一种液压驱动系统、液压驱动方法及外骨骼

摘要

本发明公开液压驱动系统、液压驱动方法及外骨骼，涉及人体运动辅助设备技术领域。提高灵活性、降低能耗高。液压驱动系统包括供液单元、第一液压缸、第一控制阀单元、第二液压缸和第二控制阀单元。供液单元用于输出液压油，以驱动第一液压缸和第二液压缸。第一控制阀单元用于控制由供液单元供给至第一液压缸的液压油的流量。穿戴者站立时，第一控制阀单元控制第一液压缸处于伸出状态。穿戴者行走时，第一控制阀单元控制第一液压缸处于伸/曲循环状态。第二控制阀单元用于控制由供液单元供给至第二液压缸的液压油的流量。穿戴者站立时，第二控制阀单元控制第二液压缸处于伸出状态。穿戴者行走时，第二控制阀单元控制第二液压缸处于伸/曲循环状态。

说明书

技术领域

本发明涉及人体运动辅助设备技术领域，特别是涉及一种液压驱动系统、液压驱动方法及外骨骼。

背景技术

外骨骼是一种新型可穿戴人机一体化装置，主要应用于军事作战和康复医疗等领域。外骨骼应用于军事作战领域时，在提高士兵的力量、速度和耐力的情况下，可以提高单兵作战能力。

目前，外骨骼机器人的驱动系统主要包括液压驱动系统、电机驱动系统和气压驱动系统。其中，液压驱动系统由于可以输出较大力矩，因此，在负重型外骨骼上应用比较广泛。

但是，应用于负重型外骨骼的液压驱动系统在穿戴者处于行走状态时，存在灵活性差以及能耗高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压驱动系统、液压驱动方法及外骨骼，以解决现有液压驱动系统存在的灵活性差和能耗高的问题。

第一方面，本发明提供一种液压驱动系统，应用于外骨骼，外骨骼为穿戴者提供助力。液压驱动系统包括供液单元、第一液压缸、第一控制阀单元、第二液压缸和第二控制阀单元。其中，供液单元用于输出液压油，以驱动第一液压缸和第二液压缸。第一控制阀单元用于控制由供液单元供给至第一液压缸的液压油的流量。当穿戴者站立时，第一控制阀单元控制第一液压缸处于伸出状态。当穿戴者行走时，第一控制阀单元控制第一液压缸处于伸/曲循环状态。第二控制阀单元用于控制由供液单元供给至第二液压缸的液压油的流量。当穿戴者站立时，第二控制阀单元控制第二液压缸处于伸出状态。当穿戴者行走时，第二控制阀单元控制第二液压缸处于伸/曲循环状态。

与现有技术相比，将本发明提供的液压驱动系统应用于外骨骼，且外骨骼至少包括髋关节、膝关节和踝关节时，可以将第一液压缸与膝关节动力连接，利用第一液压缸的伸/缩驱动膝关节的伸/曲。将第二液压缸与髋关节动力连接，利用第二液压缸的伸/缩驱动髋关节的伸/曲。

由于在人体正常行走时，髋、膝、踝关节主要在矢状面内运动，其中，踝关节所需力矩小，能量消耗主要产生于髋、膝关节。因此，本发明提供的液压驱动系统针对所需力矩小的踝关节不设计驱动。也就是说，外骨骼下肢设计为单腿双自由度(应理解，此处的双自由度包括膝关节自由度和髋关节自由度)的驱动方式，在符合人体骨骼运动特征的同时，最大限度降低液压驱动系统的能量消耗，以达到外骨骼与人体运动的巧妙融合。

当穿戴者站立时，在第一控制阀单元的控制下，供液单元向第一液压缸的无杆腔供应液压油，以驱动第一液压缸所具有的活塞杆伸出，进而使膝关节处于直立状态，以为穿戴者的膝关节提供助力。与此同时，在第二控制阀单元的控制下，供液单元还可以向第二液压缸的无杆腔供应液压油，以驱动第二液压缸所具有的活塞杆伸出，进而使髋关节处于伸直状态，以为穿戴者的髋关节提供助力。

从以上应用过程可知，利用供液单元、第一控制阀单元和第一液压缸可以为膝关节提供满足其需求的驱动力，同时，利用供液单元、第二控制阀单元和第二液压缸可以为髋关节提供满足其需求的驱动力。基于此，可以实现对外骨骼的助力。另外，第一液压缸和第二液压缸共用一个供液单元，从整体上简化液压驱动系统的情况下，可以减小液压驱动系统的体积，以及减轻液压驱动系统的重量。

当穿戴者行走且处于伸腿状态时，在第一控制阀单元的控制下，供液单元向第一液压缸的无杆腔供应液压油，以驱动第一液压缸所具有的活塞杆伸出，同时在第一液压缸所具有的活塞杆的推动下，第一液压缸的有杆腔内的液压油回流至供液单元。基于此，膝关节外骨骼随穿戴者膝关节的伸直而逐渐伸直，为穿戴者膝关节的伸直提供驱动力。与此同时，在第二控制阀单元的控制下，供液单元向第二液压缸的无杆腔供应液压油，以驱动第二液压缸所具有的活塞杆伸出。基于此，髋关节外骨骼随穿戴者髋关节的伸直而逐渐伸直，为穿戴者髋关节的伸直提供驱动力。

当穿戴者行走且处于曲腿状态时，在第一控制阀单元的控制下，供液单元向第一液压缸的有杆腔供应液压油，以驱动第一液压缸所具有的活塞杆缩回，同时在第一液压缸所具有的活塞杆的推动下，第一液压缸的无杆腔内的液压油回流至供液单元。基于此，膝关节外骨骼随穿戴者膝关节的收回而逐渐缩回，为穿戴者膝关节的缩回提供驱动力。与此同时，在第二控制阀单元的控制下，第二液压缸所具有的活塞杆缩回。基于此，髋关节外骨骼随穿戴者髋关节的收回而逐渐缩回，为穿戴者髋关节的缩回提供驱动力。

从以上应用过程可知，本发明提供的液压驱动系统在穿戴者行走时，可以驱动膝关节外骨骼和髋关节外骨骼随穿戴者的行走状态呈伸/曲循环状态，以提高外骨骼运动的灵活度。

作为一种可能的实现方式，第一液压缸和第二液压缸均具有压力阈值。液压驱动系统还包括安全阀，设置在供液单元的出口处。当第一液压缸和第二液压缸的实测压力大于或等于压力阈值时，利用所述安全阀溢流。

作为一种可能的实现方式，液压驱动系统还包括压力信号测量单元，压力信号测量单元用于测量第一液压缸和第二液压缸所具有的无杆腔和有杆腔之间的压差信号。通信单元，通信单元用于接收第一液压缸的压差信号以及第二液压缸的压差信号。处理单元，在接收由通信单元发送的第一液压缸的压差信号以及第二液压缸的压差信号的情况下，生成第一控制信号和第二控制信号。通信单元还用于向第一控制阀单元发送第一控制信号，第一控制阀单元用于根据第一控制信号控制进入第一液压缸内的液压油的流量。通信单元还用于向第二控制阀单元发送第二控制信号，第二控制阀单元用于根据第二控制信号控制进入第二液压缸内的液压油的流量。

作为一种可能的实现方式，第一控制阀单元包括第一电磁阀和第二电磁阀；第一电磁阀和第二电磁阀均设置在供液单元和第一液压缸之间。第一电磁阀和第二电磁阀并联。第二控制阀单元包括第三电磁阀和第四电磁阀。第三电磁阀和第四电磁阀均设置在供液单元和第二液压缸之间。第三电磁阀和第四电磁阀并联。当穿戴者站立时，第一电磁阀打开以驱动第一液压缸处于伸出状态。第三电磁阀打开以驱动第二液压缸处于伸出状态。第二电磁阀和第四电磁阀关闭。当穿戴者行走且曲腿时，第一电磁阀打开以驱动第一液压缸处于曲回状态。第三电磁阀打开以使第二液压缸处于曲回状态。第二电磁阀和第四电磁阀打开。当穿戴者行走且伸腿时，第一电磁阀打开以驱动第一液压缸处于伸出状态；第三电磁阀打开以驱动第二液压缸处于伸出状态；第二电磁阀和第四电磁阀打开。

作为一种可能的实现方式，供液单元包括油箱，与油箱连通的电机泵，电机泵将液压油从油箱吸出以供给至第一液压缸和第二液压缸。油箱还用于回收第一液压缸和第二液压缸溢出的液压油。

作为一种可能的实现方式，供液单元还包括过滤器，过滤器设置在油箱和电机泵之间，和/或，过滤器设置在电机泵与第一控制阀单元和第二控制阀单元之间。

作为一种可能的实现方式，液压驱动系统还包括一体式壳体，一体式壳体上至少集成有第一液压缸、第一控制阀单元、第二液压缸和第二控制阀单元。

第二方面，本发明还提供一种液压驱动方法，应用于外骨骼，外骨骼为穿戴者提供助力；液压驱动方法包括：

在穿戴者站立时，向第一液压缸和第二液压缸提供液压油，以驱动第一液压缸和第二液压缸处于伸出状态。

在穿戴者行走且曲腿时，向第一液压缸提供液压油，以驱动第一液压缸处于曲回状态，利用外骨骼驱动第二液压缸处于曲回状态。

在穿戴者行走且伸腿时，向第一液压缸和第二液压缸提供液压油，以驱动第一液压缸和第二液压缸处于伸出状态。

作为一种可能的实现方式，在穿戴者站立时，向第一液压缸和第二液压缸提供液压油，以驱动第一液压缸和第二液压缸处于伸出状态包括：

第一控制阀单元控制供液单元向第一液压缸的无杆腔供应液压油，以驱动第一液压缸处于伸出状态。第一液压缸的有杆腔内的液压油经第一控制阀单元所包括的第一电磁阀流回供液单元。

第二控制阀单元控制供液单元向第二液压缸的无杆腔供应液压油，以驱动第二液压缸处于伸出状态。

在穿戴者行走且曲腿时，向第一液压缸提供液压油，以驱动第一液压缸处于曲回状态包括：

第一控制阀单元控制供液单元向第一液压缸的有杆腔供应液压油，以驱动第一液压缸处于曲回状态。第一液压缸的无杆腔内的液压油经第一控制阀单元所包括的第一电磁阀流回供液单元，同时，第一液压缸的无杆腔内的液压油经第一控制阀单元所包括的第二电磁阀流回供液单元。

在穿戴者行走且伸腿时，向第一液压缸和第二液压缸提供液压油，以驱动第一液压缸和第二液压缸处于伸出状态包括：

第一控制阀单元所包括的第一电磁阀控制供液单元向第一液压缸的无杆腔供应液压油，以驱动第一液压缸处于伸出状态。第一液压缸的有杆腔的液压油经第一控制阀单元所包括的第一电磁阀流回供液单元，经第二电磁阀流回供液单元。

第二控制阀单元所包括的第三电磁阀控制供液单元向第二液压缸的无杆腔供应液压油，以驱动第二液压缸处于伸出状态。

与现有技术相比，本发明提供的液压驱动方法的有益效果与上述技术方案所述液压驱动系统的有益效果相同，此处不做赘述。

第三方面，本发明还提供一种外骨骼，外骨骼至少包括髋关节外骨骼、膝关节外骨骼和液压驱动系统。液压驱动系统为上述技术方案中任意一种液压驱动系统。其中，第一液压缸用于驱动膝关节外骨骼。第二液压缸用于驱动髋关节外骨骼。

与现有技术相比，本发明提供的外骨骼的有益效果与上述技术方案所述液压驱动系统的有益效果相同，此处不做赘述。

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一种液压驱动系统的原理图；

图2为本发明实施例提供的另一种液压驱动系统的原理图；

图3为本发明实施例提供的液压驱动系统的局部结构示意图；

图4为本发明实施例提供的液压驱动系统的局部结构示意图；

图5为本发明实施例提供的油管销的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的油管销与髋关节外骨骼的连接关系示意图。

其中：

1-供液单元，2-第一液压缸，3-第一控制阀单元，

4-第二液压缸，5-第二控制阀单元；

10-油箱，11-电机泵，12-过滤器，

14-增压组件，15-背板，

16-油管销，160-油管销本体，161-密封盖，

162-有杆腔连接孔，163-无杆腔连接孔；

30-第一电磁阀，31-第二电磁阀；

50-第三电磁阀，51-第四电磁阀；

60-溢流阀；

70-第一压差传感器，71-第二压差传感器；

80-通信单元；81-处理单元；

90-壳体，91-高压油管接头，92-第一液压缸接头。

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。

图1示出了本发明实施例提供的液压驱动系统的原理图。如图1所示，本发明实施例提供的液压驱动系统可以应用于外骨骼，该外骨骼可以包括膝关节外骨骼、髋关节外骨骼和踝关节外骨骼，在实际应用中，该液压驱动系统可以为穿戴者提供助力。

参见图1，该液压驱动系统包括供液单元1、第一液压缸2、第一控制阀单元3、第二液压缸4和第二控制阀单元5。其中，供液单元1用于输出液压油，以驱动第一液压缸2和第二液压缸4。第一控制阀单元3用于控制由供液单元1供给至第一液压缸2的液压油的流量。当穿戴者站立时，第一控制阀单元3控制第一液压缸2处于伸出状态。当穿戴者行走时，第一控制阀单元3控制第一液压缸2处于伸/曲循环状态。第二控制阀单元5用于控制由供液单元1供给至第二液压缸4的液压油的流量。当穿戴者站立时，第二控制阀单元5控制第二液压缸4处于伸出状态。当穿戴者行走时，第二控制阀单元5控制第二液压缸4处于伸/曲循环状态。

参见图1，上述供液单元1可以包括油箱10、电机泵11和过滤器12。上述油箱10用于存储液压油，并通过进油管路向电机泵11供应液压油，与此同时，油箱10还可以用于接收经液压驱动系统所具有的回油管路回收的液压油。上述过滤器12可以设置在进油管路上且位于油箱10和电机泵11之间，和/或，过滤器12还可以设置在电机泵11所具有的出油口的后端。过滤器12的设置可以降低供应至第一控制阀单元3和第二控制阀单元5内的液压油的杂质，在降低第一控制阀单元3和第二控制阀单元5被杂质堵塞的风险的情况下，可以降低第一控制阀单元3和第二控制阀单元5损坏的风险，以提高第一控制阀单元3和第二控制阀单元5的使用寿命，降低使用成本。应理解，可以根据实际应用需求选择过滤器12，在此不做具体限定。例如，过滤器12可以是网式过滤器、线隙式过滤器、纸芯式过滤器、烧结式过滤器、磁式过滤器中的任意一种或多种。

参见图4，从结构上看，上述供液单元1可以集成在背板15上，在背板15上自下而上依次紧固安装有油箱10、电机泵11。当然，为了确保电机泵11输出的液压油的压力能够满足实际应用需求，可以在背板15上且位于油箱10和电机泵11之间的位置紧固安装一增压组件14。

参见图1，第一控制阀单元3可以包括第一电磁阀30和第二电磁阀31。第一电磁阀30和第二电磁阀31均设置在供液单元1和第一液压缸2之间。第一电磁阀30和第二电磁阀31并联。当穿戴者站立时，第一电磁阀30打开以驱动第一液压缸2处于伸出状态，此时，第二电磁阀31可以处于关闭状态。当穿戴者行走且曲腿时，第一电磁阀30打开以驱动第一液压缸2处于曲回状态，此时，第二电磁阀31可以处于开启状态。当穿戴者行走且伸腿时，第一电磁阀30打开以驱动第一液压缸2处于伸出状态，此时，第二电磁阀31可以处于开启状态。

下面以第一电磁阀30为三位四通阀、第二电磁阀31为两位两通电磁阀为例，详细说明第一控制阀单元3在穿戴者不同运动状态的工作状态。应理解，以下说明仅作为解释，不作为限定。

在详细说明之前，为了便于理解，对第一控制阀单元3涉及的结构进行定义，具体如下：

高压管路P1：通过第一电磁阀30连通电机泵11和第一液压缸2的管路。

低压管路L1：通过第一电磁阀30连通油箱10和第一液压缸2的管路。

低压管路L2：通过第二电磁阀31连通油箱10和第一液压缸2的管路。

工位①：第一电磁阀30的左侧工位。

工位②：第一电磁阀30的中位。

工位③：第一电磁阀30的右侧工位。

工位Ⅰ：第二电磁阀31的左侧工位。

工位Ⅱ：第二电磁阀31的右侧工位。

参见图1，当穿戴者站立时，电机泵11开启，第一电磁阀30处于工位①，第二电磁阀31处于工位Ⅰ，此时，高压管路P1通过工位①向第一液压缸2的无杆腔供应液压油，低压管路L1通过工位①向油箱10回油。由于第二电磁阀31处于工位Ⅰ，因此低压管路L2中断。基于第一电磁阀30、第二电磁阀31、高压管路P1和低压管路L1的工作状态，在液压油的驱动下，第一液压缸2所具有的活塞杆伸出，以驱动膝关节外骨骼处于伸直状态，此时，可以为膝关节外骨骼提供助力。由于低压管路L2中断，第一液压缸2所具有的有杆腔内的液压油仅可以通过低压管路L1流回油箱10，因此，在第一液压缸2所具有的活塞杆伸出的过程中，中断的低压管路L2可以起到一定的缓冲作用。基于此，利用第一液压缸2所具有的活塞杆驱动膝关节外骨骼伸出时，将会降低对膝关节外骨骼的冲击力。

参见图1，当穿戴者行走且曲腿时，电机泵11开启，第一电磁阀30处于工位③，第二电磁阀31处于工位Ⅱ，此时，高压管路P1通过工位③向第一液压缸2的有杆腔供应液压油，低压管路L1通过工位③向油箱10回油。由于第二电磁阀31处于工位Ⅱ，因此低压管路L2可以通过工位Ⅱ与油箱10连通，此时，通过高压管路P1的液压油一部分进入第一液压缸2的有杆腔，以驱动第一液压缸2的活塞杆缩回，通过高压管路P1的液压油另一部分则通过工位Ⅱ、低压管路L2流回油箱10。第一液压缸2所具有的无杆腔内的液压油则通过低压管路L1流回油箱10。基于第一电磁阀30、第二电磁阀31、高压管路P1和低压管路L1、L2的工作状态，在液压油的驱动下，第一液压缸2所具有的活塞杆缩回，以驱动膝关节外骨骼处于缩回状态，而且，在第二电磁阀31所具有的工位Ⅱ、低压管路L2和油箱10的作用下，可以对第一液压缸2所具有的活塞杆的缩回起到一定的缓冲作用，以避免活塞杆缩回时，对膝关节外骨骼造成的过度冲击。

参见图1，当穿戴者行走且伸腿时，电机泵11开启，第一电磁阀30处于工位①，第二电磁阀31处于工位Ⅱ，此时，高压管路P1通过工位①向第一液压缸1的无杆腔供应液压油，低压管路L1通过工位①向油箱10回油。由于第二电磁阀31处于工位Ⅱ，因此低压管路L2可以通过工位Ⅱ与油箱10连通，此时，通过高压管路P1的液压油进入第一液压缸2的有杆腔，以驱动第一液压缸2的活塞杆伸出。第一液压缸2所具有的无杆腔内的液压油则通过低压管路L1流回油箱10，同时，通过低压油路L2流回油箱10。基于第一电磁阀30、第二电磁阀31、高压管路P1和低压管路L1、L2的工作状态，在液压油的驱动下，第一液压缸2所具有的活塞杆伸出，以驱动膝关节外骨骼处于伸出状态，而且，在第二电磁阀31所具有的工位Ⅱ、低压管路L2和油箱10的作用下，可以提高第一液压缸2所具有的活塞杆的伸出的灵活性。

参见图1，第二控制阀单元5可以包括第三电磁阀50和第四电磁阀51。第三电磁阀50和第四电磁阀51均设置在供液单元1和第二液压缸4之间。第三电磁阀50和第四电磁阀51并联。当穿戴者站立时，第三电磁阀50打开以驱动第二液压缸4处于伸出状态，此时，第四电磁阀51可以处于关闭状态。当穿戴者行走且曲腿时，第三电磁阀50打开以驱动第二液压缸4处于曲回状态，此时，第四电磁阀51可以处于打开状态。当穿戴者行走且伸腿时，第三电磁阀50打开以驱动第二液压缸4处于伸出状态，此时，第四电磁阀51可以处于打开状态。

下面以第三电磁阀50为三位四通阀、第四电磁阀51为两位一通电磁阀为例，详细说明第二控制阀单元5在穿戴者不同运动状态的工作状态。应理解，以下说明仅作为解释，不作为限定。

在详细说明之前，为了便于理解，对第二控制阀单元5涉及的结构进行定义，具体如下：

高压管路P1：通过第三电磁阀50连通电机泵11和第二液压缸4的管路。

低压管路L1：通过第三电磁阀50连通油箱10和第二液压缸4的管路。

工位①：第三电磁阀50的左侧工位。

工位②：第三电磁阀50的中位。

工位③：第三电磁阀50的右侧工位。

工位Ⅰ：第四电磁阀51的左侧工位。

工位Ⅱ：第四电磁阀51的右侧工位。

参见图1，当穿戴者站立时，电机泵11开启，第三电磁阀50处于工位①，第四电磁阀51处于工位Ⅱ，此时，高压管路P1通过工位①向第二液压缸4的无杆腔供应液压油，以驱动第二液压缸4所具有的活塞杆伸出。高压管路P1处于第三电磁阀50和第二液压缸4有杆腔之间的部分可以被省略，因为，由于髋关节外骨骼的运动幅度较小，当用于驱动髋关节外骨骼的第二液压缸4的活塞杆需要缩回时，利用穿戴者髋关节的驱动力即可实现，因此无需通过向第二液压缸4有杆腔供应液压油。基于此，可以从整体上降低液压驱动系统的能量损耗。当第四电磁阀51处于工位Ⅱ时，低压管路L1中断。基于第三电磁阀50、第四电磁阀51、高压管路P1和低压管路L1的工作状态，在液压油的驱动下，第二液压缸4所具有的活塞杆伸出，以驱动髋关节外骨骼处于伸直状态，此时，可以为髋关节外骨骼提供助力。

参见图1，当穿戴者行走且曲腿时，电机泵11关闭，第三电磁阀50处于工位③，第四电磁阀51处于工位Ⅰ，此时，可以利用穿戴者的髋关节的驱动力驱动第二液压缸4所具有的活塞杆缩回，缩回过程中，低压管路L1通过工位③和工位Ⅰ向油箱10回油。由于低压管路L1可以通过两个工位同时向油箱10回油，因此，在降低第二液压缸4所具有的无杆腔向油箱10回油阻力的情况下，提高第二液压缸4所具有的活塞杆缩回的灵敏度。

参见图1，当穿戴者行走且伸腿时，电机泵11开启，第三电磁阀50处于工位①，第四电磁阀51处于工位Ⅱ，此时，高压管路P1通过工位①向第二液压缸4的无杆腔供应液压油，以驱动第二液压缸4所具有的活塞杆伸出，进而驱动髋关节外骨骼伸出，以为髋关节外骨骼提供助力。

参见图1，采用上述技术方案时，由于在人体正常行走时，髋、膝、踝关节主要在矢状面内运动，其中，踝关节所需力矩小，能量消耗主要产生于髋、膝关节。因此，本发明提供的液压驱动系统针对所需力矩小的踝关节不设计驱动。也就是说，外骨骼下肢设计为单腿双自由度(应理解，此处的双自由度包括膝关节自由度和髋关节自由度)的驱动方式，在符合人体骨骼运动特征的同时，最大限度降低液压驱动系统的能量消耗，以达到外骨骼与人体运动的巧妙融合。另外，第一液压缸2和第二液压缸4共用一个供液单元1，从整体上简化液压驱动系统的情况下，可以减小液压驱动系统的体积，以及减轻液压驱动系统的重量。

参见图1，作为一种可能的实现方式，本发明实施例提供的液压驱动系统所包括的第一液压缸2和第二液压缸4均具有压力阈值，此时，上述液压驱动系统还可以包括安全阀70，比如溢流阀，上述安全阀70可以设置在供液单元1所包括的电机泵11的出口，另外还需要设置连通安全阀70、电机泵11和油箱10的溢流管路。当第一液压缸2和第二液压缸4的实测压力大于或等于压力阈值时，利用安全阀70将多余的液压油溢流至油箱。基于此，可以从整体上提高液压驱动系统的安全性。

参见图2，作为一种可能的实现方式，本发明实施例提供的液压驱动系统还可以包括压力信号测量单元、通信单元80和处理单元81。

参见图2，作为一种示例，上述压力信号测量单元可以包括第一压差传感器70和第二压差传感器71。其中，第一压差传感器70用于测量第一液压缸2所具有的无杆腔和有杆腔之间的压差信号。第二压差传感器71用于测量第二液压缸4所具有的无杆腔和有杆腔之间的压差信号。

参见图2，上述通信单元80用于接收第一液压缸2和第二液压缸4的压差信号。上述处理单元81在接收由通信单元80发送的第一液压缸2的压差信号以及第二液压缸4的压差信号的情况下，生成第一控制信号和第二控制信号。上述通信单元80还用于向第一控制阀单元3发送第一控制信号，第一控制阀单元3用于根据第一控制信号控制进入第一液压缸2内的液压油的流量。通信单元80还用于向第二控制阀单5元发送第二控制信号，第二控制阀单5元用于根据第二控制信号控制进入第二液压缸4内的液压油的流量。

参见图2，采用上述技术方案时，可以在处理单元81内预存有人体步态规律模型，利用该模型可以确定穿戴者在不同的运动姿态下，膝关节外骨骼和髋关节外骨骼所需要的驱动力。进一步的，在实际应用时，还可以通过如运动姿态识别模块实时识别穿戴者的运动姿态，并将能够表征穿戴者运动姿态的数据通过通信单元发送至处理单元。在穿戴者运动姿态确定的情况下，进一步的通过第一压差传感器70实时获取第一液压缸2的压差信号，通过第二压差传感器71实时获取第二液压缸4的压差信号，并将上述压差信号通过通信单元80实时发送至处理单元81。处理单元81在获取到穿戴者运动姿态以及上述压差信号的情况下，利用人体步态规律模型计算得到第一控制信号和第二控制信号。再次利用通信单元80将上述第一控制信号和第二控制信号发送至第一控制阀单元3和第二控制阀单元5，以控制流入第一液压缸2和第二液压缸4内的液压油的流量。

参见图2，从以上应用过程可知，本发明实施例提供的液压驱动系统根据穿戴者运动姿态实施调整供应至第一液压缸2和第二液压缸4内的液压油的流量，在为膝关节外骨骼和髋关节外骨骼提供助力的同时，还可以降低上述液压驱动系统的能耗。

参见图3，作为一种可能的实现方式，液压驱动系统还包括一体式壳体90，一体式壳体90上至少集成有第一液压缸2、第一控制阀单元3、第二液压缸4和第二控制阀单元5。上述一体式壳体90可以是铸造成型的一体式壳体或3D打印成型的一体式壳体。上述一体式壳体90内部设置有多个通道，由上述多个通道形成前述实现方式中涉及的高压管路、低压管路和溢流管路等。采用一体式壳体90可以从整体上提高其承载能力，而且，将高压管路、低压管路和溢流管路以通道的形式设置在一体式壳体90的内部，可以从整体上减小液压驱动系统的体积。另外，将第一液压缸2、第一控制阀单元3、第二液压缸4和第二控制阀单元5集成在一体式壳体上，可以从整体上减小液压驱动系统的体积。

参见图3，具体的，一体式壳体90上可以集成有第一电磁阀30、第二电磁阀31、第三电磁阀50、第四电磁阀51、高压油管接头91(高压油管接头91可以与前述的电机泵的出口连通)、第一液压缸接头92(通过第一液压缸接头92与第一液压缸2连通)和第二液压缸4。

参见图5，为了确保髋关节外骨骼活动自由度，本发明实施例提供的液压驱动系统还包括油管销16，第二液压缸4可以通过油管销16可转动的安装在一体式壳体90上，油管销16内部设置有通道，与一体式壳体90内部的通道一起构成管路。也就是说，油管销16一方面可以作为安装第二液压缸4的安装件使用，另一方面可以作为管路的一部分使用。基于此，可以实现一个构件两种用途的目的，以从整体上简化液压驱动系统的结构、减小液压驱动系统的体积以及减轻液压驱动系统的重量。

参见图6，具体的，油管销16包括油管销本体160、密封盖161、有杆腔连接孔162和无杆腔连接孔163。油管销16可转动的安装在一体式壳体90后，第二液压缸4所具有的有杆腔与有杆腔连接孔162连通，第二液压缸4所具有的无杆腔与无杆腔连接孔163连通。也就是说，通过有杆腔连接孔162和无杆腔连接孔163在第二液压缸4和第二控制阀单元5之间形成进油回路和回油回路。

本发明实施例还提供一种液压驱动方法，应用于外骨骼，外骨骼为穿戴者提供助力；液压驱动方法包括：

在穿戴者站立时，向第一液压缸和第二液压缸提供液压油，以驱动第一液压缸和第二液压缸处于伸出状态。

在穿戴者行走且曲腿时，向第一液压缸提供液压油，以驱动第一液压缸处于曲回状态，利用外骨骼驱动第二液压缸处于曲回状态。

在穿戴者行走且伸腿时，向第一液压缸和第二液压缸提供液压油，以驱动第一液压缸和第二液压缸处于伸出状态。

作为一种可能的实现方式，在穿戴者站立时，向第一液压缸和第二液压缸提供液压油，以驱动第一液压缸和第二液压缸处于伸出状态包括：

第一控制阀单元控制供液单元向第一液压缸的无杆腔供应液压油，以驱动第一液压缸处于伸出状态。第一液压缸的有杆腔内的液压油经第一控制阀单元所包括的第一电磁阀流回供液单元。

第二控制阀单元控制供液单元向第二液压缸的无杆腔供应液压油，以驱动第二液压缸处于伸出状态。

在穿戴者行走且曲腿时，向第一液压缸提供液压油，以驱动第一液压缸处于曲回状态包括：

第一控制阀单元控制供液单元向第一液压缸的有杆腔供应液压油，以驱动第一液压缸处于曲回状态。第一液压缸的无杆腔内的液压油经第一控制阀单元所包括的第一电磁阀流回供液单元，同时，第一液压缸的无杆腔内的液压油经第一控制阀单元所包括的第二电磁阀流回供液单元。

在穿戴者行走且伸腿时，向第一液压缸和第二液压缸提供液压油，以驱动第一液压缸和第二液压缸处于伸出状态包括：

第一控制阀单元所包括的第一电磁阀控制供液单元向第一液压缸的无杆腔供应液压油，以驱动第一液压缸处于伸出状态。第一液压缸的有杆腔的液压油经第一控制阀单元所包括的第一电磁阀流回供液单元，经第二电磁阀流回供液单元。

第二控制阀单元所包括的第三电磁阀控制供液单元向第二液压缸的无杆腔供应液压油，以驱动第二液压缸处于伸出状态。

与现有技术相比，本发明提供的液压驱动方法的有益效果与上述技术方案所述液压驱动系统的有益效果相同，此处不做赘述。

本发明实施例还提供一种外骨骼，外骨骼至少包括髋关节外骨骼、膝关节外骨骼和液压驱动系统。液压驱动系统为上述技术方案中任意一种液压驱动系统。其中，第一液压缸用于驱动膝关节外骨骼；第二液压缸用于驱动髋关节外骨骼。

作为一种可能的实现方式，本发明实施例提供的髋关节外骨骼为髋关节调节装置，通过该装置穿戴者可以在穿戴外骨骼进行快速调节，匹配人体的髋部尺寸，人增强了外骨骼的调节便捷性，优化整机的性能，提高外骨骼的运动助力效率。

具体的，髋关节调节装置包括左髋构件和右髋构件，左髋构件和右髋构件通过调节杆和与调节杆相配合的铰链连接在一起。调节杆的一端安装在左髋构件上，另一端螺纹插接在铰链上。调节杆通过内轴承和外轴承安装在轴承座上，调节杆与左髋构件连接的一端一体成型有凸环，内轴承和外轴承分别安装在凸环的左右两侧。轴承座安装在左髋构件上，内外轴承可以保证调节杆旋转的稳定性。

铰链远离调节杆的一端铰接在背板上，背板上通过对称铰接的铰链安装在右髋构件上，背板上安装有供铰链铰接用的铰接轴，即背板上左右对称铰接有铰链，左侧铰链连接有右髋构件，右侧铰链连接有调节杆。铰链横截面为矩形，与其对应连接的右髋构件上的通孔为矩形孔。

铰链上安装有用于调节调节杆长度的调节联动圆筒。铰链上开设有供调节杆移动的中心空腔，中心空腔的长度长于调节杆的长度，保证调节杆可以随意调节长度。调节联动圆筒通过锁死装置安装在铰链上，锁死装置在本次实施例中采用的是顶紧螺栓，通过旋转顶紧螺栓，实现调节联动圆筒在铰链上是活动还是固定不动。铰链开设有与锁死装置相匹配的槽口，锁死装置提高了髋部调节限位便捷性。调节联动圆筒的内侧壁上安装有内螺纹，调节杆的外侧壁上安装有与调节联动圆筒的内螺纹相配合的外螺纹。

在具体应用时，通过松开锁死装置，正反转旋转调节杆，调整左右髋结构之间的尺寸，使得尺寸进行精确调节，更好地与人体匹配，提高了穿戴舒适度和动作灵活度。当达到合适的尺寸之后，停止旋转，用锁死装置锁死调节杆相对于铰链的位置，实现固定，完成调节。改进了传统调节方式繁琐，费时耗力，以及调节方式无法实现穿戴者穿戴外骨骼的情况下实时连续调节的问题；实现更好的人机匹配性，保障了外骨骼的助力效果，且结构简单，重量轻，降低成本。

与现有技术相比，本发明提供的外骨骼的有益效果与上述技术方案所述液压驱动系统的有益效果相同，此处不做赘述。

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。