一种集成滑动活塞式变阻尼液压缸
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集成滑动活塞式变阻尼液压缸。
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以及支撑期的稳定性的集成滑动活塞式变阻尼液压缸。
本发明是通过以下的技术方案实现的:一种集成滑动活塞式变阻尼液压缸,包括缸体、与缸体滑动连接的活塞杆,以及设置在缸体内的活塞,还包括支撑底盘,所述活塞杆一端与活塞固定连接,另一端从缸体的底端伸出与支撑底盘固定连接,所述支撑底盘与缸体的底端之间连接有第一复位弹簧,所述活塞将缸体的内部腔室分隔成第一腔室和第二腔室,所述活塞的中部设置有控油腔室,所述活塞的侧壁设置有连通第一腔室与控油腔室的第一油路,以及连通第二腔室与控油腔室的第二油路,所述控油腔室内设置有可调节第一油路和/或第二油路的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,所述阀芯杆的一端与电机连接,另一端设置有与控油腔室转动配合的调节块,所述第一油路和第二油路与控油腔室的连通处分别形成第一通油口和第二通油口,所述调节块相对控油腔室转动可调节第一通油口和/或第二通油口的导通口径。
优选地,所述控油腔室为沿缸体的长度方向设置的圆柱状腔室,所述第一通油口和第二通油口设置在控油腔室的侧壁,所述调节块为方形板体,其对称的两侧面设置有与控油腔室侧壁滑动配合的弧形连接部。
优选地,所述电机可拆卸地固定设置在支撑底盘上,活塞杆的中部设置有与阀芯杆转动配合的轴孔,活塞上设置有连通控油腔室和轴孔的通孔,阀芯杆的端部通过联轴器与电机的主轴传动连接。
优选地,所述调节块的端部设置有与活塞转动配合的限位凸柱。
优选地,所述活塞包括上半体和下半体,上半体与下半体可拆卸连接,其连接处设置有与缸体内侧壁滑动配合的环形凸台。
优选地,所述活塞上设置有可连通控油腔室与第一腔室的第一单向阀,以及连通控油腔室与第二腔室的第二单向阀。
优选地,所述活塞的两端均设置有与控油腔室连通的通道,所述第一单向阀和第二单向阀分别设置在两通道内,其均包括套筒以及设置在套筒内的第二复位弹簧和球阀,第二复位弹簧的两端分别连接套筒和球阀,并使得球阀将通道背向控油腔室的开口封闭。
优选地,所述缸体的上端可拆卸的设置有缸盖,缸盖上设置有连接杆,连接杆上设置有第一连接孔。
优选地,所述支撑底盘上设置有连接耳部,连接耳部上设置有第二连接孔。
有益效果是:与现有技术相比,本发明的一种集成滑动活塞式变阻尼液压缸具有以下优点:
1、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、膝关节在弯曲过程中,使得活塞杆收缩,第一复位弹簧可以储存一定的弹性势能,存储的弹性势能可以用于驱动活塞杆伸出,从而使得膝关节伸直,并且第一复位弹簧可以在膝关节弯曲的过程中,起到一定的缓冲作用,从而对膝关节起到一定的保护作用;
3、调节机构可以调节第一油路和第二油路的导通口径,在摆动期时,通过调节导通口径大小,从而调节流通第一油路与第二油路液压油的流量,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,调节机构将第一油路和第二油路封闭,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为本发明的一种集成滑动活塞式变阻尼液压缸的立体结构示意图;
图2为本发明的液压缸的剖视图;
图3为本发明的液压缸另一视角的剖视图;
图4为图2中B-B方向的剖视图。
具体实施方式
如图1至图3所示,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,本发明的一种集成滑动活塞式变阻尼液压缸,包括缸体1、与缸体1滑动连接的活塞杆2,以及设置在缸体1内的活塞3,还包括支撑底盘4,活塞杆2一端与活塞3固定连接,另一端从缸体1的底端伸出与支撑底盘4固定连接,缸体1的上端和支撑底盘4分别与大腿壳体和小腿壳体铰接,从而使得活塞杆2在收缩和伸出过程中可以带动大腿相对小腿转动,实现膝关节的弯曲和伸直,支撑底盘4与缸体1的底端之间连接有第一复位弹簧5,活塞3将缸体1的内部腔室分隔成第一腔室6和第二腔室7,活塞3的中部设置有控油腔室8,活塞3的侧壁设置有连通第一腔室6与控油腔室8的第一油路9,以及连通第二腔室7与控油腔室8的第二油路10,所述控油腔室8内设置有可调节第一油路9和/或第二油路10的导通口径的调节机构,第一油路9、控油腔室8和第二油路10可构造成连通第一腔室6与第二腔室7的油路通道,调节结构可以通过调节第一油路9与控油腔室8的连通口径,或者调节第二油路102与控油腔室8的连通口径,亦或同时调节第一油路9和第二油路10分别与控油腔室8的连通口径,实现对油路通道中液压油流量的调控。
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,使得活塞杆2收缩,以使膝关节弯曲,此时,第一腔室6中的液压油依次通过第一油路9、控油腔室8和第二油路10流入第二腔室7中,第一腔室6的体积减小,第二腔室7的体积增大,并且对第一复位弹簧5进行压缩,使得第一复位弹簧5存储弹性势能,当膝关节弯曲至一定角度,第一复位弹簧5存储的弹性势能增大至大于驱动活塞杆2收缩的驱动力时,第一复位弹簧5提供的弹性势能驱动活塞杆2伸出,此时由于髋关节的摆动,减少了对活塞杆2的压力,从而使得膝关节逐渐伸直,活塞杆2伸出,此时第二腔室7内的液压油依次通过第二油路10、控油腔室8和第一油路9流入第一腔室6,当驱动膝关节完全伸直时,腿部与地面接触,调节机构将第一油路9和/或第二油路10封闭,使得液压油不能流动,从而保持膝关节支撑期稳定的支撑状态
调节机构可以包括阀芯杆11和电机12,阀芯杆11的一端与电机12连接,另一端设置有与控油腔室8转动配合的调节块13,第一油路9和第二油路10与控油腔室8的连通处分别形成第一通油口14和第二通油口15,电机12驱动调节块13相对控油腔室8转动,从而调节第一通油口14和/或第二通油口15的导通口径,实现对油路通道液压油流量的调节,为了使得口径的调节更加稳定,调节块13可以同时调节第一通油口14和第二通油口15的导通口径大小。
控油腔室8为沿缸体1的长度方向设置的圆柱状腔室,第一通油口14和第二通油口15设置在控油腔室8的侧壁,调节块13为方形板体,其对称的两侧面设置有与控油腔室8侧壁滑动配合的弧形连接部16,具体的,如图2所示,第一油路9和第二油路10沿缸体1的长度方向排列设置,如图4所示,第一油路9和第二油路10均设置有两条,分别对称交错设置在控油腔室8内壁,从而使得设置在一侧的第一油路9与设置在另一侧的第二油路10构造成通油管路,因此可以构造成两条通油管路,弧形连接部16在滑动过程中,可以将两组两条通油管路同时封闭,也可以分别将两条通油管路打开,这样可以使得活塞杆2在伸出或收缩时,液压油分别从两条通油管路通过,从而确保两条通油管路中液压油的流向保持一致,从而使得通油管路中液压油的流动更加顺畅,调节更加灵敏,并且对通油管路起到一定的保护作用。
电机12可拆卸地固定设置在支撑底盘4上,具体的,电机12通过螺钉固定设置在支撑底盘4背向缸体1的一侧,支撑底盘4上设置有安装孔,电机12的主轴伸入安装孔内,活塞杆2的中部设置有与阀芯杆11转动配合的轴孔17,活塞3上设置有连通控油腔室8和轴孔17的通孔18,活塞杆2的端部固定设置在通孔18内,阀芯杆11的一端依次穿过通孔18和轴孔17伸入安装孔内与电机12的主轴通过联轴器19传动连接。
为了提高调节块13与活塞3连接的结构强度,调节块13背向阀芯杆11端部的中间位置可以凸设有限位凸柱20,活塞3上设置有与限位凸柱20转动配合的配合孔或配合槽,对调节块13的两端进行支撑限位,从而避免了调节块13在液压油压力的作用下,使得阀芯杆11发生变形。
活塞3可以包括上半体21和下半体22,上半体21与下半体22可拆卸连接,可以采用螺纹连接,螺钉连接或者卡扣连接的方式实现可拆卸连接,其连接处设置有与缸体1内侧壁滑动配合的环形凸台23,为了提高活塞3与缸体1内壁之间的密封性,可以在连接处设置有密封圈,第一油路9和第二油路10分别设置有上半体21和下半体22上,活塞杆2与下半体22固定连接,通过设置有环形凸台23,使得上半体21和下半体22与缸体1的内侧壁可构造成通油间隙,液压油可以通过通油间隙流入第一油路9和第二油路10。
为了增加流入控油腔室8中液压油的量,活塞3上可以设置有可连通控油腔室8与第一腔室6的第一单向阀24,以及连通控油腔室8与第二腔室7的第二单向阀25,即液压油只能通过单向阀流入控油腔室8中,而不能从控油腔室8通过单向阀流出。
具体的,活塞3的两端均设置有与控油腔室8连通的通道26,所述第一单向阀24和第二单向阀25分别设置在两通道26内,其均包括套筒27以及设置在套筒27内的第二复位弹簧28和球阀29,第二复位弹簧28的两端分别连接套筒27和球阀29,并使得球阀29将通道26背向控油腔室8的开口封闭,套筒27固定设置在通道26内,其外侧壁与通道26的内侧壁贴合,从而使得液压油只能从套筒27中部的内孔通过,复位弹簧一端与套筒27朝向控油腔室8的一端固定连接,另一端与球阀29固定连接,在其弹力的作用下,使球阀29将套筒27背向控油腔室8一端的开口封闭,从而实现液压油的单向流通。
缸体1的上端可拆卸的设置有缸盖30,缸盖30与缸体1螺纹连接或者螺钉连接,缸盖30上设置有连接杆31,连接杆31上设置有第一连接孔32。支撑底盘4上设置有连接耳部33,连接耳部33上设置有第二连接孔34。通过第一连接孔32和第二连接孔34,可以分别与大腿壳体和小腿壳体铰接,从而实现本发明的液压缸的安装,安装方便快捷。
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。