容积调速液压系统和助力下肢外骨骼技术方案

本发明专利技术提供的容积调速液压系统和助力下肢外骨骼，涉及可穿戴的机械机构技术领域。该容积调速液压系统应用于助力下肢外骨骼，容积调速液压系统通过调节高速开关阀处于第一开阀状态，动力组件抽取油箱中的液压油至液压缸的无杆腔，驱动液压缸的活塞杆伸长，并通过调节高速开关阀处于第二开阀状态，液压缸的活塞杆收缩，使得液压缸的无杆腔内的液压油回流至油箱。该容积调速液压系统结构简单，自身重量轻，并采用高速开关阀，压力建立延时短，响应速度快，且系统发热低，能耗低。该助力下肢外骨骼，由于采用该容积调速液压系统，自身重量轻，容积调速液压系统占用助力下肢外骨骼的空间小，且容积调速液压系统响应快，系统发热低，能耗低。

Volume speed control system and assisting lower extremities exoskeleton

The invention provides the volume speed control hydraulic system and the aid of the lower extremities exoskeleton, which involves the wearable mechanical mechanism technical field. Application of the volume control hydraulic system to help the lower extremity exoskeleton, the hydraulic system by adjusting the volume speed high speed on-off valve in the first valve opening state, non rod chamber oil to the hydraulic cylinder power component extraction in the fuel tank, a piston rod extension drive hydraulic cylinder, and by adjusting the high-speed on-off valve in the second valve opening state, piston rod contraction the hydraulic cylinder, the cavity without a rod hydraulic cylinder of the hydraulic oil to flow back to the tank. The volumetric speed control hydraulic system has the advantages of simple structure, light weight and high speed on-off valve. The system has short delay, fast response speed, low system heating and low energy consumption. This helps the lower limb exoskeleton, because the volume speed regulating hydraulic system is light in weight, and the volume speed regulating hydraulic system takes up less space in the lower limb exoskeleton, and the volume speed regulating hydraulic system responds quickly, the system heating is low, and the energy consumption is low.

【技术实现步骤摘要】
容积调速液压系统和助力下肢外骨骼
本专利技术涉及可穿戴的机械机构
，具体而言，涉及一种容积调速液压系统和助力下肢外骨骼。
技术介绍
助力外骨骼是以人为控制主体，机械结构为动力主体，机械和人相互独立的随动系统，人可以穿戴助力外骨骼进行一系列活动。助力外骨骼的出现对生产力的发展有着巨大作用，主要作用是在人体运动过程中跟随人体运动，以机械动力提升穿戴者的速度、力量和耐力等运动能力，提高人体运动能效比，扩展人类在了解和改造自然世界方面的能力。动力单元是助力外骨骼的关键组成部分，现有助力外骨骼动力系统就执行器类型而言主要有液压驱动、气压驱动和电机驱动三种。在目前外骨骼领域应用中，液压系统在负重出力方面具有较大优势，也被广泛应用。本领域中的液压动力单元基本存在自身重量重，压力建立过程延时性高，时间长，效率低，系统能耗高等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种容积调速液压系统，该容积调速液压系统自身重量轻，压力建立延时短，响应速度快，且系统发热低，能耗低。本专利技术的另一目的在于提供一种助力下肢外骨骼，其包括本专利技术提供的容积调速液压系统，容积调速液压系统自身重量轻，占用助力下肢外骨骼的空间小，且容积调速液压系统响应快，系统发热低，能耗低。本专利技术解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的：本专利技术提供一种容积调速液压系统，应用于助力下肢外骨骼，所述助力下肢外骨骼包括大腿和小腿，所述小腿与所述大腿铰接；所述容积调速液压系统包括油箱、动力组件、液压缸和高速开关阀；所述高速开关阀的第一油口与所述液压缸的无杆腔连接，所述高速开关阀的第二油口与所述油箱通过所述动力组件连接，所述高速开关阀的第三油口与所述油箱连接，所述液压缸用于与所述大腿连接，所述液压缸的活塞杆用于与所述小腿连接。当所述高速开关阀处于第一开阀状态下，所述动力组件抽取所述油箱中的液压油至所述液压缸的无杆腔，以驱动所述液压缸的活塞杆伸长；当所述高速开关阀处于第二开阀状态下，所述液压缸的活塞杆收缩，使得所述液压缸的无杆腔内的液压油回流至所述油箱。进一步地，所述高速开关阀包括阀体、阀套、阀芯和驱动组件；所述阀体具有容置腔，所述容置腔的侧壁上开设有所述第一油口、所述第二油口和所述第三油口。所述阀芯与所述阀体固定连接，所述阀芯包括阀芯体，所述阀芯体容置于所述容置腔内，所述阀套上设置有连通孔，所述阀套分别与所述容置腔的内壁和所述阀芯体滑动连接，所述驱动组件与所述阀套连接，所述驱动组件用于驱动所述阀套相对所述容置腔的内壁及所述阀芯体滑动，以将所述第一油口和所述第二油口通过所述连通孔连通，或者，将所述第二油口和所述第三油口通过所述连通孔连通，或者，密封所述第一油口、所述第二油口和所述第三油口。进一步地，所述阀芯体上设置有第一油槽、第二油槽和第三油槽，所述第一油槽、所述第二油槽和所述第三油槽分别与所述第一油口、所述第二油口和所述第三油口相对设置；在所述第一开阀状态下，所述连通孔将所述第一油口、所述第二油口、所述第一油槽和所述第二油槽连通；在所述第二开阀状态下，所述连通孔将所述第二油口、所述第三油口、第二油槽和所述第三油槽连通。进一步地，所述第一油槽、所述第二油槽和所述第三油槽均呈环状。进一步地，所述连通孔的数量为多个，多个所述连通孔间隔设置。进一步地，所述阀芯包括连接部，所述连接部和所述阀芯体连接呈T形，所述连接部与所述阀体连接，所述高速开关阀还包括复位件，所述复位件设置在所述阀套与所述连接部之间。进一步地，所述驱动组件包括相互连接的电磁驱动组件和顶杆，所述顶杆远离所述电磁驱动组件的一端与所述阀套连接。进一步地，所述动力组件包括伺服电机和齿轮泵，所述伺服电机与所述齿轮泵连接，所述齿轮泵与所述油箱连接，且所述齿轮泵的出口与所述高速开关阀连接。进一步地，所述容积调速液压系统还包括单向阀、过滤器和溢流阀，所述高速开关阀、所述单向阀、所述过滤器及所述齿轮泵的出口依次连接；所述溢流阀设置在所述单向阀与所述高速开关阀之间，并与所述油箱连接。本专利技术提供的一种助力下肢外骨骼，包括躯体、两个大腿、两个小腿、控制系统和两个所述的容积调速液压系统。每个所述大腿分别与所述躯体铰接，两个所述小腿分别与两个所述大腿远离所述躯体的一端铰接，每个所述液压缸的两端分别与一个所述大腿和与之铰接的所述小腿连接；两个所述高速开关阀分别与所述控制系统电连接，所述控制系统用于分别控制两个所述高速开关阀处于所述第一开阀状态或所述第二开阀状态。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术提供的容积调速液压系统通过调节高速开关阀处于第一开阀状态，动力组件抽取油箱中的液压油至液压缸的无杆腔，驱动液压缸的活塞杆伸长，并通过调节高速开关阀处于第二开阀状态，液压缸的活塞杆收缩，使得液压缸的无杆腔内的液压油回流至油箱。该容积调速液压系统结构简单，自身重量轻，并采用高速开关阀，压力建立延时短，响应速度快，且系统发热低，能耗低。本专利技术提供的助力下肢外骨骼，由于采用该容积调速液压系统，自身重量轻，容积调速液压系统占用助力下肢外骨骼的空间小，且容积调速液压系统响应快，系统发热低，能耗低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术具体实施例提供的助力下肢外骨骼的结构示意图。图2为本专利技术具体实施例提供的容积调速液压系统的结构示意图。图3为本专利技术具体实施例提供的高速开关阀的一种使用状态图。图4为本专利技术具体实施例提供的高速开关阀的另一种使用状态图。图标：100-助力下肢外骨骼；110-躯体；120-髋部；130-大腿；140-小腿；150-足部；170-下肢承载系统；200-容积调速液压系统；212-油箱；213-单向阀；214-过滤器；215-溢流阀；216-动力组件；2161-伺服电机；2162-齿轮泵；220-液压缸；221-无杆腔；223-活塞杆；300-高速开关阀；310-阀体；311-第一油口；312-第二油口；313-第三油口；314-容置腔；320-阀套；321-连通孔；330-阀芯；331-阀芯体；3311-第一油槽；3312-第二油槽；3313-第三油槽；332-连接部；340-驱动组件；3401-电磁驱动组件；341-衔铁；342-衔铁管；343-线圈；344-极靴；3402-顶杆；350-复位件。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种容积调速液压系统，应用于助力下肢外骨骼，所述助力下肢外骨骼包括大腿和小腿，所述小腿与所述大腿铰接；其特征在于，所述容积调速液压系统包括油箱、动力组件、液压缸和高速开关阀；所述高速开关阀的第一油口与所述液压缸的无杆腔连接，所述高速开关阀的第二油口与所述油箱通过所述动力组件连接，所述高速开关阀的第三油口与所述油箱连接，所述液压缸用于与所述大腿连接，所述液压缸的活塞杆用于与所述小腿连接；当所述高速开关阀处于第一开阀状态下，所述动力组件抽取所述油箱中的液压油至所述液压缸的无杆腔，以驱动所述液压缸的活塞杆伸长；当所述高速开关阀处于第二开阀状态下，所述液压缸的活塞杆收缩，使得所述液压缸的无杆腔内的液压油回流至所述油箱。

【技术特征摘要】
1.一种容积调速液压系统，应用于助力下肢外骨骼，所述助力下肢外骨骼包括大腿和小腿，所述小腿与所述大腿铰接；其特征在于，所述容积调速液压系统包括油箱、动力组件、液压缸和高速开关阀；所述高速开关阀的第一油口与所述液压缸的无杆腔连接，所述高速开关阀的第二油口与所述油箱通过所述动力组件连接，所述高速开关阀的第三油口与所述油箱连接，所述液压缸用于与所述大腿连接，所述液压缸的活塞杆用于与所述小腿连接；当所述高速开关阀处于第一开阀状态下，所述动力组件抽取所述油箱中的液压油至所述液压缸的无杆腔，以驱动所述液压缸的活塞杆伸长；当所述高速开关阀处于第二开阀状态下，所述液压缸的活塞杆收缩，使得所述液压缸的无杆腔内的液压油回流至所述油箱。2.如权利要求1所述的容积调速液压系统，其特征在于，所述高速开关阀包括阀体、阀套、阀芯和驱动组件；所述阀体具有容置腔，所述容置腔的侧壁上开设有所述第一油口、所述第二油口和所述第三油口；所述阀芯与所述阀体固定连接，所述阀芯包括阀芯体，所述阀芯体容置于所述容置腔内，所述阀套上设置有连通孔，所述阀套分别与所述容置腔的内壁和所述阀芯体滑动连接，所述驱动组件与所述阀套连接，所述驱动组件用于驱动所述阀套相对所述容置腔的内壁及所述阀芯体滑动，以将所述第一油口和所述第二油口通过所述连通孔连通，或者，将所述第二油口和所述第三油口通过所述连通孔连通，或者，密封所述第一油口、所述第二油口和所述第三油口。3.如权利要求2所述的容积调速液压系统，其特征在于，所述阀芯体上设置有第一油槽、第二油槽和第三油槽，所述第一油槽、所述第二油槽和所述第三油槽分别与所述第一油口、所述第二油口和所述第三油口相对设置；在所述第一开阀状态下，所述连通孔将所述第一油口、所述第二油口、所述第一油槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海波，何健，范曙远，吴小笛，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51