CN101889916A - 应用在智能膝关节上的电控液压阻尼缸装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用在智能膝关节上的电控液压阻尼缸装置，该装置包括开口的缸体(2)、盖接于缸体开口的缸盖(1)、固定在缸体(2)中间位置且位于上活塞(3)与下活塞(6)之间的活塞阀(4)、位于缸体(2)内且与缸体(2)内侧壁接触连接的上活塞(3)和下活塞(6)，穿过活塞阀(4)将上活塞(3)和下活塞(6)连接的导向活塞杆(5)、安装在上活塞(3)上的且穿过缸盖(1)与膝关节连接的上活塞杆(10)、和活塞阀(4)相配合的阀芯杆(9)、与阀芯杆(9)连接的步进电机(7)、安装在缸体(2)底部的弹簧(8)。它可以实现在液压缸上由一个电机进行双向阻尼控制。

Description

应用在智能膝关节上的电控液压阻尼缸装置

技术领域

本发明涉及一种应用在智能膝关节上的电控液压阻尼缸装置，尤其涉及在智能下肢的膝上电控液压阻尼缸。

背景技术

膝关节是膝上假肢系统的核心部件，是保证截肢者能站立和行走的关键所在。随着对假肢性能要求的不断提高，下肢假肢不仅要满足能够站立和行走者两个基本功能，还要求步态自然，与健侧对称性好；能适应步行状态的变化，例如步行速度变化，路况(坡道，楼梯)的变化等；此外还要在使用者可能被障碍物绊倒的紧急情况下的保证安全等。这些功能是普通假肢无法实现的。解决这些问题的途径是就使膝关节“智能化”。

智能下肢假肢按照关节驱动方式可以分为外动力和无动力两大类，外动力智能下肢假肢膝关节屈伸运动是由电机等外力驱动的，目前市场上只有动力膝(POWER KNEE)一种产品属于这种类型，而且还没有大范围推广应用；无动力智能下肢假肢膝关节屈伸运动是由大腿残端带动的，智能控制系统只是调整膝关节阻尼力矩的大小，市场上可以看到的产品都属于这种类型，通常所说的智能下肢假肢一般是指这种类型的假肢。

智能膝上假肢，其智能主要体现在可以随着步行速度、关节角度变化自动调整假肢膝关节的阻尼，使假肢步态在对称性和跟随性等方面更接近健康人步态，具有较高仿生性能。

无动力假肢智能膝关节主要分为气压、液压、电流变、磁流变和摩擦式等类型，其中气压和液压类型应用最为广泛。由于液压缸具有步态的摆动相与支撑相同时控制功能，且控制步态稳定性好，因而在智能假肢中大量使用。但现有液压缸有的不能使用微机进行控制，有些结构复杂，有的需要两个电机控制两个方向运动的阻尼，成本高且使用不便。因此需要研究一种尺寸紧凑且能实现一个电机控制双向阻尼的液压缸，从而提高智能下肢假肢的控制性能。

发明内容

技术问题：本发明目的是提供一种应用在智能膝关节上的电控液压阻尼缸装置，它可以实现在液压缸上由一个电机进行双向阻尼控制，它的受控阀门采用独特设计的活塞阀和阀芯杆的配合来实现。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为一种应用在智能膝关节上的电控液压阻尼缸装置，该装置包括包括开口的缸体、盖接于缸体开口的缸盖、固定在缸体中间位置且位于上活塞与下活塞之间的活塞阀、位于缸体内且与缸体内侧壁接触连接的上活塞和下活塞，穿过活塞阀将上活塞和下活塞连接的导向活塞杆、安装在上活塞上的且穿过缸盖与膝关节连接的上活塞杆、和活塞阀相配合的阀芯杆、与阀芯杆连接的步进电机、安装在缸体底部的弹簧；

其中，活塞阀和阀芯杆上分别设有活塞阀液压油通道和阀芯杆液压油通道。

优选的，活塞阀的活塞阀液压油通道分为上半部分通道和下半部分通道，上半部分通道为“L”型，下半部分为倒“L”型，阀芯杆的通道垂直于其自身的轴方向。

有益效果：

1、阀门采用独特设计的活塞阀和阀芯杆结构。

2、用一个电机就可以控制两个方向的阻尼大小。

3、两根导向活塞杆保证了传动的支撑平稳性。

附图说明

图1是本发明应用在智能膝关节上的电控液压阻尼缸装置示意图；图中1、缸盖，2、缸体，3、上活塞，4、活塞阀，5、导向活塞杆，6、下活塞，7、步进电机，8、弹簧，9、阀芯杆，10、上活塞杆。

图2是本发明活塞阀的一个角度的示意图。

图3是本发明的活塞阀的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1-3，本发明提供的一种应用在智能膝关节上的电控液压阻尼缸装置，该装置包括包括开口的缸体2、盖接于缸体开口的缸盖1、固定在缸体2中间位置且位于上活塞3与下活塞4之间的活塞阀4、位于缸体2内且与缸体2内侧壁接触连接的上活塞3和下活塞6，穿过活塞阀4将上活塞3和下活塞6连接的导向活塞杆5、安装在上活塞3上的且穿过缸盖1与膝关节连接的上活塞杆10、和活塞阀4相配合的阀芯杆9、与阀芯杆9连接的步进电机7、安装在缸体2底部的弹簧8。

其中，活塞阀4和阀芯杆9上分别设有活塞阀液压油通道和阀芯杆液压油通道。

活塞阀4的活塞阀液压油通道分为上半部分通道和下半部分通道，上半部分通道为“L”型，下半部分为倒“L”型，阀芯杆9的通道垂直于其自身的轴方向。

活塞阀4和阀芯杆9上设有液压油通道，活塞阀4上半部分通道为“L”型，下半部分为倒“L”型，阀芯杆9的通道垂直于轴方向；活塞阀4和阀芯杆9配合后两部分通道连成一个整体，通过旋转活塞阀4可以改变活塞阀4和活塞阀4通道的重合程度，从而改变液压油流动通道的大小，改变液压缸的流量。由于阀芯杆和步进电机相连，这样就这可以由步进电机来控制阀芯杆的转动，改变液压缸的流量，而且两个方向运动的液压油都可以通过该通道，这样两个方向运动都可以控制。

如图1所示，活塞阀4固定在缸体2的中间位置，将缸体2分为上下两个腔，上活塞3和下活塞6分别装在上下两腔内，两根导向活塞杆5穿过活塞阀4将上活塞3和下活塞6连接起来，使得活塞3和下活塞6的运动一致，两腔的体积变化相同，并且两根导向活塞杆5保证了传动的平稳性。安装在上活塞3上的上活塞杆10穿过缸盖1可与膝关节连接，在膝关节弯曲阶段把膝关节的运动传递给液压缸，膝关节伸展过程可将助伸弹簧8的运动传递给膝关节。助伸弹簧8安装在缸体2的底部，在摆动期弯曲阶段助伸弹簧8压缩储存能量，摆动期伸展阶段释放能量帮助假肢小腿伸展。

如图2所示，活塞阀4中间设有一孔，用来安装阀芯杆9。图2的上视图上的上下两孔，用来安装穿过活塞阀4的两根导向活塞杆5。图2的下视图为活塞杆内部液压油通道示意图，中间通道为一通孔，中间通道两端都有内螺纹，可以用螺栓将活塞阀4固定在缸体2上，并且螺栓将中间通道的两侧正好堵上。实际活塞阀4装配好后的一边通道类似于“L”型，另一边通道类似于倒“L”型。阀芯杆9上也有一通孔，大小和活塞阀4的中间通道相同，垂直于轴线方向(如图1所示)，安装在活塞阀4上后，孔口对齐后，将“L”和倒“L”连接起来，形成一完整通道。当阀芯杆4旋转一点后，两通道口不完全重合，通道就会变小。当旋转到一定角度后，两通道口完全不重合时，液压油就不能通过。这样就可以通过旋转阀芯杆4，改变两通道口的重合程度，控制液压油的流量，而且上下两个方向运动液压油的流量都可以通过这种方法实现。如图1所示，阀芯杆9又和步进电机7相连，阀芯杆9的旋转运动就可以由步进电机7来控制。

所有部分组合在一起就构成了一种由步进电机控制的阻尼液压缸。当假肢在工作过程中需要某个阻尼值时，步进电机7通过控制阀芯杆9的旋转，达到该阻尼值。

Claims (2)

1.一种应用在智能膝关节上的电控液压阻尼缸装置，其特征在于：该装置包括开口的缸体(2)、盖接于缸体开口的缸盖(1)、固定在缸体(2)中间位置且位于上活塞(3)与下活塞(6)之间的活塞阀(4)、位于缸体(2)内且与缸体(2)内侧壁接触连接的上活塞(3)和下活塞(6)，穿过活塞阀(4)将上活塞(3)和下活塞(6)连接的导向活塞杆(5)、安装在上活塞(3)上的且穿过缸盖(1)与膝关节连接的上活塞杆(10)、与活塞阀(4)相配合的阀芯杆(9)、与阀芯杆(9)连接的步进电机(7)、安装在缸体(2)底部的弹簧(8)；其中，活塞阀(4)和阀芯杆(9)上分别设有活塞阀液压油通道和阀芯杆液压油通道。

2.根据权利要求1所述的应用在智能膝关节上的电控液压阻尼缸装置，其特征在于：活塞阀(4)的活塞阀液压油通道分为上半部分通道和下半部分通道，上半部分通道为“L”型，下半部分为倒“L”型，阀芯杆(9)的通道垂直于其自身轴的方向。

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