CN108266483B - 一种变阻尼液压缸 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变阻尼液压缸，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，第一腔室和第二腔室通过设置在固定塞上的油路通道连通，油路通道内设置有可调节其导通口径的调节机构。本发明的一种变阻尼液压缸，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
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变阻尼液压缸。
本发明是通过以下的技术方案实现的：一种变阻尼液压缸，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，所述第一腔室和第二腔室通过设置在固定塞上的油路通道连通，所述油路通道内设置有可调节其导通口径的调节机构。
优选地，所述调节机构包括阀芯杆和电机，所述阀芯杆呈柱状设置并与油路通道转动配合，电机的输出轴设置有主动齿轮，阀芯杆的端部设置有与主动齿轮啮合的从动齿轮，电机驱动阀芯杆转动调节油路通道的导通口径。
优选地，所述油路通道包括第一通道和第二通道，第二通道与第一通道的侧壁连通并在连通处形成通油孔，所述阀芯杆与第一通道转动配合，阀芯杆的外侧壁沿其长度方向设置有可与通油孔连通的导油凹槽。
优选地，所述电机为步进电机。
优选地，所述缸体上设置有安装板，电机通过螺栓固定设置在安装板上。
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的液压油，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。
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为本发明的一种变阻尼液压缸的机构示意图；
图2为图1中的固定塞与阀芯杆的连接结构示意图；
图3为本发明中的油路通道处于关闭状态的结构示意图；
图4为本发明中的油路通道处于部分打开状态的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种变阻尼液压缸，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收缩和伸出过程中分别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，第一腔室7和第二腔室8通过设置在固定塞3上的油路通道连通，油路通道内设置有可调节其导通口径的调节机构。
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中流入第二腔室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，当驱动膝关节弯曲伸直时，腿部与地面接触，调节机构将油路通道封闭，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。
具体的，调节机构可以包括阀芯杆11和电机12，电机12固定设置在缸体1外部，优选地，缸体1上可以设置有安装板19，电机12通过螺栓固定设置在安装板19上，为了使得缸体1结构更加紧凑，安装板19可以通过螺栓固定设置在缸体1的端部，阀芯杆11呈柱状设置并与油路通道转动配合，电机12的输出轴设置有主动齿轮13，阀芯杆11的端部设置有与主动齿轮13啮合的从动齿轮14，电机12主轴的转动力矩通过主动齿轮13传动给从动齿轮14，从动齿轮14带动阀芯杆11转动，阀芯杆11在转动过程中调节油路通道的导通口径，从而调节液压油的流量，实现对活塞杆2运动速度的调节，电机12可以优选为步进电机12，这样可以更加精确的调节阀芯杆11的转动角度，从而实现对液压油流量的精准调节。
如图2所示，油路通道包括第一通道15和第二通道16，第二通道16与第一通道15的侧壁连通并在连通处形成通油孔17，阀芯杆11与第一通道15转动配合，阀芯杆11的外侧壁沿其长度方向设置有可与通油孔17连通的导油凹槽18，具体的，如图3所示，转动阀芯杆11，使导油凹槽18背向通油孔17，此时阀芯杆11将通油孔17封闭，油路通道处于封闭状态，如图4所示，转动阀芯杆11，使导油凹槽18朝向通油孔17，此时导油凹槽18与通油孔17导通，使得油路通道处于导通状态，可以通过转动阀芯杆11，调节导油凹槽18与通油孔17导通口径的大小，实现对液压油流量的调节。
缸体1的顶端可以设置有缸盖20，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20内内侧壁设置有与外螺纹配合的内螺纹，缸盖20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20的外侧壁平齐，为了使活塞杆2伸入缸体1内部，缸盖20上设置有使阀芯杆11穿过的第一通孔21。
缸体1的底端可以固定设置有连接板22，连接板22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22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22上可以设置有与凹部配合的凸起，连接板22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23，耳部23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24，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，所述第一腔室(7)和第二腔室(8)通过设置在所述固定塞(3)上的油路通道导通，所述油路通道内设置有可调节其导通口径的调节机构。
2.根据权利要求1所述的一种变阻尼液压缸，其特征在于，所述调节机构包括阀芯杆(11)和电机(12)，所述阀芯杆(11)呈柱状设置并与油路通道转动配合，所述电机(12)的输出轴设置有主动齿轮(13)，所述阀芯杆(11)的端部设置有与所述主动齿轮(13)啮合的从动齿轮(14)，所述电机(12)驱动所述阀芯杆(11)转动调节所述油路通道的所述导通口径。
3.根据权利要求2所述的一种变阻尼液压缸，其特征在于，所述油路通道包括第一通道(15)和第二通道(16)，所述第二通道(16)与所述第一通道(15)的侧壁连通并在连通处形成通油孔(17)，所述阀芯杆(11)与所述第一通道(15)转动配合，所述阀芯杆(11)的外侧壁沿其长度方向设置有可与所述通油孔(17)连通的导油凹槽(18)。
4.根据权利要求2所述的一种变阻尼液压缸，其特征在于，所述电机(12)为步进电机(12)。
5.根据权利要求2所述的一种变阻尼液压缸，其特征在于，所述缸体(1)上设置有安装板(19)，所述电机(12)通过螺栓固定设置在所述安装板(19)上。
6.根据权利要求1所述的一种变阻尼液压缸，其特征在于，所述缸体(1)的顶端设置有缸盖(20)，所述缸盖(20)上设置有使所述活塞杆(2)穿过的第一通孔(21)。
7.根据权利要求1所述的一种变阻尼液压缸，其特征在于，所述缸体(1)的底端固定设置有连接板(22)，所述连接板(22)上设置有用于与外部连接部铰接的耳部(23)。
8.根据权利要求1所述的一种变阻尼液压缸，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(24)。
9.根据权利要求1所述的一种变阻尼液压缸，其特征在于，所述第一弹性件(9)和/或所述第二弹性件(10)为弹簧。
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| CN108266483A (zh) | 2018-07-10 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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