[发明专利]一种应用于外骨骼机器人的泵控液压传动系统

说明书

本发明公开了一种应用于外骨骼机器人的泵控液压传动系统，包括：伺服电机、双向液压泵、流量匹配阀、助力功能开关阀、油缸和储油容器；采用伺服电机驱动双向旋转的液压泵，通过电机旋向和转速的调节实现执行机构的换向和调速，执行机构需求压力与液压泵工作压力实时匹配，无效能耗小，传动效率可大幅提高。

技术领域

本发明涉及机械工程技术领域，更具体的说是涉及一种应用于外骨骼机器人的泵控液压传动系统。

背景技术

外骨骼机器人是一种穿戴在人体上的人机协作装置，在军事、物流、抢险、助残等领域具有广阔应用前景。国内外已有多家机构开展了外骨骼机器人的研发，并获得阶段性研究成果。

按传动形式划分，外骨骼机器人主要有电传动(电机驱动减速机或丝杆)、液压传动(液压油驱动油缸)、气压传动(压缩空气驱动气缸)等三类。其中，液压传动因其功率密度高、输出力量大而在重载型(负重型)外骨骼机器人上成为主流传动方案。

液压传动的外骨骼机器人，一般采用电液伺服阀来控制各油缸的运行方向和运行速度。阀控系统的核心优势是可以获得较高的响应速度，特别是采用恒压油源并增加蓄能器时，因待机压力高，伺服阀响应速度很快，且液压系统瞬时输出功率可以远大于电机最大输出功率。

阀控系统的本质是节流调速，在获得较高响应速度的同时，传动效率相对较低是其先天不足，特别是采用电液伺服阀的恒压油源系统。

其原因在于，在阀控系统中，多个执行机构共用液压油源，油源压力需要满足各执行机构中负载最大的执行机构在运行过程中出现的最高压力需求。各执行机构在同一时刻工作压力需求不同，同一执行机构在不同时刻工作压力需求也不同(机械臂夹角的变化会导致油缸受力的变化)，而液压油源的压力却始终适应的是最高压力需求，这就导致大部分工况下液压油源的总输出功率远大于执行机构需求功率之和，使得无效能耗居高不下。

因此，如何提供一种无效能耗小，传动效率高的应用于外骨骼机器人的泵控液压传动系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种应用于外骨骼机器人的泵控液压传动系统，采用伺服电机驱动双向旋转的液压泵，通过电机旋向和转速的调节实现执行机构的换向和调速，执行机构需求压力与液压泵工作压力实时匹配，无效能耗小，传动效率可大幅提高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于外骨骼机器人的泵控液压传动系统，包括：伺服电机、双向液压泵、流量匹配阀、助力功能开关阀、油缸和储油容器；

所述伺服电机驱动双向旋转的所述双向液压泵，所述双向液压泵至少设置有两个出油口，分别为：液压泵第一出油口和液压泵第二出油口；所述流量匹配阀的流量匹配阀第一出油口与所述双向液压泵的液压泵第一出油口连通，所述流量匹配阀的流量匹配阀第二出油口与所述双向液压泵的液压泵第二出油口连通；并且所述流量匹配阀的流量匹配阀补油泄油口与所述储油容器连通；

所述助力功能开关阀为电控换向阀或手动换向阀或具有电控换向和手动换向控制换向的开关阀；

所述助力功能开关阀有两个工作位，分别为第一工作位和第二工作位；所述助力功能开关阀的初始位为第一工作位或第二工作位；所述助力功能开关阀处于第一工作位时，通过改变所述伺服电机的旋向和转速可改变所述油缸的运行方向和运行速度；所述助力功能开关阀处于第二工作位时，所述油缸的运行方向和运行速度不受所述伺服电机的控制，油缸可在外力作用下自由伸缩。