用于外骨骼机器人的集成液压驱动装置及外骨骼机器人

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人装置技术领域，尤其涉及一种用于外骨骼机器人的集成液压驱动装置及外骨骼机器人。

背景技术

外骨骼机器人是用于辅助人体完成一些人体正常情况较难或无法完成的任务(比如大负重情况下的长距离快速运动)，以大幅增强人体的运动能力，可用于军事、科考、医疗、建筑、维修等领域。

近几年国内负载机动型外骨骼研究刚起步，相比国际外骨骼高技术水平，工程化与实用化程度低，离实用尚有较大差距。目前，国内液压驱动型外骨骼的液压缸与控制阀等液压系统的其他元件连接时，需要油管连接使得油路导通，无法满足外骨骼机器人的液压系统小型轻质的要求。采用油路连通的形式，会导致管路压力损失大、集成度不高以及重量大等问题，同时造成穿戴者穿戴不方便，人机动作灵活度差，降低外骨骼的助力效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于外骨骼机器人的集成液压驱动装置及外骨骼机器人，用于解决现有液压驱动型外骨骼的液压缸采用油管连接导致管路压力损失大、集成度不高、重量大、穿戴者穿戴不方便、人机动作灵活度差、外骨骼助力效率低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于外骨骼机器人的集成液压驱动装置，包括伺服驱动系统、髋关节液压缸组件以及油管销组件；

所述髋关节液压组件包括髋关节缸体、髋关节缸端盖以及髋关节缸活塞杆，所述髋关节缸端盖安装在所述髋关节缸体上，所述髋关节缸活塞杆的一端插装在所述髋关节缸体内，将所述髋关节缸体的内腔分为封闭的有杆腔和无杆腔，所述髋关节缸活塞杆的另一端穿出所述髋关节缸端盖，所述髋关节缸体远离所述髋关节缸端盖的一端设置有油管销孔，所述髋关节液压缸组件通过所述油管销组件转动式安装在所述伺服驱动系统上；

所述油管销组件上设置有彼此分离的有杆腔连接销孔和无杆腔连接销孔，所述油管销组件插装在所述伺服驱动系统上，所述有杆腔和所述无杆腔分别与所述有杆腔连接销孔和所述无杆腔连接销孔连通，并通过所述伺服驱动系统与油缸连通，构成进油和回油的双向油回路。

与现有技术相比，本发明提供的用于外骨骼机器人的集成液压驱动装置，采用油管销组件替换了现有液压系统采用的外装式油管，油管销组件即作为旋转销，又作为内附式油管，使得液压驱动装置结构整体集成度更高，体积更小，同时也解决了传统油管容易泄露的问题，髋关节液压缸组件的液压缸采用的是双向作用液压缸，有杆腔通过有杆腔连接销孔和伺服驱动系统与油缸连通，无杆腔通过无杆腔连接销孔和伺服驱动系统与油缸连通，有杆腔的进油和无杆腔的回油是同时进行的，使得伺服驱动系统的动力输出更加的稳定。上述集成液压驱动装置结构简单，集成度高，重量轻，体积小，穿戴舒适，具有很高的实用性。

本发明还公开了一种包含用于外骨骼机器人的集成液压驱动装置的外骨骼机器人，还包括机器人躯干、外骨骼髋关节以及外骨骼大腿；

所述外骨骼髋关节安装在所述机器人躯干上，所述集成液压驱动装置通过所述伺服驱动系统安装在所述外骨骼髋关节上，所述外骨骼大腿通过所述髋关节四连杆安装在所述液压驱动装置上。

上述外骨骼机器人的技术效果与集成液压驱动装置的技术效果相同，此处不再重复论述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的用于外骨骼机器人的集成液压驱动装置的装配图；

图2为图1中用于外骨骼机器人的集成液压驱动装置的分解图；

图3为图1中髋关节液压缸组件的剖视图；

图4为图1中油管销组件的剖视图；

图5为图1中用于外骨骼机器人的集成液压驱动装置的油路示意图。

附图标记：

1.髋关节液压缸组件、2.油管销组件、3.伺服驱动系统、4.髋关节四连杆、1-1.关节轴承、1-2.髋关节连接头、1-3.髋关节缸活塞杆、1-4.髋关节缸端盖、1-5.有杆腔、1-6.无杆腔、1-7.髋关节缸体、1-8.油管销孔、2-1.油管销堵塞组件、2-2.无杆腔连接销孔、2-3.有杆腔连接销孔、2-4.油管销本体。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

详见图1至图5所示，本发明实施例提供的用于外骨骼机器人的集成液压驱动装置，包括伺服驱动系统3、髋关节液压缸组件1以及油管销组件2；

髋关节液压组件包括髋关节缸体1-7、髋关节缸端盖1-4以及髋关节缸活塞杆1-3，髋关节缸端盖1-4安装在髋关节缸体1-7上，髋关节缸活塞杆1-3的一端插装在髋关节缸体1-7内，将髋关节缸体1-7的内腔分为封闭的有杆腔1-5和无杆腔1-6，髋关节缸活塞杆1-3的另一端穿出髋关节缸端盖1-4，髋关节缸体1-7远离髋关节缸端盖1-4的一端设置有油管销孔1-8，髋关节液压缸组件1通过油管销组件2转动式安装在伺服驱动系统3上；

油管销组件2上设置有彼此分离的有杆腔连接销孔2-3和无杆腔连接销孔2-2，油管销组件2插装在伺服驱动系统3上，有杆腔1-5和无杆腔1-6分别与有杆腔连接销孔2-3和无杆腔连接销孔2-2连通，并通过伺服驱动系统3与油缸连通，构成进油和回油的双向油回路。

具体实施时：

油管销组件2和油管销孔1-8配合，髋关节缸体1-7的有杆腔1-5和油管销本体2-4上的有杆腔连接销孔2-3连通，髋关节缸体1-7上的无杆腔1-6和油管销本体2-4的无杆腔连接销孔2-2连通。通过油管销组件2把伺服驱动系统3和髋关节液压缸组件1连接装配，实现髋关节液压缸组件1绕伺服驱动系统3旋转的自由度。髋关节液压缸组件1的髋关节连接头1-2连接髋关节四连杆4。

集成液压驱动装置工作过程时：髋关节液压缸组件1为双作用液压缸，即有杆腔1-5和无杆腔1-6都可以进油和回油。油经过伺服驱动系统3到达有杆腔连接销孔2-3，然后到达髋关节缸体1-7的有杆腔1-5，油作用于活塞，回油过程依次从有杆腔1-5经过有杆腔连接销孔2-3，再经过伺服驱动系统3，最终回到油箱，髋关节缸活塞杆1-3带动髋关节四连杆4，完成一次髋关节的伸缩过程。同样，油也可以从无杆腔连接销孔2-2流到无杆腔1-6，完成进回油的过程(具体油回路详见图5)。油管销组件2、髋关节液压缸组件1以及伺服驱动系统3组合安装后，是一密封的整体结构，不会发生漏油的情况。并且，有杆腔连接销孔2-3和无杆腔连接销孔2-2是相互分离的，在进油和回油时不会发生任何的干扰，确保了有杆腔1-5回路和无杆腔1-6回路的连通性。

本发明提供的用于外骨骼机器人的集成液压驱动装置，采用油管销组件2替换了现有液压系统采用的外装式油管，油管销组件2即作为旋转销，又作为内附式油管，使得液压驱动装置结构整体集成度更高，体积更小，同时也解决了传统油管容易泄露的问题，髋关节液压缸组件1的液压缸采用的是双向作用液压缸，有杆腔1-5通过有杆腔连接销孔2-3和伺服驱动系统3与油缸连通，无杆腔1-6通过无杆腔连接销孔2-2和伺服驱动系统3与油缸连通，有杆腔1-5的进油和无杆腔1-6的回油是同时进行的，使得伺服驱动系统3的动力输出更加的稳定。上述集成液压驱动装置结构简单，集成度高，重量轻，体积小，穿戴舒适，具有很高的实用性。

作为一种可实施方式，油管销组件2包括油管销堵塞组件2-1和油管销本体2-4；油管销堵塞组件2-1安装在油管销本体2-4的一端，油管销本体2-4的另一端插装伺服驱动系统3上，油管销本体2-4通过油管销堵塞组件2-1安装在伺服驱动系统3上，并密封。

油管销堵塞组件2-1的设置，确保了油管销组件2以及髋关节液压缸组件1安装在伺服驱动系统3上后的密封性，避免了油的泄露问题。进一步的，有杆腔连接销孔2-3和无杆腔连接销孔2-2是设置在油管销本体2-4上的，油管销本体2-4与髋关节缸体1-7组合装配，使有杆腔连接销孔2-3与有杆腔1-5连通，无杆腔连接销孔2-2与无杆腔1-6连通，基于装配的方式和采取的对应的密封方法，使得与有杆腔连接销孔2-3和无杆腔连接销孔2-2连通的回路是彼此分离不连通的，也不会发生漏油的情况。并且，有杆腔连接销孔2-3和无杆腔连接销孔2-2与伺服驱动系统3是连通的，并通过伺服驱动系统3与油缸连通，确保油路的通畅。

作为一种可实施方式，油管销组件2还包括多个密封环；多个密封环套装在油管销本体2-4上，油管销组件2插装在油管销孔1-8内时，多个密封环与油管销孔1-8的内壁紧密接触。

密封环的设置，进一步确保了油管销本体2-4与髋关节缸体1-7装配后的密封性，避免了油路的通畅，也避免了不同油路间油泄露情况的发生。

作为一种可实施方式，油管销本体2-4上有杆腔连接销孔2-3的出油孔以及无杆腔连接销孔2-2的出油孔之间以及两侧均安装有密封环。

进一步确保了不同油路间的隔断和密封的效果。

作为一种可实施方式，髋关节缸体1-7上设置有与有杆腔1-5和无杆腔1-6连通的第一油路和第二油路，第一油路和第二油路均与油管销孔1-8连通。

第一油路和第二油路的设置，方便了有杆腔连接销孔2-3以及无杆腔连接销孔2-2与有杆腔1-5和无杆腔1-6的连通。有杆腔1-5和无杆腔1-6的油回路均为内置式，集成度更高，不会发生油泄露的情况。

作为一种可实施方式，油管销孔1-8上与第一油路和第二油路连通的位置分别设置有第一环状凹槽和第二环状凹槽，髋关节液压缸组件1通过油管销组件2转动式安装在伺服驱动系统3上时，第一环状凹槽与有杆腔连接销孔2-3连通，第二环状凹槽与无杆腔连接销孔2-2连通。

第一环状凹槽和第二环状凹槽的设置，使得髋关节液压缸组件1在不同的转动角度均时，均确保了有杆腔1-5与有杆腔连接销孔2-3以及无杆腔1-6与无杆腔连接销孔2-2的连通性，保证了集成液压驱动装置的稳定运行。

作为一种可实施方式，髋关节液压缸组件1还包括髋关节连接头1-2；髋关节连接头1-2安装在髋关节缸活塞杆1-3远离髋关节缸体1-7的一端。

髋关节连接头1-2的设置，方便了对集成液压驱动装置与其他关节间的组合安装。

作为一种可实施方式，髋关节缸活塞杆1-3与髋关节缸体1-7以及髋关节缸端盖1-4相接触的位置均设置有密封圈。

密封圈的设置，确保了对有杆腔1-5内和无杆腔1-6内油的密封效果，避免了油的泄露。

作为一种可实施方式，髋关节连接头1-2上设置有用于髋关节液压缸组件1转动的关节轴承1-1。

关节轴承1-1的设置，方便了对其他外骨骼机器人组件的安装，既确保了传动效果，又减小了转动过程中的摩擦力。

本发明还公开了一种外骨骼机器人，包括机器人躯干、外骨骼髋关节、外骨骼大腿以及集成液压驱动装置；

外骨骼髋关节安装在所述机器人躯干上，集成液压驱动装置通过伺服驱动系统安装在外骨骼髋关节上，外骨骼大腿安装在髋关节连接头上。

上述外骨骼机器人的技术效果与集成液压驱动装置的技术效果相同，此处不再重复论述。

作为一种可实施方式，外骨骼机器人还包括髋关节四连杆；

髋关节四连杆4通过关节轴承转动式安装在髋关节连接头上，外骨骼大腿通过髋关节四连杆4安装在液压驱动装置上。

髋关节四连杆4采用关节轴承1-1转动安装的形式，确保了髋关节四连杆4的转动效果，减小了转动过程中的摩擦力。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。