[发明专利]一种用于外骨骼机器人的变刚度关节液压驱动控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种用于外骨骼机器人的变刚度关节液压驱动控制系统，其特征在于：包括用于反馈信息及系统规划信息的主控制器(1)，还包括：

左腿传感器检测模块(2)/右腿传感器检测模块(5)，通过位移及力传感器测量液压缸位移值及助力值，用作系统反馈；

左腿电机驱动模块(3)/右腿电机驱动模块(6)，通过电机控制泵流量，控制液压系统动力源输出；

左腿关节驱动模块(4)/右腿关节驱动模块(7)，通过控制各液压阀块，有序控制各液压执行元件。

2.根据权利要求1所述的一种用于外骨骼机器人的变刚度关节液压驱动控制系统，其特征在于：所述的左腿关节驱动模块(4)包括左腿单向电磁阀一(1.10)、左腿单向电磁阀二(1.9)、左腿比例节流阀(1.8)、左腿伺服比例阀(1.7)、左膝关节液压缸(1.12)、左髋关节液压缸(1.11)；所述的右腿关节驱动模块(7)包括右腿单向电磁阀一(2.10)、右腿单向电磁阀二(2.9)、右腿比例节流阀(2.8)、右腿伺服比例阀(2.7)、右膝关节液压缸(2.12)、右髋关节液压缸(2.11)。

3.根据权利要求2所述的一种用于外骨骼机器人的变刚度关节液压驱动控制系统，其特征在于：所述的左腿关节驱动模块(4)的左膝关节液压缸(1.12)和右腿关节驱动模块(7)的右膝关节液压缸(2.12)均采用能够实现关节驱动变刚度的弹簧与盘簧结构。

4.根据权利要求2所述的一种用于外骨骼机器人的变刚度关节液压驱动控制系统，其特征在于：所述的左膝关节液压缸(1.12)、左髋关节液压缸(1.11)、右膝关节液压缸(2.12)、右髋关节液压缸(2.11)均包括分别用于驱动左腿跟右腿且内部结构相同的左腿变刚度关节驱动系统和右腿变刚度关节驱动系统，该驱动系统包括液压动力模块。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种用于外骨骼机器人的变刚度关节液压驱动控制系统的控制方法，其特征在于：其具体步骤如下：

步骤一：引用临床步态分析(CGA)标准步态数据库人体关节步态数据，通过虚拟样机分析软件，得到外骨骼进行标准步态行走时各关节液压缸对应位移数据，作为规划的步态数据；

步骤二：根据标准步态周期内，外骨骼髋关节及膝关节液压缸位移变化趋势，将步态周期分为四个阶段：

阶段1：髋关节液压缸位移减小，膝关节液压缸位移减小；

阶段2：髋关节液压缸位移减小，膝关节液压缸位移增大；

阶段3：髋关节液压缸位移增大，膝关节液压缸位移减小；

阶段4：髋关节液压缸位移增大，膝关节液压缸位移增大；

步骤三：髋关节与膝关节液压缸位移传感器分别测量当前液压缸位移数据，判定所处步态周期阶段：

当处步态周期阶段1时：左腿伺服比例阀(1.7)/右腿伺服比例阀(2.7)进油口P接通A，回油口T接通B1和B2，左腿比例节流阀(1.8)/右腿比例节流阀(2.8)开通，左腿单向电磁阀二(1.9)/右腿单向电磁阀二(2.9)和左腿单向电磁阀一(1.10)/右腿单向电磁阀一(2.10)关闭，膝关节液压缸内部的弹簧及盘簧将势能转化为其对应机械能；

当处步态周期阶段2时：左腿伺服比例阀(1.7)/右腿伺服比例阀(2.7)进油口P接通A，回油口T接通B1和B2，左腿比例节流阀(1.8)/右腿比例节流阀(2.8)关闭，左腿单向电磁阀二(1.9)/右腿单向电磁阀二(2.9)开通，左腿单向电磁阀一(1.10)/右腿单向电磁阀一(2.10)关闭，髋关节液压缸油液压力能转化为膝关节液压缸内部弹簧及盘簧势能；

当处步态周期阶段3时：左腿伺服比例阀(1.7)/右腿伺服比例阀(2.7)进油口P接通B1和B2，回油口T接通A，左腿比例节流阀(1.8)/右腿比例节流阀(2.8)关闭，左腿单向电磁阀二(1.9)/右腿单向电磁阀二(2.9)关闭，左腿单向电磁阀一(1.10)/右腿单向电磁阀一(2.10)开通，膝关节液压缸内部弹簧及盘簧将势能转化为髋关节液压缸机械能；

当处步态周期阶段4时：左腿伺服比例阀(1.7)/右腿伺服比例阀(2.7)进油口P接通B1和B2，回油口T接通A，左腿比例节流阀(1.8)/右腿比例节流阀(2.8)打开，左腿单向电磁阀二(1.9)/右腿单向电磁阀二(2.9)和左腿单向电磁阀一(1.10)/右腿单向电磁阀一(2.10)关闭，液压泵站压力能转化为髋关节液压缸机械能及膝关节液压缸机械能和势能。