CN110345190B - 一种可穿戴式膝关节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及外骨骼关节辅助设备技术领域，尤其涉及一种可穿戴式膝关节。该可穿戴式膝关节包括固定部，包括第一隔磁盘和励磁线圈，第一隔磁盘的一表面设置有多个相互套接的第一导磁套筒；转动部，包括第二隔磁盘，第二隔磁盘与第一隔磁盘相对且同轴转动连接，第二隔磁盘的表面设置有多个相互套接第二导磁套筒，每个第二导磁套筒插设于相邻两个第一导磁套筒之间并具有间隙，第一隔磁盘、第二隔磁盘、第一导磁套筒和第二导磁套筒之间形成工作腔，工作腔内充有磁流变液，励磁线圈产生磁场并作用于磁流变液。多层套筒的设置可以增大磁流变液的有效作用面积，使得磁流变液产生的阻尼力增大，并且，设备的结构更加简单紧凑，容易装配，从而降低了设备的成本。

Description

一种可穿戴式膝关节

技术领域

本发明涉及外骨骼关节辅助设备技术领域，尤其涉及一种可穿戴式膝关节。

背景技术

可穿戴式膝关节作为辅助使用者膝关节运动的一个重要设备，在生活中越来越广泛被应用，其中，被动可穿戴式膝关节可以保护使用者的膝关节在承受较大冲击力时不受损伤。

现有的被动式可穿戴膝关节设备大多使用杆式结构或者盘式结构配合磁流变液来提供阻尼力，杆式结构中磁流变液的使用量有限，作用面积较小，因此产生的阻尼力较小，无法对使用者的膝关节提供足够的保护，而多盘式的结构虽增大了磁流变液的作用面积，提供了较大的阻尼力，但多盘式的结构零件组装和磁场布置都较为复杂，因此设备成本较高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种可穿戴式膝关节，解决了现有技术中可穿戴式膝关节产生的阻尼力较小和设备成本较高的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种可穿戴式膝关节，包括，固定部，所述固定部包括第一隔磁盘和励磁线圈，所述第一隔磁盘的一表面设置有多个相互套接且同心布置的第一导磁套筒，所述励磁线圈置于所述第一隔磁盘的另一表面且其端面与所述第一导磁套筒垂直；

转动部，所述转动部包括第二隔磁盘，所述第二隔磁盘与所述第一隔磁盘相对且同轴转动连接，所述第二隔磁盘的表面设置有多个相互套接且同心布置的第二导磁套筒，每个所述第二导磁套筒插设于相邻两个所述第一导磁套筒之间并具有间隙，所述第一隔磁盘、所述第二隔磁盘、所述第一导磁套筒和所述第二导磁套筒之间形成工作腔，所述工作腔内填充有磁流变液，所述励磁线圈用于产生磁场并作用于所述磁流变液。

根据本发明，所述转动部还包括第一轴承和传动轴，所述传动轴通过所述第一轴承与所述第一隔磁盘转动连接，所述传动轴插设于所述第二隔磁盘并且与所述第二隔磁盘固定连接。

根据本发明，所述固定部还包括：

第一壳体，所述第一壳体中心设置有通孔；

第二壳体，所述第二壳体中心设置有通孔；

第二轴承，所述第二轴承设置于所述第二壳体的通孔内，所述第二壳体通过所述第二轴承与所述第二隔磁盘转动连接；

第三壳体，所述第三壳体设置为圆筒结构；

所述第一壳体与所述第三壳体的一端面固定连接，所述第二壳体与所述第三壳体的另一端面固定连接；

支撑筒，所述支撑筒固定地插设于所述第一壳体的通孔内，所述支撑筒与所述第一隔磁盘固定连接，所述支撑筒套设于所述传动轴外部，且所述支撑筒通过所述第一轴承与所述传动轴转动连接。

根据本发明，该可穿戴式膝关节还包括：

第一法兰，所述第一法兰与所述第二壳体固定连接；

第二法兰，所述第二法兰与所述第二隔磁盘固定连接。

根据本发明，该可穿戴式膝关节还包括：

第一密封圈，所述第一密封圈设置于所述传动轴与所述支撑筒之间；

第二密封圈，所述第二密封圈设置于所述第二隔磁盘与所述第三壳体之间。

根据本发明，该可穿戴式膝关节还包括端盖，所述端盖插设于所述支撑筒并且与所述第一轴承抵接。

根据本发明，所述第一个磁盘和所述第二隔磁盘的材质均为铝。

根据本发明，所述传动轴的材质为铝。

根据本发明，所述第一壳体和所述第三壳体的材质均为低碳钢，所述第二壳体的材质为铝。

根据本发明，所述支撑筒的材质为低碳钢。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供的可穿戴式膝关节，设置有固定部，固定部包括第一隔磁盘和励磁线圈，第一隔磁盘的一表面设置有多个相互套接的第一导磁套筒；转动部，转动部包括第二隔磁盘，第二隔磁盘与第一隔磁盘相对且同轴转动连接，第二隔磁盘的表面设置有多个相互套接第二导磁套筒，每个第二导磁套筒插设于相邻两个第一导磁套筒之间并具有间隙，第一隔磁盘、第二隔磁盘、第一导磁套筒和第二导磁套筒之间形成工作腔，工作腔内填充有磁流变液，励磁线圈用于产生磁场并作用于磁流变液。通过多层套筒的设置可以增大磁流变液在工作时的有效作用面积，使得磁流变液产生的阻尼力增大，并且，多层套筒互相插设的设置使得设备的结构更加简单结构更加小巧紧凑，容易装配，从而降低了设备的成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种可穿戴式膝关节的结构示意图；

图2为图1中传动轴的立体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种可穿戴式膝关节的立体结构示意图。

【附图标记说明】

1：第一个磁盘；2：励磁线圈；3：第一导磁套筒；4：第二隔磁盘；5：第二导磁套筒；6：第一轴承；7：传动轴；8：第一壳体；9：第二壳体；10：第二轴承；11：第三壳体；12：支撑筒；13：第一法兰；14：第二法兰；15：第一密封圈；16：第二密封圈；17：端盖。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明公开了一种可穿戴式膝关节，包括：固定部，固定部包括第一隔磁盘1和励磁线圈2，第一隔磁盘1的一表面设置有多个相互套接且同心布置的第一导磁套筒3，励磁线圈2置于第一隔磁盘1的另一表面且其端面与第一导磁套筒3垂直；转动部，转动部包括第二隔磁盘4，第二隔磁盘4与第一隔磁盘1相对且同轴转动连接，第二隔磁盘4的表面设置有多个相互套接且同心布置的第二导磁套筒5，每个第二导磁套筒5插设于相邻两个第一导磁套筒3之间并具有间隙，第一隔磁盘1、第二隔磁盘4、第一导磁套筒3和第二导磁套筒5之间形成工作腔，工作腔内填充有磁流变液，励磁线圈2用于产生磁场并作用于磁流变液。该可穿戴式膝关节工作时，固定部的第一导磁套筒3与转动部的第二导磁套筒5之间可以相对转动，同时，第一隔磁盘1、第二隔磁盘4、第一导磁套筒3和第二导磁套筒5之间形成的工作腔内的磁流变液可以在励磁线圈2的作用下产生阻尼力，为使用者提供缓冲。

本发明实施例提供的可穿戴式膝关节，设置有固定部，固定部包括第一隔磁盘和励磁线圈，第一隔磁盘的一表面设置有多个相互套接的第一导磁套筒；转动部，转动部包括第二隔磁盘，第二隔磁盘与第一隔磁相对且同轴转动连接，第二隔磁盘的表面设置有多个相互套接第二导磁套筒，每个第二导磁套筒插设于相邻两个第一导磁套筒之间并具有间隙，第一隔磁盘、第二隔磁盘、第一导磁套筒和第二导磁套筒之间形成工作腔，工作腔内填充有磁流变液，励磁线圈用于产生磁场并作用于磁流变液。通过多层套筒的设置可以增大磁流变液在工作时的有效作用面积，使得磁流变液产生的阻尼力增大，并且，多层套筒互相插设的设置使得设备的结构更加简单，容易装配结构小巧紧凑，从而降低了设备的成本。同时，通过第一隔磁盘与第二隔磁盘的设置，可以约束设备工作时磁感线的分布形态，保证磁感线垂直通过各个圆筒之间的间隙，保证了磁流变液在磁场的作用下产生足够的阻尼力，从而保证了设备的稳定性。

在一个可选的实施例中，参见图1，该可穿戴式膝关节的转动部还可以包括第一轴承6和传动轴7，传动轴7通过第一轴承6与第一隔磁盘1转动连接，传动轴7插设于第二隔磁盘4并且与第二隔磁盘4固定连接。在该可穿戴膝关节工作时，通过设置与固定部和转动部同轴的传动轴7来实现固定部和转动部的同轴固定，并且，通过设置第一轴承6来提供固定部和转动部相对转动时的径向缓冲力。

通过传动轴7和第一轴承6的设置，可以使得转动部与固定部相对转动时轴心位置保持固定，减少转动部和固定部之间相对移动所产生的摩擦和碰撞，以避免对部件造成损坏，从而降低该可穿戴膝关节的使用寿命，同时，第一轴承6的设置可以降低动力传递过程中的摩擦系数，减小零件的磨损，增加设备的使用寿命。

在一可选的实施例中，参见图1，该可穿戴式膝关节的固定部还可以包括：第一壳体8，第一壳体8中心设置有通孔，第二壳体9，第二壳体9中心设置有通孔，第二轴承10，第二轴承10设置于第二壳体9的通孔内，第二壳体9通过第二轴承10与第二隔磁盘4转动连接，第三壳体11，第三壳体11设置为圆筒结构，第一壳体8与第三壳体11的一端面固定连接，第二壳体9与第三壳体11的另一端面固定连接，支撑筒12，支撑筒12固定地插设于第一壳体8的通孔内，支撑筒12与第一隔磁盘1固定连接，支撑筒12套设于传动轴7外部，且支撑筒12通过第一轴承6与传动轴7转动连接。

通过第一壳体8、第二壳体9和第三壳体11的设置，可以组成一个封闭空间，将前速的固定部和转动部设置于该封闭空间内，可以防止磁流变液溢出，影响设备的稳定性，同时可以防止外界环境对设备的影响，避免降低设备的使用寿命。并且，第二壳体9与第二隔磁盘4通过第二轴承10连接，保证了设备转动时的稳定性，减小摩擦，提高设备的使用寿命。支撑筒12插设于第一壳体8的通孔内，并且套设于传动轴7外部，可以进一步的固定传动轴7与固定部之间的位置，进一步减小固定部与转动部之间的相对移动，减小固定部与转动部之间的摩擦与碰撞，进一步减少磨损，提高设备的使用寿命。

在一可选的实施例中，参见图1，该可穿戴式膝关节还可以包括：第一法兰13，第一法兰13与第二壳体8固定连接；第二法兰14，第二法兰14与第二隔磁盘4固定连接。通过第一法兰13与使用者的大腿连接，第二法兰14与使用者的小腿连接，可以保证连接的强度，保证了在不同的使用情况下承受不同的冲击力时设备的稳定性，并且，法兰连接的方式还具有拆卸方便和密封效果好的特点，即可以方便使用者安装和拆卸，又可以有效防止设备中的磁流变液外溢，保证了设备的稳定性。

在一可选的实施例中，参见图1，该可穿戴式膝关节还可以包括：第一密封圈15，第一密封圈15设置于传动轴7与支撑筒12之间；第二密封圈16，第二密封圈16设置于第二隔磁盘4与第三壳体11之间。在传动轴7和支撑筒12之间设置有第一密封圈15，防止工作腔内的磁流变液沿传动轴7与支撑筒12之间的空隙流至第一轴承6，从而避免了磁流变液对第一轴承6产生影响，导致第一轴承6的使用寿命减小，影响整个设备的稳定性。同理，在第二隔磁盘4和第三壳体11之间设置第二密封圈16，可以有效的防止磁流变液沿第二隔磁盘4和第三壳体11之间的缝隙流至第二轴承10，避免磁流变液对第二轴承10产生影响，减小第二轴承10的使用寿命，从而影响设备的稳定性。并且，采用密封圈实施密封，可以节省空间，密封效果良好。

在一可选的实施例中，参见图1，该可穿戴式膝关节还可以包括端盖17，该端盖17插设于支撑筒12并且与第一轴承6抵接。该端盖17可以将第一轴承6固定于支撑筒12内，以免发生位移，并且该端盖17可以将第一轴承6与外界环境隔绝。通过端盖17的设置，可以将第一轴承6固定在支撑筒12内，防止第一轴承6在支撑筒12内发生位移，导致设备发生故障，同时，端盖17将第一轴承6封闭于设备内部，避免第一轴承6发生腐蚀漏油等故障，影响设备的使用寿命。

在一可选的实施例中，参见图1，该可穿戴式膝关节中第一隔磁盘1和第二隔磁盘4的材质均可以为铝。由于铝是非导磁材料，因此在设备工作时，磁感线不能穿过，所以第一个隔磁盘与第二隔磁盘4选用铝材质可以很好的约束磁感线的分部，使得设备工作时磁感线分部合理，从而产生足够的阻尼力，使设备更加稳定。同时，铝的质量较轻、耐腐蚀性强，从而使得设备轻便且不易被腐蚀。

在一可选的实施例中，参见图1，该可穿戴式膝关节中传动轴7的材质为铝。铝的非导磁性质保证了设备在工作时磁感线不能穿过传动轴7，因此将传动轴7设置为铝材质可以很好的约束磁感线的分部，使得设备工作时磁感线分部合理，从而产生足够的阻尼力，使设备更加稳定。同时，铝的质量较轻、耐腐蚀性强，从而使得设备轻便且不易被腐蚀。

在一可选的实施例中，参见图1，该可穿戴式膝关节中第一壳体8和第三壳体11的材质均为低碳钢，第二壳体9的材质为铝。低碳钢是一种软磁材料，它有着易于磁化和易于退磁特点，磁感线容易在其中穿过，因此将第一壳体8和第二壳体9的材质设置为低碳钢可以使得设备的反映更加灵敏并且不会产生多余的磁动势损失。并且，将第二壳体9的材料设置为非导磁材料铝，可以阻止磁感线穿过，从而可以良好的约束磁感线的方向，使得磁感线都可以穿过导磁套筒，保证了磁流变液高效的产生阻尼，且磁动势的损失尽量少。

在一可选的实施例中，参见图1，该可穿戴式膝关节中支撑筒12的材质为低碳钢。支撑筒12与第一壳体8第三壳体11以及导磁套筒组成了该可穿戴式膝关节的磁感线的路径，因此将支撑筒12设置为低碳钢，低碳钢作为一种软磁材料，磁感线容易在其中穿过，保证更多的磁感线能通过支撑筒，从而进入磁流变液的作用腔内，使得设备的反映更加灵敏并且不会产生多余的磁动势损失。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可穿戴式膝关节，其特征在于，包括：

固定部，所述固定部包括第一隔磁盘和励磁线圈，所述第一隔磁盘的一表面设置有多个相互套接且同心布置的第一导磁套筒，所述励磁线圈置于所述第一隔磁盘的另一表面且其端面与所述第一导磁套筒垂直；

转动部，所述转动部包括第二隔磁盘，所述第二隔磁盘与所述第一隔磁盘相对且同轴转动连接，所述第二隔磁盘的表面设置有多个相互套接且同心布置的第二导磁套筒，每个所述第二导磁套筒插设于相邻两个所述第一导磁套筒之间并具有间隙，所述第一隔磁盘、所述第二隔磁盘、所述第一导磁套筒和所述第二导磁套筒之间形成工作腔，所述工作腔内填充有磁流变液，所述励磁线圈用于产生磁场并作用于所述磁流变液；

所述转动部还包括第一轴承和传动轴，所述传动轴通过所述第一轴承与所述第一隔磁盘转动连接，所述传动轴插设于所述第二隔磁盘并且与所述第二隔磁盘固定连接；

所述固定部还包括：第一壳体，所述第一壳体中心设置有通孔；

第二壳体，所述第二壳体中心设置有通孔；

第二轴承，所述第二轴承设置于所述第二壳体的通孔内，所述第二壳体通过所述第二轴承与所述第二隔磁盘转动连接；

第三壳体，所述第三壳体设置为圆筒结构；

所述第一壳体与所述第三壳体的一端面固定连接，所述第二壳体与所述第三壳体的另一端面固定连接；

支撑筒，所述支撑筒固定地插设于所述第一壳体的通孔内，所述支撑筒与所述第一隔磁盘固定连接，所述支撑筒套设于所述传动轴外部，且所述支撑筒通过所述第一轴承与所述传动轴转动连接；

所述第一壳体和所述第三壳体的材质均为低碳钢，所述第二壳体的材质为铝。

2.根据权利要求1所述的可穿戴式膝关节，其特征在于，还包括：

第一法兰，所述第一法兰与所述第二壳体固定连接；

第二法兰，所述第二法兰与所述第二隔磁盘固定连接。

3.根据权利要求1所述的可穿戴式膝关节，其特征在于，还包括：

第一密封圈，所述第一密封圈设置于所述传动轴与所述支撑筒之间；

第二密封圈，所述第二密封圈设置于所述第二隔磁盘与所述第三壳体之间。

4.根据权利要求1所述的可穿戴式膝关节，其特征在于，还包括端盖，所述端盖插设于所述支撑筒并且与所述第一轴承抵接。

5.根据权利要求1所述的可穿戴式膝关节，其特征在于，所述第一隔磁盘和所述第二隔磁盘的材质均为铝。

6.根据权利要求1所述的可穿戴式膝关节，其特征在于，所述传动轴的材质为铝。

7.根据权利要求1所述的可穿戴式膝关节，其特征在于，所述支撑筒的材质为低碳钢。

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