[實用新型]一種助力模式自動切換閥及外骨骼機器人液壓傳動系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN208870860U
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 歐陽小平;侯剛;曹明遠;楊毛
• 申請（專利權）人: 貴陽海之力液壓有限公司
• 主分類號: F15B11/08
• 分類號: F15B11/08;F15B13/02
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本實用新型提供了一種助力模式自動切換閥及外骨骼機器人液壓傳動系統(tǒng)，助力模式自動切換閥的工作狀態(tài)受供油壓力自動控制：進油口建立壓力時自動切換為助力模式，進油口失壓時自動切換為不助力模式，簡化了控制、降低了能耗；既適用于泵控液壓傳動系統(tǒng)，也適用于閥控液壓傳動系統(tǒng)；且助力模式自動切換閥結構緊湊，體積小，重量輕，有利于外骨骼機器人液壓傳動系統(tǒng)的集成。

技術領域

本實用新型涉及機械工程技術領域，更具體的說是涉及一種助力模式自動切換閥及外骨骼機器人液壓傳動系統(tǒng)。

背景技術

外骨骼機器人是一種穿戴在人體上的人機協(xié)作裝置，在軍事、物流、搶險、助殘等領域具有廣闊應用前景。液壓傳動因其功率密度高、輸出力量大而在重載型外骨骼機器人上成為主流傳動方案。

液壓傳動的外骨骼機器人一般采用油缸來驅動機械臂運動，油缸的最大運動速度受制于液壓系統(tǒng)最大瞬時流量。外骨骼機器人工作過程中，在某些特殊情況下——比如非支撐腿快速抬腿邁步、人體緊急調整步態(tài)防止摔倒、以及電池能量耗盡等情況下，如果人體不能越權帶動機械臂運動，機械臂就會成為人體運動的障礙。為解決該問題，現有技術采用的方案是通過電磁閥、高速開關閥或手動閥來實現助力功能的開啟或關閉，具體實施時一般采用電磁閥或高速開關閥，而手動閥手動操作僅作為備用功能，在助力功能關閉時油缸進油口連通油箱，油缸可在外力作用下自由伸縮，人體可越權帶動機械臂運動。

采用電磁閥或高速開關閥來實現助力功能開啟或關閉的技術方案，主要存在以下幾方面的不足：

第一，對于高度集成的外骨骼機器人液壓系統(tǒng)來說，電磁閥或高速開關閥本身重量相對于成套液壓系統(tǒng)重量所占比重較大，而為了安裝電磁閥或高速開關閥又會導致集成閥塊外形和重量的增加，最終導致成套液壓系統(tǒng)外形和重量的顯著增加。外骨骼機器人是一種人體穿戴裝置，對液壓系統(tǒng)的外形和重量非常敏感。特別是在伺服泵控液壓傳動系統(tǒng)中，為提高響應速度，簡化液壓管路，通常要求液壓源和油缸就近連接或者集成一體，再安裝在非常局促的空間內，這就對液壓系統(tǒng)整體外形和重量的要求更加嚴苛。在一般工業(yè)用途的大功率液壓系統(tǒng)中，增減一個電磁閥或高速開關閥對整體外形和重量的影響通常可忽略不計；但在高度集成的外骨骼機器人伺服泵控液壓傳動系統(tǒng)中，增減一個電磁閥或高速開關閥對液壓系統(tǒng)的外形重量影響卻非常大。去掉一個電磁閥或高速開關閥，液壓系統(tǒng)整體重量甚至可以下降10％-20％。

第二，電磁閥或高速開關閥的存在增加了液壓系統(tǒng)能耗。為避免電池電量耗盡后人體無法運動，電磁閥或高速開關閥斷電狀態(tài)通常為不助力模式，電磁閥或高速開關閥保持通電狀態(tài)才能助力。雖然電磁閥或高速開關閥能耗本身并不大，但對于額定功率同樣也不大的伺服電機來說，電磁閥或高速開關閥能耗所占比例不容忽視。對于伺服泵控液壓傳動系統(tǒng)來說，電磁閥或高速開關閥額定功率可達到伺服電機額定功率的5％-10％，而按照平均使用功率來計算占比會更大。因此，如果去掉電磁閥或高速開關閥，可以有效提高電池續(xù)航時間。

第三，電磁閥或高速開關閥的存在不利于液壓系統(tǒng)的外觀造型設計。電磁閥或高速開關閥很難內置到本身外形就很小的閥塊內，電磁閥或高速開關閥外露在液壓站表面形成一個突起，不僅影響美觀，還對穿戴者的行動產生干擾。

第四，控制上相對復雜。相對復雜是相對于不用電磁閥或高速開關閥而言，盡管在技術上解決電磁閥或高速開關閥的控制并不難，但畢竟多一個控制點位，多一組數據線；顯然，取消電磁閥或高速開關閥對簡化控制無疑是有利的。

因此，如何提供一種助力模式自動切換閥及外骨骼機器人液壓傳動系統(tǒng)是本領域技術人員亟需解決的問題。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型提供了一種助力模式自動切換閥及外骨骼機器人液壓傳動系統(tǒng)，助力模式自動切換閥能夠受供油壓力自動控制，進油口建立壓力時自動切換為助力模式，進油口失壓時自動切換為不助力模式，簡化了控制、降低了能耗；既適用于泵控液壓傳動系統(tǒng)，也適用于閥控液壓傳動系統(tǒng)；且助力模式自動切換閥結構緊湊，體積小，重量輕，有利于外骨骼機器人液壓傳動系統(tǒng)的集成。