CN107035808A - 用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构 - Google Patents

用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构，具有这样的特征，包括：缸部，具有缸体以及沿该缸体的外壁设置的两个液压油通道，每个液压油通道在靠近缸体的底端的一侧设置有单向阀以及与该单向阀垂直的扇形流量调节阀体；弹簧组件，具有助伸弹簧以及用于容纳该助伸弹簧的弹簧壳，弹簧壳与缸体的底端连接；活塞组件，设置在缸体内，一端与缸体的上端连接，另一端与助伸弹簧连接，活塞组件在缸体内进行上下运动；以及两个电机，固定在弹簧壳的外壁上，通过联轴器分别与扇形流量调节阀体连接。本发明的智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构精巧且易于加工，同时可实现独立调节弯曲阻尼以及独立调节伸展阻尼。

Description

用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构
技术领域
本发明涉及一种阻尼缸结构，具体涉及一种用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构。
背景技术
智能膝关节是指将微型计算机技术、智能控制技术应用到膝关节阻尼器的控制上，使膝关节的力矩可以随着步行速度、关节角度变化而自动调整，从而使步态的对称性和跟随性更接近健康人。液压以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。液压阻尼器因其在体积较小时仍可以提供很强的阻尼，可有效保证支撑相的稳定性，多用于单轴膝关节。且液压阻尼力随着液压油流动速度的变化呈现出不同的性质，流速较慢即层流时阻尼与速度呈线性，流速大即湍流时则阻尼的增大呈非线性，此种性质使得不同速度下摆动相膝关节阻尼力的调整可通过改变液压油通流面积进而改变液压油流速制造湍流实现阻尼力矩的快速适应与控制，对膝关节摆动相生理步态的获得十分有益，因此单轴膝关节液压阻尼器结构的设计对于下肢假肢高性能的实现具有重要意义。
目前，国内用于智能膝关节液压阻尼缸的结构设计较少，现有的一些阻尼缸结构复杂且难以加工，而且其弯曲以及伸展无法独立调节，相互之间存在一定的影响。另外，现有的可以相互调节伸展与弯曲的阻尼缸结构中，针阀结构使得电机承受很大的轴向载荷，调节过程中容易失步及无法到达指定位置，严重影响膝关节阻尼调节的性能。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构。
本发明提供了一种用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构，具有这样的特征，包括：缸部，具有缸体以及沿该缸体的外壁设置的两个液压油通道，每个液压油通道在靠近缸体的底端的一侧设置有单向阀以及与该单向阀垂直的扇形流量调节阀体；弹簧组件，具有助伸弹簧以及用于容纳该助伸弹簧的弹簧壳，弹簧壳与缸体的底端连接；活塞组件，设置在缸体内，一端与缸体的上端连接，另一端与助伸弹簧连接，活塞组件在缸体内进行上下运动；以及两个电机，固定在弹簧壳的外壁上，通过联轴器分别与扇形流量调节阀体连接。
在本发明提供的用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构中，还可以具有这样的特征：其中，缸体的上端设置有缸体上盖，活塞组件具有活塞杆以及套设在该活塞杆的活塞，活塞杆的上端穿过缸体上盖与连接架连接，下端穿过缸体的底端与助伸弹簧连接，活塞在缸体内进行上下运动。
在本发明提供的用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构中，还可以具有这样的特征：其中，活塞杆通过密封环与缸体上盖以及缸体的底端进行密封。
在本发明提供的用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构中，还可以具有这样的特征：其中，扇形流量调节阀体包括呈圆台状的上部分以及与该上部分连接的呈圆柱状的下部分，上部分具有扇形缺口，该扇形缺口贯穿整个上部分且向下延伸至下部分的预定位置处，该预定位置的下方设置有让联轴器穿过的通孔。
在本发明提供的用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构中，还可以具有这样的特征：其中，扇形缺口的角度为85～95°。
在本发明提供的用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构中，还可以具有这样的特征：其中，电机可以为步进电机或旋转电机。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构，因为在两个液压油通道中分别设置了单向阀、扇形流量调节阀体以及与扇形流量调节阀体连接的电机，所以，本发明的智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构可以有效避免作用于电机的轴向载荷，不会造成因载荷过大引起的电机失步及阻尼调节失败的问题，进一步地两个扇形流量调节阀体的设置可实现独立调节弯曲阻尼以及独立调节伸展阻尼；再者，本发明的智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构精巧且易于加工。
附图说明
图1是本发明的实施例中用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸的剖视图；
图2是本发明的实施例中用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸的剖视图；
图3是本发明的实施例中扇形流量调节阀体的结构示意图；以及
图4是本发明的实施例中扇形流量调节阀体所处的各个状态示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构作具体阐述。
图1是本发明的实施例中用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸的剖视图。
如图1所示，用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构100包括缸部10、弹簧组件20、活塞组件30、电机40以及电机50。
缸部10具有一个缸体11以及沿缸体11的外壁设置的两个液压油通道12、13。
缸体11的上端设置有缸体上盖111。在本实施例中，缸体11与缸体上盖111的连接方式为螺纹连接。
图2是本发明的实施例中用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸的剖视图。
如图2所示，液压油通道12在靠近缸体11的低端的一侧设置有单向阀121以及与单向阀121垂直的扇形流量调节阀体122。
图3是本发明的实施例中扇形流量调节阀体的结构示意图。
如图3所示，扇形流量调节阀体122包括上下两部分，上部分成圆台状，下部分成圆柱状。
上部分具有85～95°的扇形缺口，该扇形缺口贯穿整个上部分且向下延伸至下部分的预定位置处，在预定位置的下方设置有横向贯穿整个下部分的通孔1221。在本实施例中，扇形缺口的角度为90°，预定位置为下部分的中间位置，扇形流量调节阀体122可在电机40的带动下进行旋转，当扇形流量调节阀体122的扇形缺口与液压油通道重合时，可以使液压油管道12中的液压油流通。
液压油通道13与液压油通道12的结构相似。在本实施例中，以液压油通道12为例进行详细阐述。
弹簧组件20包括助伸弹簧21以及容纳助伸弹簧21的弹簧壳22，弹簧壳22与缸体11的底端连接。
活塞组件30具有活塞杆31以及套设在活塞杆上的活塞32。
活塞杆31一端穿过缸体上盖111与连接架连接，另一端穿过缸体11的底端与助伸弹簧21连接。活塞杆31通过密封环与缸体上盖111以及缸体11的下端进行密封。在本实施例中，连接架可以根据人体运动将活塞杆31进行上下运动。
活塞32在缸体11内进行上下运动。在本实施例中，活塞32在缸体上盖111与缸体11的底端之间进行上下运动。
电机40与联轴器41连接，通过联轴器41与扇形流量调节阀体12连接，由电机40驱动联轴器41并带动扇形流量调节阀体12进行旋转，电机40可以为步进电机或旋转电机。在本实施例中，联轴器41通过通孔1221将扇形流量调节阀体与电机40连接在一起，电机40为旋转电机。
电机50与电机40结构与功能相似，以电机40为例进行详细阐述。
图4是本发明的实施例中扇形流量调节阀体所处的各个状态示意图。
如图4A所示，扇形流量调节阀体122在电机40的旋转电动下，扇形缺口与液压油通道12相重合时，液压油可以在液压油通道12内流通，同理，液压油通道13内的扇形流量调节阀体在电机50的旋转带动下与液压油通道13重合，液压油在液压油通道13内流通。
如图4B所示，扇形流量调节阀体122旋转45°时，液压油通道13内的扇形流量调节阀体与液压油通道13重合时的状态。、
如图4C所示，扇形流量调节阀体122的扇形缺口与液压油通道12错开处于关闭状态，液压油通道13内的扇形流量调节阀体与液压油通道13重合时的状态。
如图4D所示，液压油通道12、13内的扇形流量调节阀体的扇形缺口均与液压油通道12、13错开处于关闭状态。
当智能膝关节弯曲运动时，活塞杆31在活塞32的带动下向下运动，活塞杆31压缩助伸弹簧21进行储能，液压油通道13内的单向阀关闭，液压油从液压油通道12中向上流动，旋转电机40通过联轴器41带动扇形流量调节阀体122进行转动，改变扇形缺口与液压油通道12的重合面积，进而改变液压油的流通面积，使得智能膝关节弯曲时所受的阻尼力的改变。
当智能膝关节伸展运动时，活塞杆31向上运动，同时助伸弹簧21储存的能量得到释放，为活塞杆31向上运动提供助力，单向阀121关闭，液压油从液压油通道13向下运动，旋转电机50通过联轴器带到液压油通道13内的扇形流量调节阀体进行转动，改变扇形缺口与液压油通道13的重合面积，进而改变液压油的流通面积，使得智能膝关节弯伸展时所受的阻尼力的改变。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构，因为在两个液压油通道中分别设置了单向阀、扇形流量调节阀体以及与扇形流量调节阀体连接的电机，所以，本发明的智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构可以有效避免作用于电机的轴向载荷，不会造成因载荷过大引起的电机失步及阻尼调节失败的问题，进一步地两个扇形流量调节阀体的设置可实现独立调节弯曲阻尼以及独立调节伸展阻尼；再者，本发明的智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构精巧且易于加工。
本实施例中的阻尼缸结构中采用了旋转电机代替了直线电机，提高了阻尼控制准确程度，同时实现了用小型电机完成膝关节阻尼的大幅度调节。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (6)

1.用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构，其特征在于，包括：
缸部，具有缸体以及沿该缸体的外壁设置的两个液压油通道，每个所述液压油通道在靠近所述缸体的底端的一侧设置有单向阀以及与该单向阀垂直的扇形流量调节阀体；
弹簧组件，具有助伸弹簧以及用于容纳该助伸弹簧的弹簧壳，所述弹簧壳与所述缸体的底端连接；
活塞组件，设置在所述缸体内，一端与所述缸体的上端连接，另一端与所述助伸弹簧连接，所述活塞组件在所述缸体内进行上下运动；以及
两个电机，固定在所述弹簧壳的外壁上，通过联轴器分别与所述扇形流量调节阀体连接。
2.根据权利要求1所述的用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构，其特征在于：
其中，所述缸体的上端设置有缸体上盖，
所述活塞组件具有活塞杆以及套设在该活塞杆的活塞，所述活塞杆的上端穿过所述缸体上盖与连接架连接，下端穿过所述缸体的底端与所述助伸弹簧连接，所述活塞在所述缸体内进行上下运动。
3.根据权利要求2所述的用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构，其特征在于：
其中，所述活塞杆通过密封环与所述缸体上盖以及所述缸体的底端进行密封。
4.根据权利要求1所述的用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构，其特征在于：
其中，所述扇形流量调节阀体包括呈圆台状的上部分以及与该上部分连接的呈圆柱状的下部分，
所述上部分具有扇形缺口，该扇形缺口贯穿整个上部分且向下延伸至所述下部分的预定位置处，该预定位置的下方设置有让所述联轴器穿过的通孔。
5.根据权利要求4所述的用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构，其特征在于：
其中，所述扇形缺口的角度为85～95°。
6.根据权利要求1所述的用于智能膝关节的扇形口式流量调节阻尼缸结构，其特征在于：
其中，所述电机可以为步进电机或旋转电机。
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