Wearable robots are limited by their actuators performances because they must bear the weight of their own power system and energy source. This paper explores the idea of leveraging hybrid modes to meet multiple operating points with a lightweight and efficient system by using hydraulic valves to dynamically reconfigure the connections of a hydrostatic actuator. The analyzed opportunities consist in 1) switching between a highly geared power source or a fast power source, 2) dynamically connecting an energy accumulator and 3) using a locking mechanism for holding. Based on a knee exoskeleton case study analysis, results show that switching between gearing ratio can lead to a lighter and more efficient actuator. Also, results show that using an accumulator to provide a preload continuous force has great mass-saving potential, but does not reduce mass significantly if used as a power booster for short transients. Finally, using a locking valve can slightly reduce battery mass if the work cycle includes frequent stops. The operating principles of the proposed multimodal schemes are demonstrated with a one-DOF prototype.


翻译:本文探讨了如何利用混合模式,通过使用液压阀门,动态地重新配置静水动力器的连接。分析的机会包括:(1) 高功率动力源或快速动力源之间的转换,(2) 动态地连接能量蓄积器和(3) 使用锁定装置加以保持。根据膝盖外骨骼案例研究分析,结果显示,在调适率之间转换可导致更轻、更高效的驱动器。此外,结果还显示,使用蓄积器提供预载连续力具有巨大的大规模节省潜力,但如果用作短期中转器的动力增强器,则不会显著减少质量。最后,如果工作周期包括频繁停止,则使用锁定阀可以略微减少电池质量。提议的多式联运计划的运作原则以一个DOF原型为示范。

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