关节油缸且每一油泵控制不同关节油缸；每一电机通过调节 转速控制对应油泵流量用于匹配该油泵控制的关节油缸所承受的负载压力。基于上述系统，每一液压伺服动力单元包括油泵、电机、过滤器、前端电磁阀、安全阀，还包括与液压伺服动力单元中油泵控制的关节油缸数量匹配的关节电磁阀、伺服阀、测压接头；其中油泵入油孔与油箱出油孔连接，电机与油泵连接，过滤器入油孔与油泵出油孔连接，过滤器出油孔分别与前端电磁阀输入端、安全阀输入端、压力传感器和伺服阀输入端连接，前端电磁阀输出端与邮箱回流孔连接，安全阀输出端分别与关节电磁阀输入端和伺服阀输入端连接，关节电磁阀输出端与测压接头连接，伺服阀输出端与关节油缸连接。基于上述系统，所述油箱顶部设置呼吸阀和密封碗；其中呼吸阀于油箱内压强超过大气压时开启且在邮箱内外压差为零时关闭，密封碗设置于呼吸阀和油箱间。基于上述系统，所述电磁阀为二位二通电磁阀。基于上述系统，所述电机为直流无刷电机。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(1)根据外骨骼机器人的工作特点，本专利技术利用两套独立的液压伺服动力单元提供动力，实现定排量变速控制，避免液压系统一直处于高压工作状态，最大限度地减少系统发热，提高系统运行效率和延长工作时间。(2)采用小型高效嵌入式油泵+直流无刷电机的动力组合，对液压系统进行高度集成设计，实现系统结构的轻量化和小型化，同时还能降低系统的工作噪音。(3)系统通过二位二通电磁阀可使膝关节油缸和髋关节油缸处于随动状态，便于外骨骼机器人装置的穿戴和行走。下面结合说明书附图对本专利技术做进一步描述。附图说明图1为本专利技术的液压原理图。图2为本专利技术实施例的外观结构图。图3为本专利技术实施例的正面剖视图。具体实施方式结合图1，一种外骨骼机器人用微型液压伺服系统，包括油箱、液压伺服动力单元和关节油缸。所述关节油缸若干，所述液压伺服动力单元若干且共用一油 箱且每一液压伺服动力单元设有一油泵和与油泵匹配的电机；该油泵输出控制位于人体一股或肱上的一个或多个关节油缸且每一油泵控制不同关节油缸；每一电机通过调节转速控制对应油泵流量用于匹配该油泵控制的关节油缸所承受的负载压力。每一液压伺服动力单元包括油泵、电机、过滤器、前端电磁阀、安全阀，还包括与液压伺服动力单元中油泵控制的关节油缸数量匹配的关节电磁阀、伺服阀、测压接头；其中油泵入油孔与油箱出油孔连接，电机与油泵连接，过滤器入油孔与油泵出油孔连接，过滤器出油孔分别与前端电磁阀输入端、安全阀输入端、压力传感器和伺服阀输入端连接，前端电磁阀输出端与邮箱回流孔连接，安全阀输出端分别与关节电磁阀输入端和伺服阀输入端连接，关节电磁阀输出端与测压接头连接，伺服阀输出端与关节油缸连接。所述油箱顶部设置呼吸阀和密封碗；其中呼吸阀于油箱内压强超过大气压时开启且在邮箱内外压差为零时关闭，密封碗设置于呼吸阀和油箱间。所述油泵设置于油箱内。所述安全阀内设置液压伺服动力单元油路最大压力，若油路压力大于最大压力，则工作降低油路压力。所述测压接头接外部压力表。所述电磁阀为二位二通电磁阀。所述电机为直流无刷电机。本专利技术能更好地满足外骨骼机器人的工作需求，除了在部队配备的外骨骼机器人上应用外，还可以为部队后勤、抢险救灾、病人康复等领域的外骨骼机器人提供动力源。实施例结合图2、图3，本实施例以膝关节和髋关节为例设计两套独立的液压伺服动力单元，其中一套液压伺服动力单元驱动第一膝关节油缸28和第一髋关节油缸30，另一套液压伺服动力单元驱动第二膝关节油缸29和第二髋关节油缸31。两套液压伺服动力单元共用油箱1。一套液压伺服动力单元包括第一油泵4、第一电机6、第一过滤器8、第一压力传感器10、第一安全阀12、第一伺服阀14、第二伺服阀15、第一电磁阀 18、第二电磁阀19、第三电磁阀20、第一测压接头24、第二测压接头25。其中第一过滤器8、第一压力传感器10、第一安全阀12、第一伺服阀14、第二伺服阀15、第一电磁阀18、第二电磁阀19、第三电磁阀20、第一测压接头24、第二测压接头25均集成在第一阀块32上。第一油泵4提供的高压油直接进入阀块，通过第一过滤器8和阀块内部油路后分别与第一压力传感器10、第一安全阀12、第一伺服阀14、第二伺服阀15和第三电磁阀20相连；通过阀块内油路分别连接第一安全阀12、第一伺服阀14、第二伺服阀15、第一电磁阀18、第二电磁阀19、第三电磁阀20的出油口，最终将出油口统一后回油箱1。第一伺服阀14和第一电磁阀18与第一膝关节油缸28相连，第二伺服阀15和第二电磁阀19与第一髋关节油缸30相连，通过控制伺服阀实现对关节油缸位移的控制。另一套动力单元包括油箱1、呼吸阀2、密封碗3、第二油泵5、第二电机7、第二过滤器9、第二压力传感器11、第二安全阀13、第三伺服阀16、第四伺服阀17、第四电磁阀21、第五电磁阀22、第六电磁阀23、第三测压接头26、第四测压接头27。其中第二过滤器9、第二压力传感器11、第二安全阀13、第三伺服阀16、第四伺服阀17、第四电磁阀21、第五电磁阀22、第六电磁阀23、第三测压接头26、第四测压接头27均集成在第二阀块33上。第二油泵5提供的高压油直接进入阀块，通过第二过滤器9和阀块内部油路后分别与第二压力传感器11、第二安全阀13、第三伺服阀16、第四伺服阀17和第六电磁阀23相连；通过阀块内油路分别连接第二安全阀13、第三伺服阀16、第四伺服阀17、第四电磁阀21、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外骨骼机器人用微型液压伺服系统，包括油箱、液压伺服动力单元和关节油缸，其特征在于，所述关节油缸若干，所述液压伺服动力单元若干且共用一油箱且每一液压伺服动力单元设有一油泵和与油泵匹配的电机；该油泵输出控制位于人体一股或肱上的一个或多个关节油缸且每一油泵控制不同关节油缸；每一电机通过调节转速控制对应油泵流量用于匹配该油泵控制的关节油缸所承受的负载压力。

【技术特征摘要】
1.一种外骨骼机器人用微型液压伺服系统，包括油箱、液压伺服动力单元和关节油缸，其特征在于，所述关节油缸若干，所述液压伺服动力单元若干且共用一油箱且每一液压伺服动力单元设有一油泵和与油泵匹配的电机；该油泵输出控制位于人体一股或肱上的一个或多个关节油缸且每一油泵控制不同关节油缸；每一电机通过调节转速控制对应油泵流量用于匹配该油泵控制的关节油缸所承受的负载压力。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每一液压伺服动力单元包括油泵、电机、过滤器、前端电磁阀、安全阀，还包括与液压伺服动力单元中油泵控制的关节油缸数量匹配的关节电磁阀、伺服阀、测压接头；其中油泵入油孔与油箱出油孔连接，电机与油泵连接，过滤器入油孔与油泵出油孔连接，过滤器出油孔分别与前端电磁阀输入端、安全阀输入端、压力传感器和伺服阀输入端连接，前端电磁阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊彬，袁昌耀，曹秀芳，宋小路，孙家庆，魏雪曼，韩宁，涂亦虓，张燕枝，
申请(专利权)人：南京晨光集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32