[发明专利]一种电液复合驱动的外骨骼助力机器人

说明书

本发明公开了一种电液复合驱动的外骨骼助力机器人，包括：躯干外骨骼、大腿外骨骼、小腿外骨骼以及脚支撑部，所述的躯干外骨骼与大腿外骨骼之间通过髋关节连接，所述的大腿外骨骼与小腿外骨骼之间通过膝关节连接，所述的小腿外骨骼与脚支撑部之间通过踝关节连接；所述的躯干外骨骼与大腿外骨骼之间设置有髋关节驱动液压缸；所述的大腿外骨骼与小腿外骨骼之间设置有膝关节驱动液压缸；所述的髋关节驱动液压缸和膝关节驱动液压缸连接有液压驱动装置。本发明是综合利用了外骨骼助力机器人本身的工况特性和电液复合驱动的特性，保证大驱动力的同时，即降低了系统成本，又减轻了系统重量。

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人领域，具体涉及一种电液复合驱动的外骨骼助力机器人。

背景技术

外骨骼助力机器人是一种穿戴在人身上，对人体运动进行辅助增强的机器人。穿戴上外骨骼助力机器人的人，在进行搬运、背负等运动时，外骨骼助力机器人可承担运动中的一部分负载力，减轻运动中人的负载。

外骨骼助力机器人目前常用的驱动方式有三种：电动驱动、液压驱动、电液复合驱动。

电动驱动通常是一个伺服电机通过减速器（可能是滚珠丝杠、齿轮箱、谐波减速器、RV减速器等）带动关节转动，外骨骼助力机器人上每一个需要对外输出力量的关节都要安装一个电机和减速器的组合。这种方案的优点是相关元件产业化程度较高，各种元件较为成熟易于采购选用，研发出来的产品易于产业化，价格成本较低。缺点是电动驱动装置体积重量较大，驱动力量有限。

液压驱动则是每一个动力关节都具有一个液压缸驱动，每个液压缸都有一个电液伺服阀来控制液压缸的运动，一台外骨骼助力机器人上所有的液压缸的动力由一个液压泵源来统一提供，液压泵源可能外置通过液压管道连接到外骨骼助力机器人上，也可能安装在外骨骼助力机器人身上。这种方案的优点是输出力量大，功率重量比大，在外骨骼助力机器人动力关节较多的情况下，能减轻产品重量。缺点是涉及到的元器件尤其是电液伺服阀价格高昂，研制周期花费较大。另外若外骨骼助力机器人动力关节数量较少，则液压泵源的体积重量可抵消掉液压缸体积重量轻的优点，此时相比电动驱动优势不大。

电液复合驱动则介于上两者之间，其原理是由伺服电机带动一个可双向运转的液压泵，再由液压泵直接带动一个液压缸来驱动关节运动。相当于由液压泵和液压缸来发挥类似于电动驱动系统中减速器的作用。这种方案的优点是动力传动靠流体来实现，可以实现灵活的布局，比如可将伺服电机和液压泵布置在躯干部位，液压缸则布置在肢体关节处，依靠可自由弯曲的液压软管连接来传递动力，以此来实现更优化的机身重量分布。当关节受到外来冲击力时，该驱动原理可以通过压力溢流阀卸掉冲击力，相比电动驱动更加坚固耐用。该驱动成本价格较电动驱动略高，但低于液压驱动。该驱动原理的缺点是体积重量较大。

申请公布号为CN 106493714 A（申请号为201611165525.6）的中国发明专利申请公开了一种外骨骼搬运助力机器人，包括背部支架、中央控制器、外骨骼上肢部件与外骨骼下肢部件，中央控制器固定安装在背部支架的后侧；两个结构相同的下肢部件分别安装在背部支架的两侧,所述髋关节动力装置安装在腰部助力机器人的背部支架与外骨骼下肢连接处，肩关节动力装置安装在外骨骼肩部。所述髋关节动力装置与肩关节动力装置由传动装置、谐波减速器、盘式电机与角度传感器组成，角度传感器用以测量关节处的角度值，根据测得的角度值由中央控制装置制相应关节的运动。该技术方案采用电机驱动，但是电动驱动装置体积重量较大，驱动力量有限。

发明内容

本发明提供了一种电液复合驱动的外骨骼助力机器人，是综合利用了外骨骼助力机器人本身的工况特性和电液复合驱动的特性，保证大驱动力的同时，即降低了系统成本，又减轻了系统重量。