[发明专利]一种外骨骼泵阀联合控制装置及控制方法

权利要求书

1.一种外骨骼泵阀联合控制装置，包括传感器装置、设置在外骨骼髋部的伺服电机、液压定量泵、伺服阀和液压缸；

所述液压定量泵通过联轴器与伺服电机连接，所述伺服阀与所述液压定量泵连接，所述液压缸与所述伺服阀连接；

所述伺服电机转动带动所述液压定量泵单向旋转，通过控制伺服电机转速调节所述液压定量泵的输出流量，控制所述伺服电机扭矩调节所述液压定量泵输出压力，所述伺服阀通过节流，控制所述液压缸的收缩以适应外骨骼的动作模式的膝关节运动。

2.如权利要求1所述的一种，其特征在于，所述传感器装置包括四只脚底压力传感器、外骨骼泵阀联合控制装置器、一只压力传感器、五个模式按钮；

所述四只脚底压力传感器分别设置在两只外骨骼传感鞋的前掌和后跟处，所述压力传感器设置在外骨骼右膝关节前部，用于感知单腿跪地模式；所述模式按钮设置在外骨骼背带上，用于接收人为指令。

3.如权利要求1所述的一种外骨骼泵阀联合控制装置，其特征在于，所述伺服电机包括旋转变压器和电流计，所述旋转变压器和电流计测量伺服电机的转速和电流，由电流计算得到当前电机的输出扭矩。

4.如权利要求1所述的一种外骨骼泵阀联合控制装置，其特征在于，所述液压缸的进油口处设置流体压力传感器，所述流体压力传感器用于测量液压缸的入口压力。

5.一种外骨骼泵阀联合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：根据四只脚底压力传感器、五个模式按钮、一只右膝关节压力传感器信息进行融合判断当前人体5种典型动作模式的控制任务调度逻辑，实现人机携行过程中站立、行走、单腿跪地、单腿起立、双腿蹲几种动作模式之间的正常切换控制；

第二步：依据样机在不同负重条件下携行试验，设计电机期望扭矩指令；依据不同动作模式下所需的液压输出流量试验，设计各动作模式下电机期望转速指令；依据人在触地阶段地面垂直反力的变化特性，设计液压缸期望压力指令；这三种指令作为外骨骼泵阀联合控制方法的参考输入；

第三步：采用伺服电机驱动液压定量泵；对电机转速同时进行扭矩伺服和转速调节控制；电机转速在给定范围内时，通过控制电机电流实现电机的扭矩伺服控制；当电机转速超过一定的上下限后，通过控制伺服电机电压实现电机的转速调节控制；

第四步：伺服阀控制液压缸进行压力伺服控制，所述压力伺服控制具体是通过设置在液压缸入口处的两只流体压力传感器，测量液压缸实际压力，与不同动作模式和不同负重条件下的期望压力进行偏差控制，实现液压缸压力伺服。

6.  如权利要求5所述的一种外骨骼泵阀联合控制方法，其特征在于，所述第二步中扭矩伺服控制具体为：通过伺服电机中设置的电流计反馈当前电流，间接得到伺服电机当前输出扭矩，与不同负重条件下设计的期望扭矩进行偏差控制，实现扭矩伺服。

7.如权利要求5所述的一种外骨骼泵阀联合控制方法，其特征在于，所述第二步中转速调节控制具体为：通过伺服电机中设置的旋转变压器测得当前电机转速，与不同动作模式下设计的期望转速进行偏差控制，实现转速调节。

8.   如权利要求5所述的一种外骨骼泵阀联合控制方法，其特征在于，在所述第一步中：在站立和行走模式中，采用脚底压力传感器进行判断，在单腿跪地与单腿起立模式中，分别设计两条线程，第一主线程依据设置在外骨骼右膝关节上的压力传感器感知在跪地过程中外骨骼是否与地面接触，如果未与地面接触，切换到辅助线程进行判别，第一辅助线程通过软件中的数字解算判断当前液压缸是否到达跪地阶段的最短行程，如果已到达最短行程，则跪地模式结束，伺服阀开口大小保持不变；起立过程中也分别设计两条线程，第二主线程依据安装在外骨骼右膝关节上的压力传感器感知外骨骼是否与地面接触，如果人体跪地姿态一旦出现问题，随时切换到第二辅助线程进行判别，第二辅助线程判断当前液压缸是否到达站立阶段的最长行程，如果已到达最长行程，则单腿起立模式结束，并切换到行走模式。