CN113446346B - 一种用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸 - Google Patents

一种用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸，涉及阻尼缸技术领域，包括缸部、流量调节模块和电机固定模块，流量调节模块内设置有两个针型阀体，通过电机固定模块的直线电机进行控制和传动。本发明通过一个直线电机同时控制两个针型阀体的上下运动，从而仅用一个电机就实现了膝关节液压阻尼的双向独立控制，阻尼调节连续，使得整个机构体积小、重量轻，并减少了耗电，整个机构精巧易于加工。

Description

一种用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸
技术领域
本发明涉及阻尼缸技术领域，尤其涉及一种用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸。
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包括磁流变、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。在一种用于智能膝关节假肢的电控液压阻尼缸结构中，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布及无法达到指定位置，严重影响膝关节阻尼调节的性能。在一种半驱动式假肢膝关节设备中，通过液压缸和阻尼调节阀门实现驱动和非驱动模式，但是液压阀回路特别复杂，液压泵和电动机使得该结构复杂而笨重。在一种通过电机实现液压阻尼双向控制的结构中，所设计的阀体和调节座的间隙配合，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，并且其中助伸弹簧是外置式的，液压缸下端开放，密封性差。
因此，本领域的技术人员致力于提供一种用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸，实现阻尼的连续调节，并提高阻尼缸结构的紧凑性。
发明内容
有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种智能膝关节假肢的阻尼缸，实现阻尼的连续调节，并提高阻尼缸结构的紧凑性。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸，包括缸部(1)、流量调节模块(2)、电机固定模块(3)；
所述缸部(1)包括缸体(16)、缸盖(12)、端盖(13)、活塞组件、助伸弹簧(15)，所述缸盖(12)与所述缸体(16)的上端连接，所述端盖(13)位于所述缸体(16)内并置于所述缸盖(12)的下侧，所述活塞组件穿过所述缸盖(12)和所述端盖(13)，所述助伸弹簧(15)置于所述缸体(16)内并与所述活塞组件的底端连接；所述缸体(16)的侧壁上下两端设置有四个油孔(161)，形成两个液压油通道；
所述流量调节模块(2)包括：与所述缸体(16)连接的外部油路座(21)，设置在所述外部油路座(21)内部的伸展油道针型阀体(23)、屈曲油道针型阀体(24)；所述外部油路座(21)上设置有屈曲油道槽口(241)、伸展油道槽口(231)和储能器腔室(281)；所述屈曲油道针型阀体(24)设置在所述屈曲油道槽口(241)内，所述伸展油道针型阀体(23)设置在所述伸展油道槽口(231)内；所述外部油路座(21)与所述缸体(16)连接的一侧设置有互成一定角度的液压油通道，分别与所述缸体(16)的两个液压油通道相连通形成屈曲液压油通道(212)和伸展液压油通道(211)，所述屈曲油道槽口(241)与所述屈曲液压油通道(212)连通，所述伸展油道槽口(231)与所述伸展液压油通道(211)连通；
所述电机固定模块(3)包括：固定在所述外部油路座(21)上的电机固定座(32)，固定在所述电机固定座(32)上的直线电机(33)，与所述直线电机(33)输出端连接的阀体连接件(31)；所述阀体连接件(31)连接所述伸展油道针型阀体(23)和屈曲油道针型阀体(24)。
进一步地，所述活塞组件包括活塞杆(11)、活塞(14)，所述活塞(14)通过螺纹套设在所述活塞杆(11)上，所述活塞杆(11)穿过所述缸盖(12)和所述端盖(13)，所述助伸弹簧(15)与所述活塞(14)连接。
进一步地，所述伸展油道针型阀体(23)、所述屈曲油道针型阀体(24)的下方设置有阀门油封环(261)，所述阀门油封环(261)的下方设置有阀门导向套(26)。
进一步地，所述屈曲油道针型阀体(24)的上方设置有阀门油封(221)，所述阀门油封(221)的上方设置有阀门螺纹堵头(22)。
进一步地，所述缸体(16)和所述缸盖(12)通过螺纹连接，所述端盖(13)与所述缸体(16)之间设置有密封圈(131)。
进一步地，所述缸盖(12)与所述活塞杆(11)之间、所述活塞(14)与所述缸体(16)之间、所述端盖(13)与所述活塞杆(11)之间分别通过密封圈密封。
进一步地，所述伸展油道针型阀体(23)、所述屈曲油路针型阀体(24)与所述阀体连接件(31)通过螺钉固定，所述阀体连接件(31)与所述直线电机(33)的输出端通过螺纹连接。
进一步地，所述伸展油道针型阀体(23)上设置有第一沟槽(232)，所述屈曲油道针型阀体(24)上设置有第二沟槽(242)。
进一步地，所述伸展液压油通道(211)上设置有第一单向阀(201)，所述屈曲液压油通道(212)上设置有第二单向阀(202)。
进一步地，所述外部油路座(21)内部还设置有储能活塞(27)、储能弹簧(28)和所述储能弹簧(28)下方的螺纹堵头(29)。
本发明至少具有如下有益技术效果：
本发明提供的用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸，分别设置了带有单向阀的两个液压油道、设有键形槽的针型调节阀以及与针型阀体连接的直线电机，并将两个针型调节阀体通过连接块固定，实现了用一个直线电机同时控制两个针型调节阀的上下运动，从而仅用一个电机就实现了膝关节液压阻尼的双向独立控制，且阻尼调节连续，使得整个机构体积小、重量轻，并减少了耗电，整个机构精巧易于加工。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的较佳实施例的外形示意图；
图2是本发明的较佳实施例的爆炸图；
图3A是本发明的较佳实施例的伸展油道针型阀体侧剖面图；
图3B是本发明的较佳实施例的屈曲油路针型阀体侧剖面图；
图4A是本发明的较佳实施例的伸展油道针型阀体示意图；
图4B是本发明的较佳实施例的屈曲油道针型阀体示意图；
图5A是本发明的较佳实施例的流量调节模块示意图；
图5B是本发明的较佳实施例的流量调节模块A-A剖面图；
图5C是本发明的较佳实施例的流量调节模块B-B剖面图；
图6A是本发明的较佳实施例的运行位置1示意图；
图6B是本发明的较佳实施例的运行位置2示意图；
图6C是本发明的较佳实施例的运行位置3示意图。
其中，1-缸部，11-活塞杆，12-缸盖，13-端盖，131-密封圈，14-活塞，15-助伸弹簧，16-缸体，161-油孔，2-流量调节模块，21-外部油路座，211-伸展液压油通道，212-屈曲液压油通道，201-第一单向阀，202-第二单向阀，22-阀门螺纹堵头，221-阀门油封，23-伸展油道针型阀体，231-伸展油道槽口，232-第一沟槽，24-屈曲油道针型阀体，241-屈曲油道槽口，242-第二沟槽，26-阀门导向套，261-阀门油封环，27-储能活塞，28-储能弹簧，281-储能器腔室，29-螺纹堵头，3-电机固定模块，31-阀体连接件，32-电机固定座，33-直线电机。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示为本发明的用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸的外形示意图。如图2所示的爆炸图中，本发明的用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸包括缸部1、流量调节模块2、电机固定模块3。结合图3A和图3B，本实施例的液压阻尼缸的具体结构如下。
缸部1包括缸体16、缸盖12、端盖13、活塞杆11、活塞14、助伸弹簧15。缸盖12通过螺纹连接缸体16的上端，端盖13固定在缸体16的内部，并置于缸盖12的下侧。端盖13与缸体16之间设置有密封圈131，缸体16的上端和下端分别设置有四个油孔161，保证液压缸上下腔的液压油可以流动，同一侧的两个液压油孔161构成一条液压油道。活塞14通过螺纹套设在活塞杆11上，活塞14与活塞杆11构成活塞组件。活塞14置于缸体16内部，活塞杆11穿过缸盖12和端盖13。助伸弹簧15置于缸体16底部，并且与活塞14连接。
流量调节模块2包括与缸体16连接的外部油路座21、设置在外部油路座21内部的伸展油道针型阀体23和屈曲油路针型阀体24。外部油路座21上设置有屈曲油道槽口241、伸展油道槽口231和储能器腔室281，屈曲油道针型阀体24设置在屈曲油道槽口241内，伸展油道针型阀体23设置在伸展油道槽口231内。外部油路座21与缸体16连接的一侧设置有互成一定角度的液压油通道，分别与缸体16的两个液压油通道相连通形成屈曲液压油通道212和伸展液压油通道211，伸展液压油通道211上设置有第一单向阀201，屈曲液压油通道212上设置有第二单向阀202；屈曲油道槽口241与屈曲液压油通道212连通，伸展油道槽口231与伸展液压油通道211连通。本实施例的流量调节模块2的外部油路座21内部还设置有储能活塞27、储能弹簧28，储能弹簧28的下方设置有螺纹堵头29。
电机固定模块3包括固定在外部油路座21上的电机固定座32、固定在电机固定座32上的直线电机33、与直线电机33输出端连接的阀体连接件31；阀体连接件31连接伸展油道针型阀体23和屈曲油道针型阀体24，通过直线电机33同时调节两个针型阀体的位置，改变屈曲液压油通道212和伸展液压油通道211与针型阀体之间的间隙来改变两个液压油通道的的流通面积，进而改变液压缸上下腔室的流量。本实施例中，伸展油道针型阀体23、屈曲油道针型阀体24与阀体连接件31通过螺钉固定，阀体连接件31与直线电机33的输出端通过螺纹连接。
缸盖12与活塞杆11之间、活塞杆13与缸体16内壁之间、端盖13与活塞杆11之间分别通过密封圈密封并活动连接。伸展油道针型阀体23、屈曲油道针型阀体24的下方设置有阀门油封环261，阀门油封环261的下方设置有阀门导向套26，两个针型阀体与阀门导向套26之间通过阀门密封环261密封并活动连接。
屈曲油道针型阀体24的上方设置有阀门油封221，阀门油封221的上方设置有阀门螺纹堵头22。
图4A是本实施例的伸展油道针型阀体23的结构示意图，伸展油道针型阀体23上设置有第一沟槽232。
图4A是本实施例的屈曲油道针型阀体24的结构示意图，屈曲油道针型阀体24上设置有第二沟槽242。
图5A、图5B和图5C给出了流量调节模块2的局部放大图。
图6A、图6B和图6C是本实施例的阻尼缸内针型调节阀体所处的各个状态的示意图。
如图6A所示，伸展油道针型阀体23和屈曲油道针型阀体24在直线电机33的直线传动下到达如图所示的位置状态，液压油通过屈曲油道针型阀体24上的第二沟槽242与屈曲液压油通道212相通，屈曲油路上下腔室的油路安全打开，伸展油道针型阀体23与伸展液压油通道211重合，伸展油路上下腔室的油路完全关闭。
如图6B所示，伸展油道针型阀体23和屈曲油道针型阀体24在直线电机33的直线传动下到达如图所示的位置状态，屈曲油道针型阀体24与屈曲液压油通道212完全重合，伸展油道针型阀体23与伸展液压油通道211完全重合，此时伸展油路和屈曲油路完全关闭。
如图6B所示，伸展油道针型阀体23和屈曲油道针型阀体24在直线电机33的直线传动下到达如图所示的位置状态，液压油通过伸展油道针型阀体23上的第一沟槽242与伸展液压油通道211相通，伸展油路上下腔室油路完全打开，屈曲油道针型阀体24与屈曲液压油通道212重合，上下腔室油路完全关闭。
本实施例的在使用时的主要动作过程如下。
当膝关节伸展运动时，活塞杆11在重力作用下向下运动，同时压缩助伸弹簧15进行储能，屈曲液压油通道212内的第二单向阀202关闭，液压油通过缸体16的油孔从伸展液压油通道211中向上流动，直线电机33带动针型阀体向上移动，改变伸展油道针型阀体24与伸展液压油通道211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15储存的能量得到释放，为活塞14向上运动提供助力，伸展液压油通道211内的第一单向阀201关闭，液压油从屈曲液压油通道212中向下流动，直线电机33带动针型调节阀体向下移动，改变屈曲油道针型调节阀23与屈曲液压油通道212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。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸，其特征在于，包括缸部(1)、流量调节模块(2)、电机固定模块(3)；
所述缸部(1)包括缸体(16)、缸盖(12)、端盖(13)、活塞组件、助伸弹簧(15)，所述缸盖(12)与所述缸体(16)的上端连接，所述端盖(13)位于所述缸体(16)内并置于所述缸盖(12)的下侧，所述活塞组件穿过所述缸盖(12)和所述端盖(13)，所述助伸弹簧(15)置于所述缸体(16)内并与所述活塞组件的底端连接；所述缸体(16)的侧壁上下两端设置有四个油孔(161)，形成两个液压油通道；
所述流量调节模块(2)包括：与所述缸体(16)连接的外部油路座(21)，设置在所述外部油路座(21)内部的伸展油道针型阀体(23)、屈曲油道针型阀体(24)；所述外部油路座(21)上设置有屈曲油道槽口(241)、伸展油道槽口(231)和储能器腔室(281)；所述屈曲油道针型阀体(24)设置在所述屈曲油道槽口(241)内，所述伸展油道针型阀体(23)设置在所述伸展油道槽口(231)内；所述外部油路座(21)与所述缸体(16)连接的一侧设置有互成一定角度的液压油通道，分别与所述缸体(16)的两个液压油通道相连通形成屈曲液压油通道(212)和伸展液压油通道(211)，所述屈曲油道槽口(241)与所述屈曲液压油通道(212)连通，所述伸展油道槽口(231)与所述伸展液压油通道(211)连通；
所述电机固定模块(3)包括：固定在所述外部油路座(21)上的电机固定座(32)，固定在所述电机固定座(32)上的直线电机(33)，与所述直线电机(33)输出端连接的阀体连接件(31)；所述阀体连接件(31)连接所述伸展油道针型阀体(23)和屈曲油道针型阀体(24)。
2.如权利要求1所述的用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸，其特征在于，所述活塞组件包括活塞杆(11)、活塞(14)，所述活塞(14)通过螺纹套设在所述活塞杆(11)上，所述活塞杆(11)穿过所述缸盖(12)和所述端盖(13)，所述助伸弹簧(15)与所述活塞(14)连接。
3.如权利要求1所述的用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸，其特征在于，所述伸展油道针型阀体(23)、所述屈曲油道针型阀体(24)的下方设置有阀门油封环(261)，所述阀门油封环(261)的下方设置有阀门导向套(26)。
4.如权利要求1所述的用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸，其特征在于，所述屈曲油道针型阀体(24)的上方设置有阀门油封(221)，所述阀门油封(221)的上方设置有阀门螺纹堵头(22)。
5.如权利要求1所述的用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸，其特征在于，所述缸体(16)和所述缸盖(12)通过螺纹连接，所述端盖(13)与所述缸体(16)之间设置有密封圈(131)。
6.如权利要求2所述的用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸，其特征在于，所述缸盖(12)与所述活塞杆(11)之间、所述活塞(14)与所述缸体(16)之间、所述端盖(13)与所述活塞杆(11)之间分别通过密封圈密封。
7.如权利要求1所述的用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸，其特征在于，所述伸展油道针型阀体(23)、所述屈曲油道针型阀体(24)与所述阀体连接件(31)通过螺钉固定，所述阀体连接件(31)与所述直线电机(33)的输出端通过螺纹连接。
8.如权利要求1所述的用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸，其特征在于，所述伸展油道针型阀体(23)上设置有第一沟槽(232)，所述屈曲油道针型阀体(24)上设置有第二沟槽(242)。
9.如权利要求1所述的用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸，其特征在于，所述伸展液压油通道(211)上设置有第一单向阀(201)，所述屈曲液压油通道(212)上设置有第二单向阀(202)。
10.如权利要求1所述的用于智能膝关节假肢的针阀型双油路耦合调节阻尼缸，其特征在于，所述外部油路座(21)内部还设置有储能活塞(27)、储能弹簧(28)和所述储能弹簧(28)下方的螺纹堵头(29)。
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