从零到一认识外骨骼（10）

接前一篇文章从零到一认识外骨骼9本文内容参考《图解外骨骼技术》 刘志辉 编著 化学工业出版社(10 封私信) 以BLEEX为例谈谈外骨骼的技术原理 - 知乎(10 封私信 / 2 条消息) 小增益定理的简易理解与BLEEX外骨骼机器人总结 - 知乎特此致谢三、军用人体外骨骼1. BLEEX6BLEEX动力系统和广大科幻想象一样伯克利大学首先也想到了将液压作为动力来源。既然要大负重那么动力够猛的液压系统应该是首要考虑到的。BLEEX采用了6.9MPa恒压液压源19.05mm内缸直径的双作用线性液压缸作为作动器并通过双级伺服阀进行控制。这个6.9MPa恒压液压源给每条腿控制屈/伸自由度的3个液压缸提供了1.3kW的功率输出并额外给每条腿留出了540W的功率用来驱动髋关节的外展/内收自由度。前面提到了BLEEX的负重能力为34kg而BLEEX本身就重达41kg可见液压系统还是有其局限性虽然功率质量比很猛但是质量基数大啊。因此轻小型的液压系统研究任重道远。具体各个驱动关节和大小腿杆设计如下小腿杆设计BLEEX小腿杆上采用了自行车类似的凸轮锁紧机构进行长度调节后的紧固铰链固定了一个用于驱动踝关节的液压缸的上端其下端会固定在外骨骼足底上。显然当液压缸推动伸长时踝关节伸展液压缸收回时踝关节屈曲踝关节的运动范围经过几何计算确定。为了减少液压管路使用了踝关节集成液压单元一面直连液压伺服阀另一面两个液压管路口通过液压管接头连在液压缸上。使用了集成液压模块整个小腿液压单元体积非常小。大腿杆设计大腿杆同小腿杆只不过集成液压单元集成了两个液压缸的管路结构也更复杂些。因为液压缸在腿杆前后都有放置因此凸轮锁紧长度调节机构只能放在侧面并使用葫芦状槽孔固定调节位置。需要注意的是每个液压缸伸出轴都串联了二维力传感器通过动力学模型建立可以将作动器上的轴向力换算成关节力矩为后面的力控提供了条件。背部髋关节背部髋关节的外展/内收自由度使用了更短的液压缸驱动更短意味着外展/内收自由度活动范围更小也算一个安全限位避免了人两腿岔开过大造成危险。顶部有圆环螺钉在实验中可以从天花板吊绳拉住为实验保护结构。上面几幅图中也可以看到BLEEX使用的传感器。大小腿有加速度传感器每个液压缸输出轴连接着单轴力传感器。背板有加速度计和姿态仪。更多内容请看下回。