[發明專利]一種電液混合驅動的外骨骼裝置

有效

• 申請號: 201810515794.3
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108670731B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 權龍;葛磊;劉彪;張旭飛;王波;李澤鵬
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 雷立康

本發明公開了一種電液混合驅動的外骨骼裝置，將電機驅動和液壓驅動結合在一起，將原驅動系統換為液電混合驅動，電液機械缸和液壓機械缸作為二次調節元件驅動直線負載。本發明具有結構簡單、操作簡單、節能高效、功率密度大等優點，且具有能量回收功能。

技術領域

本發明屬于動力驅動技術領域，具體涉及一種電液混合驅動的外骨骼裝置。

背景技術

由于人類社會的發展，人們為了提升自身的能力、改善自身的缺陷(例如老人行動不便，腿疾患者等)，開始研制可穿戴機器人。下肢外骨骼是可穿戴機器人中一種，主要提高人體下肢機能，為人體下肢行走提供助力，提高人體承載能力。隨著醫療、軍事、科技的發展，下肢外骨骼技術應用廣泛，己經成為研究的熱點技術。而如何給外骨骼提供一個穩定，安全的動力成為了目前一個重要的難題。

而目前主要的關于外骨骼驅動裝置有：伯克利分校研制的下肢助力外骨骼BLLX，以及Lockheed Martin公司研制的HULC外骨骼裝置，它們都是采用液壓驅動的。日本筑波大學研制的HAL以及合肥智能所研制的下肢外骨骼均是采用電機驅動。如專利授權公告號為“CN105030487B”，名稱為“一種氣動人工肌肉驅動的仿生柔性穿戴式下肢外骨骼服”，該專利提出：在每個助力關節處以氣動人工肌肉作為驅動元件，通過向氣動人工肌肉充氣，增大內部氣壓使其縮短，模擬肌肉收縮在人體下肢的相應部位產生助力，但存在對使用者關節部位施加驅動力不足，穿戴后行走不靈活等問題。又如“CN104083236A”，名稱為“一種緊湊型下肢外骨骼驅動裝置”。該專利是以電機為動力通過機械結構產生助力，存在安全性和驅動力不足等問題。

目前，外骨骼的驅動裝置主要有液壓驅動、電機驅動和氣壓驅動三種主要驅動方式。液壓驅動主要缺點是工作介質液體容易泄露，污染環境，液壓元件價格昂貴，液體可壓縮，效率低等；電機驅動的缺點有易受外界負載影響，電機、減速器體積和重量大，慣性大，平衡性較差等；氣壓驅動的缺點有氣體可壓縮性大，氣壓驅動精確度低，可控性差，響應速度低。

發明內容

本發明針對外骨骼驅動存在的驅動力和力矩不足、位置控制不精確、靈敏度低等缺點，提出一種電液混合驅動的外骨骼裝置，將左腿髖關節、左腿膝關節、右腿髖關節和右腿膝關節的電機驅動和液壓驅動結合在一起，將原驅動系統換為液電混合驅動，具有輸出力矩大，定位準確，工作平穩等優點。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種電液混合驅動的外骨骼裝置，包括載荷板(27)、腰帶(28)、左腿(40)、右腿(39)、左腿髖關節驅動器(34)、左腿膝關節驅動器(36)、右腿髖關節驅動器(29)、右腿膝關節驅動器(31)和第I液壓驅動回路(41)，左腿和右腿結構相同，均包括大腿(30)、小腿(32)、腳(33)、髖曲關節(35)、膝關節(37)和踝關節(38)，載荷板、腰帶與大腿之間通過髖曲關節相連，大腿與小腿之間通過膝關節相連；

所述的左腿髖關節驅動器、左腿膝關節驅動器、右腿髖關節驅動器、右腿膝關節驅動器是液壓機械缸(11)，其中，液壓機械缸包括第Ⅱ變量液壓泵/馬達(16)、第Ⅱ傳動箱(17)和第Ⅱ機械缸(18)；第Ⅱ變量液壓泵/馬達和第Ⅱ傳動箱的輸入端同軸連接，第Ⅱ傳動箱的輸出端和第Ⅱ機械缸的輸入端同軸連接；第Ⅱ變量液壓泵/馬達通過第Ⅱ傳動箱連接至第Ⅱ機械缸；