CN106539633A - 用于智能膝关节的直推板式流量调节阻尼缸 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于智能膝关节的直推板式流量调节阻尼缸，包括电机支架、中空活塞杆、板式阀体、液压缸上盖、液压缸缸体、中空活塞块、弹簧壳、助伸弹簧，所述液压缸缸体一端通过螺纹固定连接上盖，另一端通过螺纹固定连接弹簧壳，弹簧壳内放置助伸弹簧，液压缸缸体内装有中空活塞块，中空活塞块一端通过活塞杆连接助伸弹簧，另一端通过中空活塞杆连接电机支架，中空活塞块中装有板式阀体，板式阀体上设有两个平行的平键形孔以及上下平行的圆形孔，中空活塞块上设有相互平行的分别弯曲和伸展的液压油流道，且两个液压油流道沿轴向错开高度布置，两个液压油流道上分别设有单向阀。本发明可实现通过一个直线电机对假肢膝关节弯曲和伸展阻尼的双向独立控制。

Description

用于智能膝关节的直推板式流量调节阻尼缸
技术领域
本发明涉及一种用于假肢膝关节的液压阻尼缸，尤其是一种用于智能膝关节的直推板式流量调节阻尼缸结构。
背景技术
智能膝关节是指采用微处理器控制阻尼的膝关节假肢，而膝关节阻尼的调整主要有液压、气压、磁流变。液压及气压智能膝关节均是通过微处理器驱动电机来调节阻尼缸内部阀门开度大小，来实现阻尼的调整；磁流变智能膝关节则是通过改变电流大小从而改变磁场强度，使磁流变液黏度发生变化，从而调节阻尼。液压膝关节支撑期能提供较大力矩，但是摆动期灵活性不是很高；气压膝关节摆动期灵活性较好，但是支撑期稳定性不高，容易造成意外摔倒，安全性限制较大；磁流变膝关节智能膝关节由于磁流变液黏度的改变与磁场强度关系的复杂性，对磁流变液材料要求较高，同时也难以建立控制模型。
目前，国内用于智能膝关节液压阻尼缸的结构设计较少，相关的技术文件有专利公开号CN101889916A，公开了一种应用在智能膝关节上的电控液压阻尼缸装置，通过一个电机旋转活塞阀改变活塞阀和活塞阀通道重合度的大小来调节弯曲和伸展阻尼。但是该结构采用了中间固定块，两侧活塞运动，使得体积较大。且连接杆件多，孔道复杂，又难于加工制造。其所实现的弯曲和伸展调节并不是相互独立的，弯曲调节时对伸展运动有所影响，伸展调节时对弯曲亦有所影响。
专利号201370655，公开了一种假肢专用电控液压阻尼缸，虽然该专利实现了屈曲和伸展的分别调节，但是需要两个电机控制相应阀门，使得体积及重量较大，耗电量增加。
专利申请号2016102229387，公开了一种单电机控制的假肢膝关节电控液压阻尼缸结构，结构精巧但是加工困难。
专利公开号CN102065799A，公开了一种半驱动式假肢膝关节设备，通过液压泵和电机实现驱动和非驱动模式，但是液压阀回路特别复杂，液压泵和电动机使得该结构复杂而又笨重。
上述发明均为采用旋转电机控制阀杆转动实现流量调节，尚无采用直线电机平移阀杆进行流量调节的结构。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种易于加工且通过一个直线电机控制板式阀体平移独立调节膝关节屈伸阻尼的直推板式流量调节阻尼缸。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于智能膝关节的直推板式流量调节阻尼缸，包括电机支架、中空活塞杆、板式阀体、液压缸上盖、液压缸缸体、中空活塞块、弹簧壳、助伸弹簧，所述液压缸缸体一端通过螺纹固定连接上盖，另一端通过螺纹固定连接弹簧壳，弹簧壳内放置助伸弹簧，液压缸缸体内装有中空活塞块，中空活塞块一端通过活塞杆连接助伸弹簧，另一端通过中空活塞杆连接电机支架，中空活塞块中装有板式阀体，所述板式阀体上设有两个平行的平键形孔以及上下平行的圆形孔，所述中空活塞块上设有相互平行的分别弯曲和伸展的液压油流道，且两个液压油流道沿轴向错开高度布置，两个液压油流道上分别设有单向阀。
所述板式阀体通过阀杆与固定在电机支架上的直线电机连接；通过直线电机推动板式阀体从上至下移动，使板式阀体上的平键形孔与中空活塞块上高低不同的液压油流道之间的通流面积相继改变，进而改变液压缸上下腔室液压油通道的通流面积，从而改变液压缸上下腔室流动的流量；且板式阀体上的两个平行的平键形孔分别与中空活塞块上的高低油道配合形成节流通道，通过分别调节节流通道间隙大小，实现双向流量的独立连续控制。
所述中空活塞块内放置板式阀体的长方体中空腔室的高度大于板式阀体，使得当液压油从流道渗入中空活塞块内的长方体下腔室时，可从板式阀体的两个上下平行的圆形孔流到长方体上腔室，用于避免因液压油无法压缩，当其渗入活塞块的长方体中空腔室时直线电机无法推动板式阀体上下移动调节流量的情况。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
1、仅用一个直线电机就实现了膝关节液压阻尼双向独立控制，且阻尼调节连续。
2、同采用旋转电机控制的液压阻尼缸结构相比，减小了流量调节阀体结构的复杂程度。
3、利用板式阀体与中空活塞块内的腔体大小差异，避免了常见的液压油对调节阀体压力过大造成的电机无法工作的情况。
附图说明
图1是本发明的用于智能膝关节的直推板式流量调节阻尼缸结构主视剖视图；
图2是控制伸展流道的示意图;
图3是控制弯曲流道的示意图;
图4~图7是板式阀体上的平键形孔与活塞块油道流量调节过程的位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1到图3所示，本发明提供的一种用于智能膝关节的直推板式流量调节阻尼缸，包括直线电机1、电机支架2、中空活塞杆3、板式阀体4、液压缸上盖5、液压缸缸体6、中空活塞块7、弹簧壳8、助伸弹簧9、密封圈A10、密封圈B11、单向阀A12、单向阀B13。
液压缸缸体6一端通过螺纹固定连接上盖5，另一端通过螺纹固定连接弹簧壳8，弹簧壳8内放置助伸弹簧9，液压缸缸体6内装有中空活塞块7，中空活塞块7一端通过活塞杆连接助伸弹簧9，另一端通过中空活塞杆3连接电机支架2，中空活塞块7中装有板式阀体4，板式阀体4通过阀杆与固定在电机支架2上的直线电机1连接。上盖5与中空活塞杆3之间装有密封圈B11，中空活塞块7的活塞杆与液压缸缸体6之间装有密封圈A10。
板式阀体4上具有两个平行的平键形孔以及上下平行的圆形孔，中空活塞块7上具有相互平行的分别弯曲和伸展的液压油流道，液压油流道在轴向位置高低不同，两个液压油流道上分别设有单向阀A12、单向阀B13。通过直线电机1推动板式阀体4从上至下移动，可以使板式阀体4上的平键形孔与中空活塞块7上高低不同的液压油流道之间的通流面积相继改变，进而改变液压缸左右腔室液压油通道的通流面积，从而改变液压缸上下腔室流动的流量。由于板式阀体4的阀杆与直线电机1直接相连，就可以由直线电机1来控制板式阀体4的上下移动，改变液压缸上下腔室之间的流量，且上下两个方向运动的液压油可以通过中空活塞块7上两个高低不同的平行流道与板式阀体4上的两个平行的平键形孔配合时产生的间隙大小分别调节，实现了双向流量的独立连续控制。
如图4至图7所示，当体重向下作用于中空活塞杆3时，中空活塞块7随之向下运动，下腔体积减小导致油液压力增大通过中空活塞块7下侧平行流道进入中空活塞块，因平行流道高低位置不同，故高位流道首先经板式阀体4上的一个平键形孔节流后进入中空活塞块7上部流道，此时单向阀B13打开，单向阀A12截止，故通过板式阀体4上的一个平键形孔与中空活塞块7上的平行流道配合形成的节流通道实现了弯曲时液压缸上下腔室流量的调节，控制了弯曲时活塞运动的速率，调节了膝关节弯曲时的阻尼。
当中空活塞杆体3被向上拉动时，中空活塞块7随之向上运动，上腔体积减小导致油液压力增大通过中空活塞块7上侧平行流道进入中空活塞块，此时单向阀A12打开，单向阀B13截止，经板式阀体4上的另一个平键形孔节流后进入中空活塞块7的下部油道，故通过板式阀体4上的另一个平键形孔与中空活塞块7上的平行流道配合形成的节流通道实现了伸展时液压缸上下腔室流量的调节，控制了伸展时活塞运动的速率，调节了膝关节伸展时的阻尼。
中空活塞块7内放置板式阀体4的长方体中空腔室的高度大于板式阀体4，相当于活塞块7的长方体中空腔室被板式阀体4也分成了上下两部分，这样的设置使得当液压油从流道渗入中空活塞块7内的长方体下腔室时，可从板式阀体4的两个上下平行的圆形孔流到长方体上腔室，避免了因液压油无法压缩，当其渗入活塞块7的长方体中空腔室时直线电机1无法推动板式阀体4上下移动调节流量的情况。
中空活塞块7下部伸出杆与中空活塞杆体3直径相同，使得弯曲和伸展时上下腔体积变化相同，保证了运动的平稳性，上腔和下腔的液压油不会像一般单活塞液压缸那样因为上下两腔的体积差产生行程干扰。
助伸弹簧9放置于弹簧壳8内，两端分别连接中空活塞块7下部伸出杆和弹簧壳的腔体最底端，在摆动相提供助伸力。
板式阀片体的阀杆内置于中空活塞杆体3内，且与直线电机直接相连，既减轻了阻尼缸结构的整体重量，又缩小了外形尺寸。

Claims (3)

1.一种用于智能膝关节的直推板式流量调节阻尼缸，包括电机支架(2)、中空活塞杆(3)、板式阀体(4)、液压缸上盖(5)、液压缸缸体(6)、中空活塞块(7)、弹簧壳(8)、助伸弹簧(9)，其特征在于：所述液压缸缸体(6)一端通过螺纹固定连接上盖(5)，另一端通过螺纹固定连接弹簧壳(8)，弹簧壳(8)内放置助伸弹簧(9)，液压缸缸体(6)内装有中空活塞块(7)，中空活塞块(7)一端通过活塞杆连接助伸弹簧(9)，另一端通过中空活塞杆(3)连接电机支架(2)，中空活塞块(7)中装有板式阀体(4)，所述板式阀体(4)上设有两个平行的平键形孔以及上下平行的圆形孔，所述中空活塞块(7)上设有相互平行的分别弯曲和伸展的液压油流道，且两个液压油流道沿轴向错开高度布置，两个液压油流道上分别设有单向阀。
2.根据权利要求1所述的用于智能膝关节的直推板式流量调节阻尼缸，其特征在于：所述板式阀体(4)通过阀杆与固定在电机支架(2)上的直线电机(1)连接；通过直线电机(1)推动板式阀体(4)从上至下移动，使板式阀体(4)上的平键形孔与中空活塞块(7)上高低不同的液压油流道之间的通流面积相继改变，进而改变液压缸上下腔室液压油通道的通流面积，从而改变液压缸上下腔室流动的流量；且板式阀体(4)上的两个平行的平键形孔分别与中空活塞块(7)上的高低油道配合形成节流通道，通过分别调节节流通道间隙大小，实现双向流量的独立连续控制。
3.根据权利要求1所述的用于智能膝关节的直推板式流量调节阻尼缸，其特征在于：所述中空活塞块(7)内放置板式阀体(4)的长方体中空腔室的高度大于板式阀体(4)，使得当液压油从流道渗入中空活塞块(7)内的长方体下腔室时，可从板式阀体(4)的两个上下平行的圆形孔流到长方体上腔室，用于避免因液压油无法压缩，当其渗入活塞块(7)的长方体中空腔室时直线电机(1)无法推动板式阀体(4)上下移动调节流量的情况。
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