本技术介绍了一种创新的单腿液压助力外骨骼控制方法、装置和外骨骼。该方法通过计算液压缸的有杆腔和无杆腔期望流量,实现泵阀流量分配,控制外骨骼行动。具体包括确定变转速泵和伺服阀的控制电压,实现泵阀流量分配。该技术采用泵提供低频流量,阀提供高频流量的方案,有效解决了重载下油液压缩性问题,降低了系统能耗。
背景技术
可穿戴下肢助力外骨骼是一种增强穿戴者负重能力的人机一体化装置,可用于应急救援、国防军工等领域。液压驱动器由于具有输出力和力矩大、功率重量比高等优势,因而非常适用于下肢助力外骨骼这种的紧凑重型系统。在助力外骨骼系统中,通过减小人机作用力可以实现外骨骼精确跟踪人的运动,从而使穿戴者实现轻松负重,因此高精度人机作用力控制算法设计是实现外骨骼助力功能的重要保障。另一方面,下肢助力外骨骼的能源供应系统必须随身携带,能量源非常有限。为保证较长的工作时间,系统能效也不可忽视。如何同时实现下肢液压助力外骨骼高精度与高能效力控制是提高外骨骼性能的关键技术。
在实现液压外骨骼高精度高能效力控制时,需要解决两方面的问题。首先是液压外骨骼高精度高能效电液系统设计。传统的下肢液压助力外骨骼电液系统常采用阀控系统方案,由于阀控系统存在节流损失、溢流损失等,导致传统的液压外骨骼能效水平低。其次是基于选定的电液系统设计相应的外骨骼高精度高能效力控制算法。现有液压助力外骨骼控制方法重点解决液压外骨骼系统固有的强耦合高阶非线性,建模不确定性的影响,仅能实现高精度力控制,并没有考虑能耗问题,导致系统的能耗较大。另外,特别是在重载情况下,液压油的油液压缩性不可忽略,这给泵阀流量分配带来了困难。
实现思路