[发明专利]容积调速液压系统和助力下肢外骨骼

说明书

技术领域

本发明涉及可穿戴的机械机构技术领域，具体而言，涉及一种容积调速液压系统和助力下肢外骨骼。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的另一目的在于提供一种助力下肢外骨骼，其包括本发明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。

本发明解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的：

本发明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。