CN111166540A - 一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轮椅领域，公开了一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸，用于控制液压油的流动，从而调节膝关节的阻尼度，其特征在于，包括：缸体，具有通过推杆相互隔离的第一腔室和第二腔室；阻尼调节座，安装在缸体上，具有分别与第一腔室和第二腔室连通的伸展液压通道和屈曲液压通道；第一单向阀用于防止第二腔室内的液压油倒流；第二单向阀用于防止第一腔室内的液压油倒流；换向阀，与阻尼调节座转动连接并位于伸展液压通道和屈曲液压通道之间，直流伺服电机，安装在阻尼调节座上，用于带动换向阀转动；其中，通过直流伺服电机带动换向阀转动，控制伸展液压通道以及屈曲液压通道流通截面，从而调节阻尼缸的阻尼度。

Description

一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸
技术领域
本发明实施例涉及轮椅领域，尤其涉及一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸。
背景技术
智能膝关节是指通过微电脑控制膝关节阻尼器从而同时控制摆动相的速度和支撑相的稳定性，使得下肢患者穿戴假肢行走时更接近健康人的步态，具有更高的跟随性和对称性。目前在智能膝关节中调整阻尼的方式主要存在磁流变、气压和液压三种。磁流变智能膝关节是通过改变电流从而改变磁场强度来达到调节阻尼的效果，但是磁流变液黏度变化与磁场密切相关，并且对磁流变液材料要求很高，不易于控制也不易于提升产能。液压和气压都是通过微处理器驱动电机来调节阻尼缸部阀门开度大小，从而达到调节阻尼的目的，但是气压膝关节支撑性能的稳定性不可靠，容易造成安全事故。
目前，国内用于智能膝关节液压阻尼缸的结构设计较少，相关的技术文件有：专利号105769395A和专利号106726028B均提出了用于智能膝关节假肢的电控液压阻尼缸结构，但是都存在电机、调节阀体和活塞的轴在一条直线上且互相连接或接触，使得膝关节运作过程中电机受到的轴向载荷很大，调节过程中很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的问题。专利号106539633A提出的电控液压阻尼缸结构虽然避免了电机受到轴向载荷过大的问题，但是活塞块中的液压流道复杂，难以加工。专利号102065799A，公开了一种半驱动式假肢膝关节设备，通过液压泵和阻尼调节阀门实现驱动和非驱动模式，但是液压阀回路复杂特别复杂，液压泵和电动机使得该结构复杂而又笨重。专利号201370655和专利号107035808A，虽然这两个专利实现了屈曲和伸展的分别调节，但是需要两个电机控制相应阀门，使得体积及重量较大，耗电量增加。专利号109806036A实现了一个电机实现了液压阻尼双向控制，但是所设计的阀体和调节座的间隙配合，所以长期会导致缝隙形成油膜，油膜产生的张力使得阀体旋转时阻尼过大而旋转不顺畅，阻尼调节不准确.
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种易于加工且通过一个电机控制轴型阀体旋转独立调节膝关节屈伸阻尼的扇叶式流量调节阻尼缸结构。
本发明提供的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸，用于控制液压油的流动，从而调节膝关节的阻尼度。一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸包括：缸体，具有通过推杆相互隔离的第一腔室和第二腔室；阻尼调节座，安装在缸体上，具有分别与第一腔室和第二腔室连通的伸展液压通道和屈曲液压通道；第一单向阀，安装在伸展液压通道内，用于防止第二腔室内的液压油倒流；第二单向阀，安装在屈曲液压通道内，用于防止第一腔室内的液压油倒流；换向阀，与阻尼调节座转动连接并位于伸展液压通道和屈曲液压通道之间，换向阀具有连通伸展液压通道的第一键形槽以及连通屈曲液压通道的第二键形槽；直流伺服电机，安装在阻尼调节座上，用于带动换向阀转动；其中，通过直流伺服电机带动换向阀转动，控制伸展液压通道以及屈曲液压通道流通截面，从而调节阻尼缸的阻尼度。
在本发明提供的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸中，还可以具有这样的特征，还包括：缸盖，安装在缸体的顶部，用于密封缸体，具有安装孔；推杆，底部设有活塞，该活塞位于缸体内部并与缸体滑动连接，其顶部通过安装孔贯穿缸盖；助伸弹簧，位于第一腔室，该助伸弹簧的一端与活塞相抵，另一端与缸体相抵。
在本发明提供的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸中，还可以具有这样的特征，还包括：密封头，安装在缸体的顶部，用于密封缸体。
在本发明提供的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸中，还可以具有这样的特征，还包括：编码器固定环，安装在直流伺服电机的转轴上；磁环编码器，安装在编码器固定环上；编码器读头，安装在阻尼调节座上，并与磁环编码器电性连接。
在本发明提供的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸中，还可以具有这样的特征：阻尼调节座上设有用于容纳换向阀的圆柱形槽口，该圆柱形槽口分别与伸展液压通道和屈曲液压通道连通，该圆柱形槽口的顶部设有用于密封圆柱形槽口的阀门螺纹堵头。
在本发明提供的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸中，还可以具有这样的特征：阻尼调节座具有与伸展液压通道的补偿通道，用于向伸展液压通道输送液压油，补偿通道安装有用于密封补偿通道的油口螺纹堵头。
发明的作用与效果
本发明提供的一种用于智能膝关节的扇叶式流量调节阻尼缸，因为设置了分别设有单向阀的两个液压油通道、设有键形槽的换向阀以及与换向阀连接的直流驱动电机，所以本发明的用于智能膝关节的扇叶式流量调节阻尼缸可以有效地避免作用于阻尼缸中电机的轴向载荷，避免了因载荷过大引起电机失步和阻尼调节失败的情况；仅用一个电机就实现了膝关节液压阻尼双向独立控制，且阻尼调节连续，使得机构体积小，重量减轻，耗电减少；并且结构精巧且易于加工。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸的整体示意图；
图2为本发明实施例中的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸的剖视图；
图3为本发明实施例中的阻尼调节座的示意图；以及
图4为本发明实施例中的阻尼调节座的剖视图。
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，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
<实施例>
图1为本发明实施例中的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸的整体示意图。图2为本发明实施例中的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸的剖视图。图3为本发明实施例中的阻尼调节座的示意图。以及图4为本发明实施例中的阻尼调节座的剖视图。
如图1至图4所示，本实施例提供的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸包括：缸体1、阻尼调节座2、第一单向阀3、第二单向阀4、换向阀5、直流伺服电机6、缸盖7、推杆8、助伸弹簧9、密封头10、编码器固定环11、磁环编码器12、编码器读头13、阀门螺纹堵头14以及油口螺纹堵头15。
缸盖7安装在缸体1的顶部，用于密封缸体1。推杆8的底部设有活塞，该活塞位于缸体1内部并与缸体1滑动连接，从而将缸体1内分成相互隔离的第一腔室和第二腔室。缸盖7具有安装孔，推杆8的顶部通过安装孔贯穿缸盖7与外部的执行机构相连接。助伸弹簧9位于第一腔室，该助伸弹簧9的一端与活塞相抵，另一端与缸体1相抵，用于在推杆8上行过程中对推杆8进行助力。此外，在第一腔室内的上端安装有密封头10，防止第一腔室内的液压油泄露。
阻尼调节座2通过螺栓连接的方式与缸体1固定连接。阻尼调节座2上具有分别与第一腔室和第二腔室连通的伸展液压通道201和屈曲液压通道202，用于实现第一腔室和第二腔室内液压油进行流动。其中，在伸展液压通道201内安装有第一单向阀3，用于防止第二腔室内的液压油倒流；在屈曲液压通道202内安装有第二单向阀4，用于防止第一腔室内的液压油倒流。阻尼调节座2上设有用于容纳换向阀5的圆柱形槽口，该圆柱形槽口分别与伸展液压通道201和屈曲液压通道202连通，该圆柱形槽口的顶部设有用于密封圆柱形槽口的阀门螺纹堵头14。
其中，阻尼调节座2具有与伸展液压通道201的补偿通道，用于向伸展液压通道201输送液压油，补偿通道安装有用于密封补偿通道的油口螺纹堵头15。当液压油出现亏损时，可以通过补偿通道向缸体1补充液压油。
换向阀5呈圆柱状，具有连通伸展液压通道201的第一键形槽以及连通屈曲液压通道202的第二键形槽。
直流伺服电机6安装在阻尼调节座2上，用于带动换向阀5转动。换向阀5通过直流伺服电机6进行转动，当第一键形槽与伸展液压通道201相通时，第二腔室内的液压油进入到第二腔室推动推杆8上移，当第二键形槽与屈曲液压通道202相通时，第一腔室内的液压油进入到第二腔室推动推杆8下移。
编码器固定环11安装在直流伺服电机6的转轴上，磁环编码器12安装在编码器固定环11上；编码器读头13安装在阻尼调节座2上并与磁环编码器12电性连接。通过磁环编码器12能够准确地读出直流伺服电机6电机轴旋转的角度信号，便于控制器精确地控制换向阀5旋转的角度。
一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸在使用时：
当膝关节伸展运动时，外部的执行机构带动推杆8向下运动，同时压缩助伸弹簧9进行储能，屈曲液压油通道内的第二单向阀4关闭，液压油通过缸体1的油孔从伸展液压油通道中向上流动，直流伺服电机6带动换向阀5进行转动，第一键形槽与伸展液压油通道的重合面积，进而改变液压油的流通面积，使得膝关节伸展时所受的阻尼力改变。
当膝关节屈曲运动时，助伸弹簧9储存的能量得到释放，为推杆8向上运动提供助力，伸展液压油通道内的第一单向阀3关闭，液压油从屈曲液压油通道中向下流动，直流伺服电机6带动换向阀5进行转动，改变第二键形槽与屈曲液压油通道的重合面积，进而改变液压油的流通面积，使得膝关节屈曲时所受的阻尼力改变。
实施例的作用与效果
本实施例提供的一种用于智能膝关节的扇叶式流量调节阻尼缸，因为设置了分别设有单向阀的两个液压油通道、设有键形槽的换向阀以及与换向阀连接的直流驱动电机，所以本发明的用于智能膝关节的扇叶式流量调节阻尼缸可以有效地避免作用于阻尼缸中电机的轴向载荷，避免了因载荷过大引起电机失步和阻尼调节失败的情况；仅用一个电机就实现了膝关节液压阻尼双向独立控制，且阻尼调节连续，使得机构体积小，重量减轻，耗电减少；并且结构精巧且易于加工。
进一步地，在本实施例提供的一种用于智能膝关节的扇叶式流量调节阻尼缸中，因为直流驱动电机安装有磁环编码器，所以能够准确地读出直流伺服电机6电机轴旋转的角度信号，从而便于控制器精确地控制换向阀5旋转的角度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸，用于控制液压油的流动，从而调节膝关节的阻尼度，其特征在于，包括：
缸体，具有通过推杆相互隔离的第一腔室和第二腔室；
阻尼调节座，安装在所述缸体上，具有分别与所述第一腔室和所述第二腔室连通的伸展液压通道和屈曲液压通道；
第一单向阀，安装在所述伸展液压通道内，用于防止所述第二腔室内的所述液压油倒流；
第二单向阀，安装在所述屈曲液压通道内，用于防止所述第一腔室内的所述液压油倒流；
换向阀，与所述阻尼调节座转动连接并位于所述伸展液压通道和所述屈曲液压通道之间，所述换向阀具有连通所述伸展液压通道的第一键形槽以及连通所述屈曲液压通道的第二键形槽；
直流伺服电机，安装在所述阻尼调节座上，用于带动所述换向阀转动；
其中，通过所述直流伺服电机带动所述换向阀转动，控制所述伸展液压通道以及所述屈曲液压通道流通截面，从而调节所述阻尼缸的阻尼度。
2.根据权利要求1所述的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸，其特征在于，还包括：
缸盖，安装在所述缸体的顶部，用于密封所述缸体，具有安装孔；
推杆，底部设有活塞，该活塞位于所述缸体内部并与所述缸体滑动连接，其顶部通过所述安装孔贯穿所述缸盖；
助伸弹簧，位于所述第一腔室，该助伸弹簧的一端与所述活塞相抵，另一端与所述缸体相抵。
3.根据权利要求2所述的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸，其特征在于，还包括：
密封头，安装在所述缸体的顶部，用于密封所述缸体。
4.根据权利要求1所述的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸，其特征在于，还包括：
编码器固定环，安装在所述直流伺服电机的转轴上；
磁环编码器，安装在所述编码器固定环上；
编码器读头，安装在所述阻尼调节座上，并与所述磁环编码器电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸，其特征在于：
其中，所述阻尼调节座上设有用于容纳所述换向阀的圆柱形槽口，该圆柱形槽口分别与所述伸展液压通道和所述屈曲液压通道连通，该圆柱形槽口的顶部设有用于密封所述圆柱形槽口的阀门螺纹堵头。
6.根据权利要求1所述的一种用于智能膝关节的扇叶型式流量调节阻尼缸，其特征在于：
其中，所述阻尼调节座具有与所述伸展液压通道的补偿通道，用于向所述伸展液压通道输送所述液压油，所述补偿通道安装有用于密封所述补偿通道的油口螺纹堵头。
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