CN108253077A - 一种双通道变阻尼液压缸 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双通道变阻尼液压缸，包括缸体、与缸体活动连接的活塞杆，以及设置在缸体内的塞体，塞体包括固定塞，以及分别设置在固定塞两侧与第一活塞和第二活塞，第一活塞与固定塞上均设置有与活塞杆滑动连接的配合孔，第二活塞与活塞杆的端部固定连接，第一活塞和第二活塞可分别与固定塞构造成第一腔室和第二腔室，第一活塞和第二活塞分别与设置在缸体两端的第一弹性件和第二弹性件连接，固定塞上设置有第一油路和第二油路，第一油路和第二油路上分别设置有可调节其导通口径的调节机构。本发明的一种双通道变阻尼液压缸，结构简单，可实现活塞杆伸出与收缩双向阻尼调节，从而调节膝关节摆动期的速度与支撑期的稳定性。

Description

一种双通道变阻尼液压缸
技术领域
本发明涉及医疗康复器械领域，尤其涉及一种用于康复机器人的双通道变阻尼液压缸。
背景技术
康复机器人的性能很大程度上取决于穿戴者的舒适性与安全性。康复机器人的舒适性主要由摆动速度的跟随性决定，因为若关节驱动阻尼不能改变，则康复机器人不能随着健肢的步速变化而变化，导致步态不对称，患者能量消耗增大，会产生极大的不舒适感。同时康复机器人在支撑期的稳定性是行走安全的重要保证。传统的简单康复机器人的采用机械阻尼，其大小不能调整或不能随步速自动变化，因此康复机器人在膝关节处于摆动期时，下肢的屈曲与伸展期的速度与另一侧的腿产生不对称，并且在支撑期的稳定性也主要通过承重自锁或手动锁定机构来保证的。
随着计算机技术的进步，康复机器人在近年来不断改进。康复机器人由于采用微处理器控制，能够自动调节膝关节阻尼，从而近似模拟人腿步态。如何使康复机器人能够自动地、全时相地模拟任何步态，完成人腿的所有功能，并与患者的自然行走步态相一致，是当今高级康复机器人的研究方向。
发明内容
本发明旨在解决上述所提及的技术问题，提供一种结构简单，可实现活塞杆伸出与收缩双向阻尼调节，从而调节膝关节摆动期的速度与支撑期的稳定性的双通道变阻尼液压缸。
本发明是通过以下的技术方案实现的：一种双通道变阻尼液压缸，包括缸体、与缸体活动连接的活塞杆，以及设置在缸体内的塞体，所述塞体包括设置在缸体内部腔室中部的固定塞，以及分别设置在固定塞两侧与缸体滑动连接的第一活塞和第二活塞，所述第一活塞与固定塞上均设置有与活塞杆滑动连接的配合孔，所述第二活塞与活塞杆的端部固定连接，所述第一活塞和第二活塞可分别与固定塞构造成第一腔室和第二腔室，所述第一活塞和第二活塞分别与设置在缸体两端的第一弹性件和第二弹性件连接，所述固定塞上设置有连通第一腔室与第二腔室的第一油路和第二油路，第一油路和第二油路均为单向导通且流向相反，第一油路和第二油路上分别设置有可调节其导通口径的调节机构。
优选地，所述第一油路和第二油路均包括沿液压油流动方向依次设置的第一通道和第二通道，以及从缸体的外表面垂直延伸至固定塞内连通第一通道与第二通道的调节通道，调节通道的端部与第一通道连通形成进油口，其侧部与第二通道连通形成出油口。
优选地，所述调节机构包括针阀和电机，针阀呈锥形设置，其尖部朝向进油口并可将进油口封闭，电机的输出轴通过螺旋副与针阀连接，可驱动针阀朝向或背向进油口运动，调节通道内设置有密封定位套筒，密封定位套筒上设置有与输出轴转动配合的连接孔。
优选地，所述调节通道内设置有第一复位弹簧，第一复位弹簧的一端与密封套筒连接，另一端与针阀连接，并始终处于压缩状态。
优选地，所述第一油路上的第一通道与第一腔室连通，所述第二油路上的第一通道与第二腔室连通，两条油路上的第二通道内均设置有球阀和第二复位弹簧，球阀与第二复位弹簧连接并将出油口封闭。
优选地，所述缸体的外表面设置有用于安装电机的凸台，电机通过螺钉与凸台固定连接。
优选地，所述缸体的顶端设置有缸盖，缸盖上设置有使活塞杆穿过的第一通孔。
优选地，所述缸体的底端固定设置有连接板，连接板上设置有用于与外部连接部铰接的耳部。
优选地，所述第一活塞与固定塞的外侧壁均套装有UN密封圈。
优选地，所述第一弹性件和/或第二弹性件为弹簧。
有益效果是：与现有技术相比，本发明的一种双通道变阻尼液压缸具有以下优点：
1、第一活塞和第二活塞均与缸体滑动连接，在活塞杆在运动过程中，第一腔室和第二腔室的体积总和保持不变，无需设置外部油路排出第一腔室与第二腔室中液压油的油量，使得液压缸结构更加简单。
2、活塞杆的运动过程中，其中一弹性件释放弹性势能，另一弹性件储存弹性势能，无需提供外部的驱动力，降低能量的消耗，提高了续航能力，并且在膝关节将要完全屈曲和伸直时，两个弹性件能够起到一定的缓冲作用，对膝关节起到一定的保护作用。
3、调节机构可以调节油路通道的导通口径，在摆动期时，通过调节导通口径大小，从而调节油路通道液压油的流量，进而调节活塞杆运动过程中的阻尼大小，实现对活塞杆运动快慢的调节，在支撑期时，调节机构将油路通道封闭，以使活塞杆不能运动，从而确保膝关节保持稳定的支撑状态。
4、通过设置有两条单向流通的油路，使得活塞杆在伸出和收缩时，液压油分别通过第一油路和第二油路进行流通，并分别通过不同的调节机构进行调控，分工更加明确，避免了连续不断的工作使得调节机构磨损严重而导致调节失效的现象，提高了调节系统的稳定性。
附图说明
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明的一种双通道变阻尼液压缸的结构示意图；
图2为图1中的第一油路的连接结构示意图；
图3为图1中A处的局部放大示意图；
图4为本发明中的针阀与进油口配合的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种双通道变阻尼液压缸，该阻尼液压缸用于膝关节康复设备中，具体的，膝关节康复设备包括分别固定设置在人体大腿和小腿上的大腿壳体和小腿壳体，大腿壳体和小腿壳体铰接，本发明的阻尼液压缸的两端分别与大腿壳体和小腿壳体铰接，其包括缸体1、与缸体1活动连接的活塞杆2，以及设置在缸体1内的塞体，活塞杆2在收缩和伸出的过程中带动大腿相对小腿转动，实现膝关节的弯曲和伸直，塞体包括设置在缸体1内部腔室中部的固定塞3，以及分别设置在固定塞3两侧与缸体1滑动连接的第一活塞4和第二活塞5，第一活塞4与固定塞3上均设置有与活塞杆2滑动连接的配合孔6，活塞杆2与配合孔6的配合尺寸紧凑，以使液压油不能从活塞杆2与配合孔6之间通过，第二活塞5与活塞杆2的端部固定连接，即活塞杆2的一端伸出缸体1外部，另一端伸入缸体1内部依次穿过第一活塞4和固定塞3，然后与第二活塞5固定连接，第一活塞4和第二活塞5可分别与固定塞3构造成第一腔室7和第二腔室8，第一活塞4和第二活塞5分别与设置在缸体1两端的第一弹性件9和第二弹性件10连接，第一弹性件9与第二弹性件10在安装完成后，均存在弹性势能，其两弹性势能相等，第一弹性件9和第二弹性件10可以采用弹簧或者弹性硅胶，本发明中优选为弹簧，固定塞3上设置有连通第一腔室7与第二腔室8的第一油路11和第二油路12，第一油路11和第二油路12均为单向导通且流向相反，第一油路11和第二油路12上分别设置有可调节其导通口径的调节机构，即第一腔室7中的液压油只能通过第一油路11流向第二腔室8中，第二腔室8中的液压油只能通过第二油路12流向第一腔室7中，两个调节机构可以分别作用于，并可分别调节油路的通油口径。
使用时，髋关节摆动过程中的驱动力使小腿抬升脱离地面，在小腿重力和髋关节摆动提供的驱动力的作用下，使得活塞杆2收缩，以使膝关节弯曲，此时，第一弹性件9释放弹性势能，驱动第一活塞4朝向固定塞3运动，活塞杆2驱动第二活塞5背向固定塞3运动，压缩第二弹性件10并使其存储弹性势能，在这过程中，第一腔室7的体积减小，第二腔室8的体积增大，液压油从第一腔室7通过第一油路11流入第二腔室8中，当膝关节弯曲至一定角度，第二弹性件10存储的弹性势能增大至大于驱动活塞杆2运动的驱动力时，第二弹性件10驱动活塞杆2伸出，从而使得膝关节逐渐伸直，此时第二弹性件10驱动第二活塞5朝向固定塞3运动，第二腔室8内的液压油在第二活塞5压力作用下通过第二油路12流入第一腔室7，使得第一活塞4背向固定塞3运动，对第一弹性件9进行压缩，以使第一弹性件9存储弹性势能，当驱动膝关节完全伸直时，腿部与地面接触，调节机构将两条油路通道封闭，使得液压油不能流动，第二活塞5朝向固定塞3一侧的第二腔室8处于密封状态，第二活塞5另一侧的腔室也处于密封状态，使得第二活塞5不能运动，从而保持膝关节支撑期稳定的支撑状态。
如图2所示，第一油路11和第二油路12均可以包括沿液压油流动方向依次设置的第一通道13和第二通道14，以及从缸体1的外表面垂直延伸至固定塞3内连通第一通道13与第二通道14的调节通道15，调节通道15的端部与第一通道13连通形成进油口16，其侧部与第二通道14连通形成出油口17。
如图3所示，具体的，调节机构可以包括针阀18和电机19，针阀18呈锥形设置，其尖部朝向进油口16并可将进油口16封闭，电机19的输出轴30通过螺旋副与针阀18连接，可驱动针阀18朝向或背向进油口16运动，调节通道15内设置有密封定位套筒20，密封定位套筒20上设置有与输出轴30转动配合的连接孔，密封定位套筒20将调节通道15的背向进油口16的端口封闭，使得液压油不会从调节通道15流出，提高油路的密封性，输出轴30伸入调节通道15内，其端部设置有外螺纹连接段，针阀18背向进油口16的端部设置有连接头，连接头上设置有与连接段螺纹连接的内螺纹，从而使得输出轴30在绕其轴线进行转动时，针阀18可以沿输出轴30的轴线前后运动，密封定位套筒20的设置还能起到支承作用，使得输出轴30在转动过程中更加稳定，减小输出轴30的摆动。如图4所示，进油口16的口径小于调节通道15的内径，这使得针阀18的锥形面没有将进油口16完全封闭时，液压油可以从进油口16流入调节通道15，通过针阀18与调节通道15之间的间隙流向出油口17，针阀18朝向进油口16运动，可以使得油路中液压油的流量减小，背向进油口16运动，可以使得油路中液压油的流量增大，从而实现活塞杆2运动过程中阻尼的调节。
调节通道15内可以设置有第一复位弹簧21，第一复位弹簧21的一端与密封套筒连接，另一端与针阀18连接，并始终处于压缩状态，由于针阀18与输出轴30之间通过螺纹进行连接，螺纹配合间会存在一定的间隙，这样使得针阀18在完全封闭进油口16时，与输出轴30之间存在一定的滑动间隙，在液压油压力的作用下，针阀18会向朝向输出轴30发生微小的移动，从而使得针阀18对进油口16的密封性不够好，通过设置有第一复位弹簧21，可以对针阀18提供朝向进油口16的弹力，从而保证针阀18能够完全将进油口16封闭。
第一油路11与第二油路12的单向导通结构可以具体为：第一油路11上的第一通道13与第一腔室7连通，第二油路12上的第一通道13与第二腔室8连通，即第一油路11与第二油路12上的第一通道13分别位于固定塞3的两侧，两条油路上的第二通道14内均设置有球阀22和第二复位弹簧23，球阀22与第二复位弹簧23连接并在其弹力作用下将出油口17封闭，油路中液压油不流动时，球阀22将出油口17封闭，只有当液压油从第一通道13流向第二通道14时，在油压的作用下才能使得球阀22背向出油口17运动，从而将出油口17打开，实现油路的导通。
缸体1的外表面可以设置有用于安装电机19的凸台24，电机19通过螺钉与凸台24固定连接，电机19的边缘延伸有翻边，翻边上设置有安装孔，凸台24上设置有与安装孔配合的螺纹连接孔，通过螺钉依次与安装孔和螺纹连接孔配合，从而将电机19固定安装在缸体1的外表面。
缸体1的顶端可以设置有缸盖25，缸体1的顶端设置环绕其外侧表面设置有环形凹部，凹部表面设置有外螺纹，缸盖25内侧壁设置有与外螺纹配合的内螺纹，缸盖25通过螺纹连接的方式与缸体1固定连接，并且在连接后，缸体1的外侧壁与缸盖25的外侧壁平齐，为了使活塞杆2伸入缸体1内部，缸盖25上设置有使阀芯杆穿过的第一通孔26。
缸体1的底端可以固定设置有连接板27，连接板27可以通过螺栓连接的方式与缸体1固定连接的，为了提高连接板27与缸体1连接的稳定性，缸体1的底端可以设置有凹部，连接板27上可以设置有与凹部配合的凸起，连接板27背向缸体1的表面上设置有用于与外部连接部铰接的耳部28，耳部28上设置有连接孔，通过连接孔与大腿壳体或小腿壳体铰接。
为了提高第一活塞4和固定塞3与缸体1连接处的密封性，第一活塞4与固定塞3的外侧壁均套装有UN密封圈，这样可以防止液压油第一腔室7和第二腔室8中液压油出现渗漏的状况。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种双通道变阻尼液压缸，包括缸体(1)、与缸体(1)活动连接的活塞杆(2)，以及设置在缸体(1)内的塞体，其特征在于：
所述塞体包括设置在缸体(1)内部腔室中部的固定塞(3)，以及分别设置在所述固定塞(3)两侧与所述缸体(1)滑动连接的第一活塞(4)和第二活塞(5)，所述第一活塞(4)与所述固定塞(3)上均设置有与所述活塞杆(2)滑动连接的配合孔(6)，所述第二活塞(5)与所述活塞杆(2)的端部固定连接，所述第一活塞(4)和第二活塞(5)可分别与所述固定塞(3)构造成第一腔室(7)和第二腔室(8)，所述第一活塞(4)和第二活塞(5)分别与设置在所述缸体(1)两端的第一弹性件(9)和第二弹性件(10)连接，所述固定塞(3)上设置有连通所述第一腔室(7)与第二腔室(8)的第一油路(11)和第二油路(12)，第一油路(11)和第二油路(12)均为单向导通且流向相反，第一油路(11)和第二油路(12)上分别设置有可调节其导通口径的调节机构。
2.根据权利要求1所述的一种双通道变阻尼液压缸，其特征在于，所述第一油路(11)和第二油路(12)均包括沿液压油流动方向依次设置的第一通道(13)和第二通道(14)，以及从所述缸体(1)的外表面垂直延伸至所述固定塞(3)内连通所述第一通道(13)与所述第二通道(14)的调节通道(15)，所述调节通道(15)的端部与第一通道(13)连通形成进油口(16)，其侧部与第二通道(14)连通形成出油口(17)。
3.根据权利要求2所述的一种双通道变阻尼液压缸，其特征在于，所述调节机构包括针阀(18)和电机(19)，所述针阀(18)呈锥形设置，其尖部朝向所述进油口(16)并可将所述进油口(16)封闭，所述电机(19)的输出轴(30)通过螺旋副与所述针阀(18)连接，可驱动所述针阀(18)朝向或背向进油口(16)运动；
所述调节通道(15)内设置有密封定位套筒(20)，所述密封定位套筒(20)上设置有与所述输出轴(30)转动配合的连接孔。
4.根据权利要求3所述的一种双通道变阻尼液压缸，其特征在于，所述调节通道(15)内设置有第一复位弹簧(21)，所述第一复位弹簧(21)的一端与所述密封定位套筒(20)连接，另一端与所述针阀(18)连接，并始终处于压缩状态。
5.根据权利要求2所述的一种双通道变阻尼液压缸，其特征在于，所述第一油路(11)上的第一通道(13)与第一腔室(7)连通，所述第二油路(12)上的第一通道(13)与第二腔室(8)连通，两条油路上的第二通道(14)内均设置有球阀(22)和第二复位弹簧(23)，所述球阀(22)与第二复位弹簧(23)连接将所述出油口(17)封闭。
6.根据权利要求3所述的一种双通道变阻尼液压缸，其特征在于，所述缸体(1)的外表面设置有用于安装电机(19)的凸台(24)，所述电机(19)通过螺钉与所述凸台(24)固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种双通道变阻尼液压缸，其特征在于，所述缸体(1)的顶端设置有缸盖(25)，所述缸盖(25)上设置有使所述活塞杆(2)穿过的第一通孔(26)。
8.根据权利要求1所述的一种双通道变阻尼液压缸，其特征在于，所述缸体(1)的底端固定设置有连接板(27)，所述连接板(27)上设置有用于与外部连接部铰接的耳部(28)。
9.根据权利要求1所述的一种双通道变阻尼液压缸，其特征在于，所述第一活塞(4)与所述固定塞(3)的外侧壁均套装有UN密封圈。
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