[发明专利]一种液压驱动系统、液压驱动方法及外骨骼

说明书

本发明公开液压驱动系统、液压驱动方法及外骨骼，涉及人体运动辅助设备技术领域。提高灵活性、降低能耗高。液压驱动系统包括供液单元、第一液压缸、第一控制阀单元、第二液压缸和第二控制阀单元。供液单元用于输出液压油，以驱动第一液压缸和第二液压缸。第一控制阀单元用于控制由供液单元供给至第一液压缸的液压油的流量。穿戴者站立时，第一控制阀单元控制第一液压缸处于伸出状态。穿戴者行走时，第一控制阀单元控制第一液压缸处于伸/曲循环状态。第二控制阀单元用于控制由供液单元供给至第二液压缸的液压油的流量。穿戴者站立时，第二控制阀单元控制第二液压缸处于伸出状态。穿戴者行走时，第二控制阀单元控制第二液压缸处于伸/曲循环状态。

技术领域

本发明涉及人体运动辅助设备技术领域，特别是涉及一种液压驱动系统、液压驱动方法及外骨骼。

背景技术

外骨骼是一种新型可穿戴人机一体化装置，主要应用于军事作战和康复医疗等领域。外骨骼应用于军事作战领域时，在提高士兵的力量、速度和耐力的情况下，可以提高单兵作战能力。

目前，外骨骼机器人的驱动系统主要包括液压驱动系统、电机驱动系统和气压驱动系统。其中，液压驱动系统由于可以输出较大力矩，因此，在负重型外骨骼上应用比较广泛。

但是，应用于负重型外骨骼的液压驱动系统在穿戴者处于行走状态时，存在灵活性差以及能耗高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压驱动系统、液压驱动方法及外骨骼，以解决现有液压驱动系统存在的灵活性差和能耗高的问题。

第一方面，本发明提供一种液压驱动系统，应用于外骨骼，外骨骼为穿戴者提供助力。液压驱动系统包括供液单元、第一液压缸、第一控制阀单元、第二液压缸和第二控制阀单元。其中，供液单元用于输出液压油，以驱动第一液压缸和第二液压缸。第一控制阀单元用于控制由供液单元供给至第一液压缸的液压油的流量。当穿戴者站立时，第一控制阀单元控制第一液压缸处于伸出状态。当穿戴者行走时，第一控制阀单元控制第一液压缸处于伸/曲循环状态。第二控制阀单元用于控制由供液单元供给至第二液压缸的液压油的流量。当穿戴者站立时，第二控制阀单元控制第二液压缸处于伸出状态。当穿戴者行走时，第二控制阀单元控制第二液压缸处于伸/曲循环状态。

与现有技术相比，将本发明提供的液压驱动系统应用于外骨骼，且外骨骼至少包括髋关节、膝关节和踝关节时，可以将第一液压缸与膝关节动力连接，利用第一液压缸的伸/缩驱动膝关节的伸/曲。将第二液压缸与髋关节动力连接，利用第二液压缸的伸/缩驱动髋关节的伸/曲。

由于在人体正常行走时，髋、膝、踝关节主要在矢状面内运动，其中，踝关节所需力矩小，能量消耗主要产生于髋、膝关节。因此，本发明提供的液压驱动系统针对所需力矩小的踝关节不设计驱动。也就是说，外骨骼下肢设计为单腿双自由度(应理解，此处的双自由度包括膝关节自由度和髋关节自由度)的驱动方式，在符合人体骨骼运动特征的同时，最大限度降低液压驱动系统的能量消耗，以达到外骨骼与人体运动的巧妙融合。

当穿戴者站立时，在第一控制阀单元的控制下，供液单元向第一液压缸的无杆腔供应液压油，以驱动第一液压缸所具有的活塞杆伸出，进而使膝关节处于直立状态，以为穿戴者的膝关节提供助力。与此同时，在第二控制阀单元的控制下，供液单元还可以向第二液压缸的无杆腔供应液压油，以驱动第二液压缸所具有的活塞杆伸出，进而使髋关节处于伸直状态，以为穿戴者的髋关节提供助力。

从以上应用过程可知，利用供液单元、第一控制阀单元和第一液压缸可以为膝关节提供满足其需求的驱动力，同时，利用供液单元、第二控制阀单元和第二液压缸可以为髋关节提供满足其需求的驱动力。基于此，可以实现对外骨骼的助力。另外，第一液压缸和第二液压缸共用一个供液单元，从整体上简化液压驱动系统的情况下，可以减小液压驱动系统的体积，以及减轻液压驱动系统的重量。