[發明專利]一種電液復合驅動的外骨骼助力機器人

在審

• 申請號: 201910472502.7
• 申請日: 2019-05-31
• 公開（公告）號: CN112008689A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 張旭
• 申請（專利權）人: 北京羿升動力科技有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種電液復合驅動的外骨骼助力機器人，包括：軀干外骨骼、大腿外骨骼、小腿外骨骼以及腳支撐部，所述的軀干外骨骼與大腿外骨骼之間通過髖關節連接，所述的大腿外骨骼與小腿外骨骼之間通過膝關節連接，所述的小腿外骨骼與腳支撐部之間通過踝關節連接；所述的軀干外骨骼與大腿外骨骼之間設置有髖關節驅動液壓缸；所述的大腿外骨骼與小腿外骨骼之間設置有膝關節驅動液壓缸；所述的髖關節驅動液壓缸和膝關節驅動液壓缸連接有液壓驅動裝置。本發明是綜合利用了外骨骼助力機器人本身的工況特性和電液復合驅動的特性，保證大驅動力的同時，即降低了系統成本，又減輕了系統重量。

技術領域

本發明涉及外骨骼機器人領域，具體涉及一種電液復合驅動的外骨骼助力機器人。

背景技術

外骨骼助力機器人是一種穿戴在人身上，對人體運動進行輔助增強的機器人。穿戴上外骨骼助力機器人的人，在進行搬運、背負等運動時，外骨骼助力機器人可承擔運動中的一部分負載力，減輕運動中人的負載。

外骨骼助力機器人目前常用的驅動方式有三種：電動驅動、液壓驅動、電液復合驅動。

電動驅動通常是一個伺服電機通過減速器（可能是滾珠絲杠、齒輪箱、諧波減速器、RV減速器等）帶動關節轉動，外骨骼助力機器人上每一個需要對外輸出力量的關節都要安裝一個電機和減速器的組合。這種方案的優點是相關元件產業化程度較高，各種元件較為成熟易于采購選用，研發出來的產品易于產業化，價格成本較低。缺點是電動驅動裝置體積重量較大，驅動力量有限。

液壓驅動則是每一個動力關節都具有一個液壓缸驅動，每個液壓缸都有一個電液伺服閥來控制液壓缸的運動，一臺外骨骼助力機器人上所有的液壓缸的動力由一個液壓泵源來統一提供，液壓泵源可能外置通過液壓管道連接到外骨骼助力機器人上，也可能安裝在外骨骼助力機器人身上。這種方案的優點是輸出力量大，功率重量比大，在外骨骼助力機器人動力關節較多的情況下，能減輕產品重量。缺點是涉及到的元器件尤其是電液伺服閥價格高昂，研制周期花費較大。另外若外骨骼助力機器人動力關節數量較少，則液壓泵源的體積重量可抵消掉液壓缸體積重量輕的優點，此時相比電動驅動優勢不大。

電液復合驅動則介于上兩者之間，其原理是由伺服電機帶動一個可雙向運轉的液壓泵，再由液壓泵直接帶動一個液壓缸來驅動關節運動。相當于由液壓泵和液壓缸來發揮類似于電動驅動系統中減速器的作用。這種方案的優點是動力傳動靠流體來實現，可以實現靈活的布局，比如可將伺服電機和液壓泵布置在軀干部位，液壓缸則布置在肢體關節處，依靠可自由彎曲的液壓軟管連接來傳遞動力，以此來實現更優化的機身重量分布。當關節受到外來沖擊力時，該驅動原理可以通過壓力溢流閥卸掉沖擊力，相比電動驅動更加堅固耐用。該驅動成本價格較電動驅動略高，但低于液壓驅動。該驅動原理的缺點是體積重量較大。

申請公布號為CN 106493714 A（申請號為201611165525.6）的中國發明專利申請公開了一種外骨骼搬運助力機器人，包括背部支架、中央控制器、外骨骼上肢部件與外骨骼下肢部件，中央控制器固定安裝在背部支架的后側；兩個結構相同的下肢部件分別安裝在背部支架的兩側,所述髖關節動力裝置安裝在腰部助力機器人的背部支架與外骨骼下肢連接處，肩關節動力裝置安裝在外骨骼肩部。所述髖關節動力裝置與肩關節動力裝置由傳動裝置、諧波減速器、盤式電機與角度傳感器組成，角度傳感器用以測量關節處的角度值，根據測得的角度值由中央控制裝置制相應關節的運動。該技術方案采用電機驅動，但是電動驅動裝置體積重量較大，驅動力量有限。

發明內容

本發明提供了一種電液復合驅動的外骨骼助力機器人，是綜合利用了外骨骼助力機器人本身的工況特性和電液復合驅動的特性，保證大驅動力的同時，即降低了系統成本，又減輕了系統重量。