CN201290785Y - 电控液压阻尼缸四连杆膝关节假肢 - Google Patents

Abstract

本实用新型新型涉及一种电控液压缸阻尼四连杆假肢膝关节，包括活塞缸、活塞杆、活塞、单向阀、两个步进电机，数字针阀。活塞设置在活塞缸的中间，将活塞缸分成上、下二个腔室，活塞杆一端穿过活塞和活塞缸端盖后与助伸弹簧连接，活塞杆另一端穿出活塞缸端盖后与四连杆机构的连杆相连接，活塞缸壁上开有二个连通上、下腔室的液压油通道，液压油通道交叉口各设有一个单向阀，两侧液压油通道内分别设有由步进电机驱动的数字针阀。本实用新型采用体积小，结构紧凑的液压阻尼缸及其能与四连杆假肢膝关节的集成结构，这种阻尼缸能双向电动精确控制的液压阻尼，从而实现假腿在行走中的双向速度控制以及绊倒、下坡/下楼梯等行走模式控制。

Description

电控液压阻尼缸四连杆膝关节假肢

技术领域

本实用新型涉及一种膝关节假肢，尤其是一种用于膝上下肢假肢的电控液压阻尼缸。

背景技术

目前世界上有100多种膝关节用于膝上假肢AKP(Above-KneeProstheses)。下肢膝上假肢的步态跟随十分关键，因为若关节阻尼不能改变，则假肢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。传统的简单假肢的采用机械阻尼，其大小不能调整或不能随步速自动变化，因此假肢在步态摆动相的屈曲与伸展期的膝关节转动速度与健肢产生不对称，在站立相的稳定性也主要通过承重自锁或手动锁定机构来保证的。上世纪70年代开始，随着计算机技术的发展，许多学者开始探索应用微机对假肢膝关节的运动进行自动控制，研究微电脑控制膝上假肢。随着计算机技术的进步，膝上假肢在近年来不断改进。智能膝上假肢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。如何使假腿能够自动地、全时相地模拟任何步态，完成人腿的所有功能，并与残疾人有机集成，是当今高级智能假腿的研究方向。为了解决传统人工腿不行速度不能自然、随意跟随步行者不行速度的变化而变化的问题，日本学者中川昭夫在1986年首先构想了一种基于微处理器的膝关节。这种膝关节可通过微处理器控制电机调节气缸回路针阀开度来调节气缸阻尼，从而控制摆动相步态。最近冰岛OSSUR公司研制了一种应用电磁流变技术控制关节阻尼的新型智能膝上假肢(见国际专利WO01/54630)，这种假肢主要是在高速微电脑和阻尼器上进行了改进。因而能实现更多的步速控制。目前国际上已开发出了多种商品化的液压/气压微电脑假腿膝关节，最有名的包括Otto Bock的C-LEG、Blatchford的IP、SmartIP、Adaptive Knee、Nabco公司的NI-C411、德林公司的Auto-Pilot电子膝关节和Ossur公司的Smart Magnetix Knee等，其中NI-C411和Auto-Pilot膝关节是四连杆电子膝关节。综观这些最新的微电脑控制膝关节，大部分通过控制气压缸控制摆动相的速度，而通过控制液压缸或利用四连杆膝关节结构控制支撑相的稳定性。这些膝关节假肢只能保证平地行走的支撑相稳定性，而不能有效保证在下坡等不平路面行走状态下的锁定安全性。在四连杆结构的微电脑膝关节中，基本是使用气压阻尼缸控制摆动的屈曲速度，而伸展基本不能自动控制。目前世界上还没有一种真正商业化的四连杆电控液压膝关节产品。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种安全、可靠、轻便的电控液压缸阻尼四连杆假肢膝关节。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种电控液压缸阻尼四连杆假肢膝关节，包括活塞缸、活塞杆、活塞、单向阀、两个步进电机，与步进电机相连的数字针阀，其特点是：活塞设置在活塞缸的中间，将活塞缸分成上、下二个腔室，活塞杆一端穿过活塞和活塞缸端盖后与一助伸弹簧连接，活塞杆另一端穿出活塞缸端盖后与四连杆机构的一连杆相连接，活塞缸壁上开有二个连通上、下腔室的液压油通道，液压油通道交叉口各设有一个单向阀，两侧液压油通道内分别设有由步进电机驱动的数字针阀。

助伸弹簧安装在液压缸的下部，其外面装有调节助伸力大小的带螺纹头的弹簧套；弹簧套的直径小于与脚板连接的胫管的直径；步进电机安装在液压缸的端部。

本实用新型的有益效果是：将电控液压阻尼缸四连杆膝关节小腿假肢的控制执行机构电控液压阻尼缸设计成一体化结构，可减少体积。由于液压油是一种不可压缩的介质，采用活塞杆穿过活塞同时拉动活动活塞的结构，这样在活塞杆随膝关节屈曲而上下运动时，两个液压腔相互流动的液压油不易产生行程干扰。此外，在液压缸活塞杆的缸外段增加一根助伸弹簧，依靠弹簧座套旋转压缩弹簧，通过调整弹簧的助伸力，改变假肢伸展时的助力。

把步进电机安装在液压缸的端部，充分利用余留空间，以减少整个电控液压缸的横向尺寸。助伸弹簧安装在液压缸下部的胫管连接套内，用一个专门的带端口螺纹的弹簧座套调整弹簧力大小。

本实用新型采用体积小，结构紧凑的液压阻尼缸及其能与四连杆假肢膝关节的集成结构，这种阻尼缸能双向电动精确控制的液压阻尼，从而实现假腿在行走中的双向速度控制以及绊倒、下坡/下楼梯等行走模式控制。

附图说明

图1是四连杆电控液压膝关节的外形图；

图2是四连杆电控液压膝关节的内部结构图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1，2所示，本实用新型的电控液压缸阻尼四连杆假肢膝关节，包括助伸弹簧1，活塞杆2，活塞4，数字针阀5，单向阀6，四连杆组件7，两个步进电机10，活塞缸9等。

活塞4安装在活塞缸9的中间，将活塞缸9分成上、下二个腔室，两个步进电机数字针阀5分别安装在活塞缸9壁的两边通道的底部与顶部，两个节流阀的阀杆分别与活塞缸9通道上的两个液压油通道3相连，直接控制上下两个液压腔的流量，两个液压通道3中均装有单向阀6。单向阀6装在活塞缸壁上的液压油通道3的出入口。液压缸活塞杆2穿过活塞4用螺钉固定连接，两端一端连接了四连杆组件7，另一端连接了助伸弹簧1。此液压缸的两个步进电机数字节流阀分别控制液压缸的屈曲和伸展阻尼。由于膝关节的摆动速度控制主要是控制摆动屈曲与伸展速度，并且在伸展期产生一个助伸力，并在液压作用下产生一个完全伸直时的缓冲阻尼，因此，这种集成助伸弹簧1的双向控制四连杆液压膝关节不但具有很好的步速自动跟随性，且具有很好的对各种地形的适应性。

助伸弹簧1安装在液压缸的下部，可以通过旋转带螺纹头的弹簧套12来调节助伸弹簧1的助伸力大小。弹簧套12的直径小于下面与脚板连接的胫管的直径，故可隐藏在胫管内，减小膝关节的外形尺寸。

由于液压油是一种不可压缩的介质，采用活塞缸密封，活塞杆2穿过活塞4，在活塞杆2外部连接助伸弹簧1的结构，这样在活塞杆2随膝关节屈曲而上下运动时，两个液压腔相互流动的液压油不会像一般单活塞液压缸那样因为两腔活塞杆的体积差而产生行程干扰。而助伸弹簧1可以产生假肢伸展时的助力，在助伸弹簧1上部用一带螺纹的弹簧套12旋转压缩弹簧1，以调整弹簧1的助伸力。

Claims (3)

1.一种电控液压缸阻尼四连杆假肢膝关节，包括活塞缸(9)、活塞杆(2)、活塞(4)、单向阀(6)、两个步进电机(10)，与步进电机(10)相连的数字针阀(5)，其特征在于：所述活塞(4)设置在活塞缸(9)的中间，将活塞缸(9)分成上、下二个腔室，活塞杆(2)一端穿过活塞(4)和活塞缸端盖后与助伸弹簧(1)连接，活塞杆(2)另一端穿出活塞缸端盖后与四连杆机构的一连杆相连接，活塞缸(9)壁上开有二个连通上、下腔室的液压油通道(3)，液压油通道(3)交叉口各设有一个单向阀(6)，两侧液压油通道内分别设有由步进电机(10)驱动的数字针阀(5)。

2.根据权利要求1所述的电控液压缸阻尼四连杆假肢膝关节，其特征在于，所述助伸弹簧(1)安装在液压缸的下部，其外面装有调节助伸力大小的带螺纹头的弹簧套(12)。

3.根据权利要求2所述的电控液压缸阻尼四连杆假肢膝关节，其特征在于，所述弹簧套(12)的直径小于与脚板连接的胫管的直径。

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