CN115898990B - 一种仿生关节驱动液压*** - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种仿生关节驱动液压***，包括：第一双向液压泵、第一电机、第二双向液压泵、第二电机、第一双腔体液压缸、第二双腔体液压缸、第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀；第一双向液压泵通过第一油路与第一双腔体液压缸的第一油腔连通，通过第二油路与第二双腔体液压缸的第一油腔连通；第二双向液压泵通过第三油路与第一双腔体液压缸的第二油腔连通，通过第四油路与第二双腔体液压缸的第二油腔连通；第一节流阀连接在第一油路和第二油路之间，第二节流阀连接在第三油路和第四油路之间，第三节流阀用于连通第二双腔体液压缸的第一油腔和第二油腔。通过双泵控***，可以减少液压***的能耗，提高液压***的效率。

Description

一种仿生关节驱动液压***

技术领域

本申请涉及机器人领域，特别是涉及一种仿生关节驱动液压***。

背景技术

随着科技的发展，穿戴式机器人能够为行动不便的患者提供帮助，穿戴式机器人的性能取决于其仿生关节的驱动效果。

现有的穿戴式机器人有一部分采用了液压***，但是主要都是阀控***，具有很大的节流损耗；其次，目前的仿生驱动***都是单级压力源的液压***，输出泵源压力为所驱动负载的最大能量值，不能与变化的负载相匹配，能量损耗较高。

此外液压***的阻尼能否连续调节决定了仿生关节的摆动姿态的柔顺性，姿态不柔顺会导致患者穿戴舒适性较差，步态与健康腿不匹配，步态不对称。

因此，如何提供一种能耗低、效率高且阻尼连续可调的仿生关节驱动液压***，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种仿生关节驱动液压***，可以有效解决现有仿生关节液压***能耗高和效率低的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：

一种仿生关节驱动液压***，包括：第一电机、第一双向液压泵、第二电机、第二双向液压泵、第一双腔体液压缸、第二双腔体液压缸、第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀；

所述第一电机与所述第一双向液压泵连接，所述第一双向液压泵通过第一油路与所述第一双腔体液压缸的第一油腔连通，所述第一双向液压泵通过第二油路与所述第二双腔体液压缸的第一油腔连通；

所述第二电机与所述第二双向液压泵连接，所述第二双向液压泵通过第三油路与所述第一双腔体液压缸的第二油腔连通，所述第二双向液压泵通过第四油路与所述第二双腔体液压缸的第二油腔连通；

所述第一节流阀连接在所述第一油路和所述第二油路之间，所述第二节流阀连接在所述第三油路和所述第四油路之间，所述第三节流阀用于连通所述第二双腔体液压缸的第一油腔和第二油腔。

优选地，所述第一油路上设有第一单向阀，所述第二油路上设有第二单向阀，所述第三油路上设有第三单向阀，所述第四油路上设有第四单向阀。

优选地，所述第一单向阀和所述第二单向阀构成第一液压锁；所述第三单向阀和所述第四单向阀构成第二液压锁。

优选地，仿生关节驱动液压***还包括用于检测所述第一双腔体液压缸的活塞行程的第一行程传感器、以及用于检测所述第二双腔体液压缸的活塞行程的第二行程传感器。

优选地，仿生关节驱动液压***还包括用于测量所述第一双腔体液压缸的液压油流量的第一流量计、以及用于测量所述第二双腔体液压缸的液压油流量的第二流量计。

优选地，仿生关节驱动液压***还包括补油油箱和单向开关阀，所述补油油箱通过所述单向开关阀与所述第一双向液压泵连接。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本申请所提供的一种仿生关节驱动液压***，既可以实现阀控***，也可以实现泵控***。阀控***实现过程为通过控制第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀的通断和开口大小，可以控制第一双腔体液压缸和第二双腔体液压缸的不同输出力的输出。泵控***实现过程为通过控制第一电机和第二电机的转速、转向来控制第一双向液压泵和第二双向液压泵的流量大小和方向，从而实现液压***供给压力与时变负载相匹配，有效地降低了能量损耗，通过双泵控***，可以减少液压***的能耗，提高液压***的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种具体实施方式所提供的一种仿生关节驱动液压***的液压原理图。

附图标记如下：

1为第一电机，2为第一双向液压泵，3为第二电机，4为第二双向液压泵，5为第一双腔体液压缸，6为第二双腔体液压缸，7为第一节流阀，8为第二节流阀，9为第三节流阀，10为第一油路，11为第二油路，12为第三油路，13为第四油路，14为第一单向阀，15为第二单向阀，16为第三单向阀，17为第四单向阀，18为第一行程传感器，19为第二行程传感器，20为第一流量计，21为第二流量计，22为补油油箱，23为单向开关阀。

具体实施方式

为了使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广。因此本申请不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参考图1，图1为本申请一种具体实施方式所提供的一种仿生关节驱动液压***的液压原理图。

本申请的一种具体实施方式提供了一种仿生关节驱动液压***，包括：第一电机1、第一双向液压泵2、第二电机3、第二双向液压泵4、第一双腔体液压缸5、第二双腔体液压缸6、第一节流阀7、第二节流阀8和第三节流阀9；第一电机1与第一双向液压泵2连接，第一双向液压泵2通过第一油路10与第一双腔体液压缸5的第一油腔连通，第一双向液压泵2通过第二油路11与第二双腔体液压缸6的第一油腔连通；第二电机3与第二双向液压泵4连接，第二双向液压泵4通过第三油路12与第一双腔体液压缸5的第二油腔连通，第二双向液压泵4通过第四油路13与第二双腔体液压缸6的第二油腔连通；第一节流阀7连接在第一油路10和第二油路11之间，第一节流阀7用于控制第一双腔体液压缸5和第二双腔体液压缸6的第一油腔之间的油路的通断和流量的大小，第二节流阀8连接在第三油路12和第四油路13之间，第二节流阀8用于控制第一双腔体液压缸5和第二双腔体液压缸6的第二油腔之间的油路的通断和流量的大小，第三节流阀9连通第二双腔体液压缸6的第一油腔和第二油腔，通过第三节流阀9的开口大小来控制第二双腔体液压缸6的第一油腔和第二油腔之间的油路通断和流量大小。因此通过控制第一节流阀7、第二节流阀8和第三节流阀9的通断和开口大小，可以控制第一双腔体液压缸5和第二双腔体液压缸6的不同输出力的输出，即通过各节流阀可以控制两个液压缸的输出力，

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，从而实现液压***的多种工作模式。

请参考图1，第一双腔体液压缸5和第二双腔体液压缸6共有四个腔体，为了便于描述将第一双腔体液压缸5的第一腔体记为

、第一双腔体液压缸5的第二腔体记为/>

、第二双腔体液压缸6的第一腔体记为/>

、第二双腔体液压缸6的第二腔体记为/>

。在这四个腔体中，/>

与/>

通过第一双向液压泵2连通，相当于人体肌肉纤维中的小运动单元。/>

与/>

通过第二双向液压泵4连通，相当于人体肌纤维中的大运动单元，其中第二双向液压泵4的流量大于第一双向液压泵2。第一电机1和第二电机3相当于人体肌肉中的α运动神经元。

通过控制第一电机1和第二电机3的转速、转向来控制第一双向液压泵2和第二双向液压泵4的流量大小和方向，从而实现液压***供给压力与时变负载相匹配，有效地降低了能量损耗，相对于阀控***而言，通过双泵控***，可以减少液压***的能耗，提高了液压***的效率。

此外，通过控制第一电机1和第二电机3，可实时调节液压***的阻尼，以减少关节驱动过程中的冲击，配合人体行走步态曲线，使关节的驱动动作柔顺自然。

通过第一电机1和第二电机3选择四个腔体协调配合，控制四个腔体中液压油量的大小，来得到不同的驱动力，从而实现输出力与负载力相匹配，使***保持恒压。即大运动单元与小运动单元根据负载力的大小相协调匹配，实现减少关节转动过程中的多余的能量损耗，动作流畅自然。即机器人在行走过程中，负载力较小，所需驱动力较小，则采用小流量的第一双向液压泵2驱动两个液压缸往复运动，实现关节转动；当负载力较大，所需驱动力较大时，则采用大流量的第二双向液压泵4驱动两个液压缸实现关节转动；当需要短时大爆发力时，采用第一双向液压泵2、第二双向液压泵4、第一双腔体液压缸5和第二双腔体液压缸6协调供能。

另外将第一双向液压泵2、第二双向液压泵4、第一双腔体液压缸5和第二双腔体液压缸6进行泵缸一体化设计，使得穿戴式机器人更加紧凑，从而达到了轻量化的目的。

在本申请的一些实施例中，第一油路10上设有第一单向阀14，第二油路11上设有第二单向阀15，第三油路12上设有第三单向阀16，第四油路13上设有第四单向阀17。当第一双腔体液压缸5和第二双腔体液压缸6在运动过程中，停留在某一位置时，可以通过相应的单向阀来进行锁止，以起到安全回路的作用。其中，第一单向阀14和第二单向阀15构成第一液压锁；第三单向阀16和第四单向阀17构成第二液压锁。

在本申请的一些实施例中，仿生关节驱动液压***还包括用于检测第一双腔体液压缸5的活塞行程的第一行程传感器18、以及用于检测第二双腔体液压缸6的活塞行程的第二行程传感器19。仿生关节驱动液压***还包括用于测量第一双腔体液压缸5的液压油流量的第一流量计20、以及用于测量第二双腔体液压缸6的液压油流量的第二流量计21。通过各传感器和各流量计，可以精确或者第一双腔体液压缸5和第二双腔体液压缸6的运行情况，以便于精确控制。

进一步地，仿生关节驱动液压***还包括补油油箱22和单向开关阀23，补油油箱22通过单向开关阀23与第一双向液压泵2连接，通过补油油箱22的补油作业，可以提高液压***的工作稳定性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种仿生关节驱动液压***，其特征在于，包括：第一电机（1）、第一双向液压泵（2）、第二电机（3）、第二双向液压泵（4）、第一双腔体液压缸（5）、第二双腔体液压缸（6）、第一节流阀（7）、第二节流阀（8）和第三节流阀（9）；

所述第一电机（1）与所述第一双向液压泵（2）连接，所述第一双向液压泵（2）通过第一油路（10）与所述第一双腔体液压缸（5）的第一油腔连通，所述第一双向液压泵（2）通过第二油路（11）与所述第二双腔体液压缸（6）的第一油腔连通；

所述第二电机（3）与所述第二双向液压泵（4）连接，所述第二双向液压泵（4）通过第三油路（12）与所述第一双腔体液压缸（5）的第二油腔连通，所述第二双向液压泵（4）通过第四油路（13）与所述第二双腔体液压缸（6）的第二油腔连通；

所述第一节流阀（7）连接在所述第一油路（10）和所述第二油路（11）之间，所述第二节流阀（8）连接在所述第三油路（12）和所述第四油路（13）之间，所述第三节流阀（9）用于连通所述第二双腔体液压缸（6）的第一油腔和第二油腔；

所述第一油路（10）上设有第一单向阀（14），所述第二油路（11）上设有第二单向阀（15），所述第三油路（12）上设有第三单向阀（16），所述第四油路（13）上设有第四单向阀（17），所述第一单向阀（14）和所述第二单向阀（15）构成第一液压锁；所述第三单向阀（16）和所述第四单向阀（17）构成第二液压锁；

还包括补油油箱（22）和单向开关阀（23），所述补油油箱（22）通过所述单向开关阀（23）与所述第一双向液压泵（2）连接。

2.根据权利要求1所述的仿生关节驱动液压***，其特征在于，还包括用于检测所述第一双腔体液压缸（5）的活塞行程的第一行程传感器（18）、以及用于检测所述第二双腔体液压缸（6）的活塞行程的第二行程传感器（19）。

3.根据权利要求1所述的仿生关节驱动液压***，其特征在于，还包括用于测量所述第一双腔体液压缸（5）的液压油流量的第一流量计（20）、以及用于测量所述第二双腔体液压缸（6）的液压油流量的第二流量计（21）。

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