專利名稱：一種用于助力外骨骼的液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種用于助力外骨骼的液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
外骨骼是ー種并聯(lián)于使用者身體外側(cè)的ー種用于助力、助行或者輔助康復(fù)治療的機(jī)械系統(tǒng)。外骨骼可作為ー種遠(yuǎn)距離負(fù)重行走者的助力器械，可以廣泛應(yīng)用在軍事上。作為單兵裝備系統(tǒng)，可以降低士兵自身的能量消耗，提高作戰(zhàn)機(jī)動(dòng)性，增強(qiáng)士兵的耐カ。同樣，外骨骼可以應(yīng)用于災(zāi)后救援，緊急營(yíng)救人員也可以借助下肢助力外骨骼背負(fù)重物穿越遍布瓦礫、碎片和崎嶇不平的路面等輪式車(chē)輛無(wú)法達(dá)到的地方。在民用方面，家具搬運(yùn)エ、建筑工人、倉(cāng)庫(kù)保管員等也可借助外骨骼機(jī)器人輕松、安全地搬運(yùn)重物。另外，外骨骼還可以應(yīng)用在醫(yī)療康復(fù)等方面。外骨骼經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外針對(duì)不同的功能需求相繼研制出不同的下肢助力外骨骼機(jī)器人。一些困擾外骨骼技術(shù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題還沒(méi)有取得突破性進(jìn)展，非常重要的一方面是外骨骼的驅(qū)動(dòng)能源技術(shù)，驅(qū)動(dòng)器既要體積小、重量輕，又必須具有較大的驅(qū)動(dòng)扭矩，同時(shí)還要有良好的散熱性能。研究實(shí)現(xiàn)緊湊、大功率輸出的驅(qū)動(dòng)技術(shù)是外骨骼技術(shù)的難點(diǎn)問(wèn)題?，F(xiàn)有的外骨骼按照驅(qū)動(dòng)方式大體可分為欠驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及液壓驅(qū)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式確實(shí)在控制上容易實(shí)現(xiàn)，控制精度高，但是最大的缺點(diǎn)是輸出扭矩小，驅(qū)動(dòng)カ有限。液壓驅(qū)動(dòng)的輸出功率比較大，具有緩沖的作用，而且可以存儲(chǔ)一定的能量。但是必須很好的解決以下問(wèn)題:減小液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)體積、提高液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行效率、采用良好的控制算法提高控制精度。人體的肌腱是肌腹兩端的索狀或膜狀致密結(jié)締組織，便于肌肉附著和固定。是由于肌腱的牽引作用才能使肌肉的收縮帶動(dòng)不同骨的運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種用于助力外骨骼的液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置，該液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置既解決了液壓驅(qū)動(dòng)外骨骼系統(tǒng)復(fù)雜油路的布置問(wèn)題，又克服了外骨骼各關(guān)節(jié)慣性力比較大的問(wèn)題。技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種用于助力外骨骼的液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置包括支架、集成液壓執(zhí)行器、夾頭和套索，集成液壓執(zhí)行器固定連接在支架上，集成液壓執(zhí)行器包括ニ級(jí)電液伺服閥和集成缸體，集成缸體上部設(shè)有帶有進(jìn)油ロ的進(jìn)油道和帶有出油ロ的出油道，每個(gè)ニ級(jí)電液伺服閥的進(jìn)油ロ與集成缸體的進(jìn)油道相連通，每個(gè)ニ級(jí)電液伺服閥的出油ロ與集成缸體的出油道相連通；集成缸體的下部設(shè)有相互平行布置的活塞腔，集成缸體的頂端開(kāi)有與活塞腔相通的通孔，集成缸體頂端的通孔中設(shè)有密封前端蓋；活塞腔的底部設(shè)有密封后端蓋，密封后端蓋的外壁上套裝有擋環(huán)和O型圈組合密封件，擋環(huán)和O型圈組合密封件嵌至在密封后端蓋和集成缸體的內(nèi)壁之間；每個(gè)活塞腔內(nèi)設(shè)有ー個(gè)液壓執(zhí)行單元，每個(gè)液壓執(zhí)行單元對(duì)應(yīng)ー個(gè)ニ級(jí)電液伺服閥、一個(gè)夾頭和ー個(gè)套索，每個(gè)液壓執(zhí)行単元包括活塞桿、密封件、防塵圈、活塞桿組合密封件，活塞桿位于活塞腔中，活塞桿組合密封件套裝在活塞桿的上部，活塞桿組合密封件嵌至在活塞桿和活塞腔內(nèi)壁之間，防塵圈套裝在活塞桿的下部，防塵圈嵌至在密封后端蓋和活塞桿之間；活塞桿的底端穿出密封后端蓋；ニ級(jí)電液伺服閥位于液壓執(zhí)行單元的上方，且每個(gè)ニ級(jí)電液伺服閥的第一控制端口和第二控制端ロ分別與該ニ級(jí)電液伺服閥對(duì)應(yīng)的活塞腔的腔體連通；夾頭與活塞桿底端連接，套索固定連接在夾頭上。進(jìn)ー步，所述的夾頭包括錐形接頭、旋緊螺母和緊釘接頭，錐形接頭的上部設(shè)有上空腔，錐形接頭上部壁面設(shè)有通孔，錐形接頭的中部設(shè)有凹槽，該凹槽與上空腔連通，錐形接頭中部的外壁面設(shè)有外螺紋，錐形接頭的下部設(shè)有呈倒錐臺(tái)的錐形體，該錐形體由錐片組成，錐片之間有空隙；錐形接頭的上部與活塞桿的底端通過(guò)螺拴固定連接；旋緊螺母的上部設(shè)有定位孔，該定位孔的內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，定位孔的內(nèi)螺紋與錐形接頭中部的外螺紋相配合，旋緊螺母的下部設(shè)有呈倒錐臺(tái)的限位孔，該限位孔可套裝在錐形接頭下部的錐形體的外側(cè)；緊釘接頭呈帶有通孔的柱體，該緊釘接頭位于錐形接頭中部的凹槽中。進(jìn)ー步,所述的套索包括套管和繩索,套管套裝在繩索上,且繩索的一端穿過(guò)錐形接頭下部的錐形體，固定在緊釘接頭上，套管固定連接在支架上。進(jìn)ー步，所述 的集成缸體中設(shè)有六個(gè)活塞腔。進(jìn)ー步，所述的每個(gè)液壓執(zhí)行單元還包括第一抗磨環(huán)和第二抗磨環(huán)，該第一抗磨環(huán)套裝在活塞桿的上部，且位于活塞桿組合密封件的下方，第二抗磨環(huán)套裝在活塞桿的下部，第二抗磨環(huán)位于密封前端蓋和活塞桿之間。有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:1)減小了各個(gè)關(guān)節(jié)的慣性力，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的精確控制。傳統(tǒng)的液壓驅(qū)動(dòng)方式是直接把液壓執(zhí)行裝置安裝于關(guān)節(jié)處。本發(fā)明把液壓執(zhí)行裝置集成為ー個(gè)整體，置于外骨骼的背部，通過(guò)液壓缸產(chǎn)生的拉力，拉動(dòng)繩索，從而驅(qū)動(dòng)外骨骼的各個(gè)關(guān)節(jié)。本發(fā)明把液壓缸從關(guān)節(jié)處移到了外骨骼后背，從而減輕了關(guān)節(jié)處的重量，也即減小了各個(gè)關(guān)節(jié)慣性力，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的精確控制。(2)簡(jiǎn)化了液壓油路管道。傳統(tǒng)的液壓驅(qū)動(dòng)方式把液壓缸置于關(guān)節(jié)處，必然使油管布置于整個(gè)外骨骼。本發(fā)明的液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置把液壓缸置于了后背處，由于集成度高，縮短了液壓油路管道，也減小了油壓損耗。(3)傳遞路徑靈活、尺寸小。由于套索本身細(xì)長(zhǎng)、柔軟的特性，使得傳遞路徑非常靈活。進(jìn)而使得本發(fā)明具有傳遞路徑靈活、尺寸小、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)潔輕巧等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明和外骨骼的裝配示意圖。圖2是本發(fā)明中集成液壓執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的A-A向剖視圖。
圖4是本發(fā)明中夾頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明中夾頭和繩索的連接示意圖。圖中有:支架1、集成液壓執(zhí)行器2、夾頭3、套索4、活塞桿201、密封前端蓋202、集成缸體203、密封后端蓋204、擋環(huán)和0型圈組合密封件205、密封件206、防塵圈207、第一抗磨環(huán)208、活塞桿組合密封件209、活塞腔210、ニ級(jí)電液伺服閥211、第二抗磨環(huán)212、錐形接頭301、旋緊螺母302、緊釘接頭303、繩索401。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1至圖5所示，本發(fā)明的一種用于助力外骨骼的液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置，包括支架1、集成液壓執(zhí)行器2、夾頭3和套索4。集成液壓執(zhí)行器2固定連接在支架I上。集成液壓執(zhí)行器2包括ニ級(jí)電液伺服閥211和集成缸體203。集成缸體203上部設(shè)有帶有進(jìn)油ロ的進(jìn)油道和帶有出油ロ的出油道。每個(gè)ニ級(jí)電液伺服閥211的進(jìn)油ロ與集成缸體203的進(jìn)油道相連通，每個(gè)ニ級(jí)電液伺服閥211的出油ロ與集成缸體203的出油道相連通。集成缸體203的下部設(shè)有相互平行布置的活塞腔210。集成缸體203的頂端開(kāi)有與活塞腔210相通的通孔。集成缸體203頂端的通孔中設(shè)有密封前端蓋202。活塞腔210的底部設(shè)有密封后端蓋204。密封后端蓋204的外壁上套裝有擋環(huán)和0型圈組合密封件205。擋環(huán)和0型圈組合密封件205嵌至在密封后端蓋204和集成缸體203的內(nèi)壁之間。每個(gè)活塞腔210內(nèi)設(shè)有一個(gè)液壓執(zhí)行單元。每個(gè)液壓執(zhí)行単元對(duì)應(yīng)ー個(gè)ニ級(jí)電液伺服閥211、一個(gè)夾頭3和ー個(gè)套索4。每個(gè)液壓執(zhí)行單元包括活塞桿201、密封件206、防塵圈207、活塞桿組合密封件209?；钊麠U201位于活塞腔210中，活塞桿組合密封件209套裝在活塞桿201的上部。活塞桿組合密封件209嵌至在活塞桿201和活塞腔210內(nèi)壁之間。防塵圈207套裝在活塞桿201的下部，防塵圈207嵌至在密封后端蓋204和活塞桿201之間?；钊麠U201的底端穿出密封后端蓋204。ニ級(jí)電液伺服閥211位于液壓執(zhí)行單元的上方，且每個(gè)ニ級(jí)電液伺服閥211的第一控制端口和第二控制端ロ分別與該ニ級(jí)電液伺服閥211對(duì)應(yīng)的活塞腔210的腔體連通。夾頭3與活塞桿201底端連接，套索4固定連接在夾頭3上。進(jìn)ー步，所述的夾頭3包括錐形接頭301、旋緊螺母302和緊釘接頭303。錐形接頭301的上部設(shè)有上空腔，錐形接頭301上部壁面設(shè)有通孔，錐形接頭301的中部設(shè)有凹槽，該凹槽與上空腔連通。錐形接頭301中部的外壁面設(shè)有外螺紋。錐形接頭301的下部設(shè)有呈倒錐臺(tái)的錐形體。該錐形體由錐片組成，錐片之間有空隙。錐形接頭301的上部與活塞桿201的底端通過(guò)螺拴固定連接。旋緊螺母302的上部設(shè)有定位孔。該定位孔的內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，定位孔的內(nèi)螺紋與錐形接頭301中部的外螺紋相配合。旋緊螺母302的下部設(shè)有呈倒錐臺(tái)的限位孔，該限位孔可套裝在錐形接頭301下部的錐形體的外側(cè)。緊釘接頭303呈帶有通孔的柱體，該緊釘接頭303位于錐形接頭301中部的凹槽中。進(jìn)ー步，所述的套索4包括套管和繩索401，套管套裝在繩索上。繩索401的一端穿過(guò)錐形接頭301下部的錐形體，固定在緊釘接頭303上。套管固定連接在支架I上。進(jìn)ー步，所述的集成缸體203中設(shè)有六個(gè)活塞腔210。根據(jù)人體外骨骼具有兩條腿的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)，設(shè)置6個(gè)活塞腔，然后分別通過(guò)6個(gè)夾頭3和6個(gè)套索4帶動(dòng)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)移動(dòng)。
進(jìn)ー步，所述的每個(gè)液壓執(zhí)行單元還包括第一抗磨環(huán)208和第二抗磨環(huán)212，該第一抗磨環(huán)208套裝在活塞桿201的上部，且位于活塞桿組合密封件209的下方，第二抗磨環(huán)212套裝在活塞桿201的下部，第二抗磨環(huán)212位于密封前端蓋202和活塞桿201之間。第一抗磨環(huán)208和第二抗磨環(huán)212具有精確導(dǎo)向和緩解徑向力的作用，同時(shí)可防止缸內(nèi)滑動(dòng)部件的金屬件接觸磨損。上述結(jié)構(gòu)的用于助力外骨骼的液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置，主要包括液壓驅(qū)動(dòng)裝置與套索傳動(dòng)裝置。該結(jié)構(gòu)的用于助力外骨骼的液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置的工作過(guò)程包括液壓驅(qū)動(dòng)過(guò)程和套索傳動(dòng)過(guò)程。液壓驅(qū)動(dòng)過(guò)程:集成缸體203采用了一個(gè)主進(jìn)油口和一個(gè)主出油ロ。各個(gè)活塞腔210的進(jìn)油ロ在集成缸體203中與主進(jìn)油管道連接，各個(gè)活塞腔210的出油ロ在集成缸體203中與主出油管道連接。液壓回路中的液壓工作站產(chǎn)生高壓油，通過(guò)高壓油管進(jìn)入集成缸體203的進(jìn)油ロ，高壓油通過(guò)ニ級(jí)電液伺服閥211的控制ロ進(jìn)入液壓缸活塞腔210，流量大小通過(guò)對(duì)ニ級(jí)電液伺服閥211的輸入電流控制。高壓油進(jìn)入活塞腔210的下部腔體中，推動(dòng)活塞桿201向上運(yùn)動(dòng)。相反，若高壓油進(jìn)入活塞腔210的上部腔體中，活塞桿201則向下運(yùn)動(dòng)。回油經(jīng)過(guò)ニ級(jí)電液伺服閥211流入回油管，最后返回油箱。
套索傳動(dòng)過(guò)程:套索4由兩端固定的套管與可以在套中自由運(yùn)動(dòng)的繩索401組成。套索4連接外骨骼的各個(gè)關(guān)節(jié)與集成油缸2中的各個(gè)活塞桿201末端。套索4與活塞桿201連接端利用夾頭3加緊，夾頭3通過(guò)螺拴固定在活塞桿201的末端。繩索401采用多鋼絲鉸合的柔性索，便于適應(yīng)索套的傳遞路徑。繩索401的另一端通過(guò)夾頭3固定在外骨骼的關(guān)節(jié)處。活塞桿201收縮時(shí)拉動(dòng)繩索401，而套管是固定的，繩索401與套管做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由于繩索401的拉動(dòng)帶動(dòng)外骨骼的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。該液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)合了液壓與套索的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于助力外骨骼，實(shí)現(xiàn)了對(duì)外骨骼關(guān)節(jié)的精確實(shí)時(shí)控制，從而達(dá)到了外骨骼穩(wěn)定跟隨人行走的目的。在不脫離本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)思的前提下，做出的若干改進(jìn)也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于助力外骨骼的液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，該驅(qū)動(dòng)裝置包括支架(I)、集成液壓執(zhí)行器(2)、夾頭(3)和套索(4)， 集成液壓執(zhí)行器(2 )固定連接在支架(I)上，集成液壓執(zhí)行器(2 )包括二級(jí)電液伺服閥(211)和集成缸體(203 )，集成缸體(203 )上部設(shè)有帶有進(jìn)油口的進(jìn)油道和帶有出油口的出油道，每個(gè)二級(jí)電液伺服閥(211)的進(jìn)油口與集成缸體(203)的進(jìn)油道相連通，每個(gè)二級(jí)電液伺服閥(211)的出油口與集成缸體(203)的出油道相連通； 集成缸體(203)的下部設(shè)有相互平行布置的活塞腔(210)，集成缸體(203)的頂端開(kāi)有與活塞腔(210)相通的通孔，集成缸體(203)頂端的通孔中設(shè)有密封前端蓋(202);活塞腔(210)的底部設(shè)有密封后端蓋(204)，密封后端蓋(204)的外壁上套裝有擋環(huán)和O型圈組合密封件(205 )，擋環(huán)和O型圈組合密封件(205 )嵌至在密封后端蓋(204)和集成缸體(203 )的內(nèi)壁之間； 每個(gè)活塞腔(210)內(nèi)設(shè)有一個(gè)液壓執(zhí)行單元，每個(gè)液壓執(zhí)行單元對(duì)應(yīng)一個(gè)二級(jí)電液伺服閥(211)、一個(gè)夾頭(3)和一個(gè)套索(4)，每個(gè)液壓執(zhí)行單元包括活塞桿(201)、密封件(206)、防塵圈(207)、活塞桿組合密封件(209)，活塞桿(201)位于活塞腔(210)中，活塞桿組合密封件(209)套裝在活塞桿(201)的上部，活塞桿組合密封件(209)嵌至在活塞桿(201)和活塞腔(210 )內(nèi)壁之間，防塵圈(207 )套裝在活塞桿(201)的下部，防塵圈(207 )嵌至在密封后端蓋(204)和活塞桿(201)之間；活塞桿(201)的底端穿出密封后端蓋(204)；二級(jí)電液伺服閥(211)位于液壓執(zhí)行單元的上方，且每個(gè)二級(jí)電液伺服閥(211)的第一控制端口和第二控制端口分別與該二級(jí)電液伺服閥(211)對(duì)應(yīng)的活塞腔(210)的腔體連通； 夾頭(3 )與活塞桿(201)底端連接，套索(4 )固定連接在夾頭(3 )上。
2.按照權(quán)利要求1所述的用于助力外骨骼的液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述的夾頭(3)包括錐形接頭(301)、旋緊螺母(302)和緊釘接頭(303)， 錐形接頭(301)的上 部設(shè)有上空腔，錐形接頭(301)上部壁面設(shè)有通孔，錐形接頭(301)的中部設(shè)有凹槽，該凹槽與上空腔連通，錐形接頭(301)中部的外壁面設(shè)有外螺紋，錐形接頭(301)的下部設(shè)有呈倒錐臺(tái)的錐形體，該錐形體由錐片組成，錐片之間有空隙；錐形接頭(301)的上部與活塞桿(201)的底端通過(guò)螺拴固定連接； 旋緊螺母(302)的上部設(shè)有定位孔，該定位孔的內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，定位孔的內(nèi)螺紋與錐形接頭(301)中部的外螺紋相配合，旋緊螺母(302)的下部設(shè)有呈倒錐臺(tái)的限位孔，該限位孔可套裝在錐形接頭(301)下部的錐形體的外側(cè)； 緊釘接頭(303)呈帶有通孔的柱體，該緊釘接頭(303)位于錐形接頭(301)中部的凹槽中。
3.按照權(quán)利要求2所述的用于助力外骨骼的液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述的套索(4)包括套管和繩索(401)，套管套裝在繩索上，且繩索(401)的一端穿過(guò)錐形接頭(301)下部的錐形體，固定在緊釘接頭(303)上，套管固定連接在支架(I)上。
4.按照權(quán)利要求1所述的用于助力外骨骼的液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述的集成缸體(203)中設(shè)有六個(gè)活塞腔(210)。
5.按照權(quán)利要求1所述的用于助力外骨骼的液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述的每個(gè)液壓執(zhí)行單元還包括第一抗磨環(huán)(208 )和第二抗磨環(huán)(212)，該第一抗磨環(huán)(208 )套裝在活塞桿(201)的上部，且位于活塞桿組合密封件(209)的下方，第二抗磨環(huán)(212)套裝在活塞桿(201)的下部 ，第二抗磨環(huán)(212)位于密封前端蓋(202)和活塞桿(201)之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于助力外骨骼的液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置，包括支架、集成液壓執(zhí)行器、夾頭和套索，集成液壓執(zhí)行器包括二級(jí)電液伺服閥和集成缸體，集成缸體的下部設(shè)有相互平行布置的活塞腔，集成缸體的頂端開(kāi)有與活塞腔相通的通孔，集成缸體頂端的通孔中設(shè)有密封前端蓋；活塞腔的底部設(shè)有密封后端蓋；每個(gè)活塞腔內(nèi)設(shè)有一個(gè)液壓執(zhí)行單元，每個(gè)液壓執(zhí)行單元對(duì)應(yīng)一個(gè)二級(jí)電液伺服閥、一個(gè)夾頭和一個(gè)套索，每個(gè)液壓執(zhí)行單元包括活塞桿、密封件、防塵圈、活塞桿組合密封件；夾頭與活塞桿底端連接，套索固定連接在夾頭上。該液壓套索驅(qū)動(dòng)裝置既解決了液壓驅(qū)動(dòng)外骨骼系統(tǒng)復(fù)雜油路的布置問(wèn)題，又克服了外骨骼各關(guān)節(jié)慣性力比較大的問(wèn)題。
文檔編號(hào)A61F2/74GK103083119SQ201310011708
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者王興松, 路新亮, 賈山, 杜峰坡 申請(qǐng)人:東南大學(xué)