[发明专利]一种无动力液压外骨骼及其控制方法

权利要求书

1.一种无动力液压外骨骼，其特征在于，包括左单腿组件、右单腿组件、背架(5)和集成油路块(7)，左单腿组件和右单腿组件结构相同且关于背架(5)的轴线呈中心对称；

所述左单腿组件包括脚套(1)、下腿杆(2)、上腿杆(4)、助力油缸(3)和补油缸(6)；所述脚套(1)用于固定在穿戴者的脚尖，底部设有用于探测触地信号的接触传感器(101)，顶部通过具有三个自由度的脚套万向节(102)与下腿杆(2)底部连接；所述下腿杆(2)的头部与上腿杆(4)的底部铰接；所述助力油缸(3)包括通过动密封连接的助力活塞杆(301)和助力缸体(302)，助力缸体(302)的有杆腔连通大气；所述助力活塞杆(301)的限位端与下腿杆(2)的中上部铰接，助力缸体(302)的限位端与上腿杆(4)的中下部铰接；所述上腿杆(4)为能绕过人体躯干一侧的弧形结构，头部通过具有两个自由度的上腿杆万向节(402)与所述背架(5)相连；所述补油缸(6)包括通过动密封连接的补油缸活塞杆(601)和补油缸体(602)，补油缸体(602)的无杆侧连通大气；所述补油缸体(602)的限位端通过具有两个自由度的上腿杆球头扣(401)与上腿杆(4)上部连接，补油缸活塞杆(601)的限位端通过具有两个自由度的补油缸万向节(603)与背架(5)下部连接；所述背架(5)上设有用于固定在穿戴者背部的背带(501)；

所述集成油路块(7)固定于背架(5)上，包括控制板(701)、电池(702)、三位四通换向阀(703)、蓄能器(704)、增压油箱(705)、可调溢流阀(707)和两组单向阀组(706)；所述三位四通换向阀(703)包括A、B、P和T四个油口，A油口和B油口分别与左单腿组件和右单腿组件的助力油缸(3)无杆腔连通，P油口连接蓄能器(704)，T油口连接增压油箱(705)；所述可调溢流阀(707)的高压端连接蓄能器(704)，低压端连接增压油箱(705)；每个所述单向阀组(706)均包括首尾串联的两个单向阀，单向流通的上游连接增压油箱(705)，下游连接蓄能器(704)；两个单向阀组(706)的中间抽头分别连接左单腿组件和右单腿组件的补油缸(6)有杆腔；所述控制板(701)通过导线分别与接触传感器(101)和三位四通换向阀(703)两侧的电磁铁连接，控制板(701)通过连接的电池(702)供电。

2.根据权利要求1所述的一种无动力液压外骨骼，其特征在于，所述三位四通换向阀(703)为P型三位四通电磁换向阀。

3.根据权利要求1所述的一种无动力液压外骨骼，其特征在于，所述背架(5)的左右两侧分别设有用于背负在穿戴者肩上的背带(501)；背带(501)为柔性材质，两端分别固定于所在侧背架(5)的上下沿。

4.根据权利要求1所述的一种无动力液压外骨骼，其特征在于，所述背架(5)还设有向外延伸的载物台(502)，用于承载货物。

5.根据权利要求1所述的一种无动力液压外骨骼，其特征在于，所述助力油缸(3)与下腿杆(2)和上腿杆(4)的安装位置满足如下条件：

其中，l₁为下腿杆(2)和上腿杆(4)连接点与助力缸体(302)和上腿杆(4)连接点之间的距离，l₂为上腿杆(4)轴线方向的总长度，l₃为下腿杆(2)和上腿杆(4)连接点与助力活塞杆(301)和下腿杆(2)连接点之间的距离，l₄为下腿杆(2)轴线方向的总长度。

6.根据权利要求1所述的一种无动力液压外骨骼，其特征在于，所述增压油箱(705)的内部压力始终高于外部大气压，最小压强P_min满足如下条件：

P_min≥ΔP_沿程损失+ΔP_局部损失 (2)

其中，ΔP_局部损失是增压油箱(705)内的油液以最大流量通过三位四通换向阀(703)和各单向阀时的局部压力损失，ΔP_沿程损失是增压油箱(705)内的油液以最大流量通过集成油路块(7)内部通路和外部管路时的沿程压力损失。