[发明专利]用于智能膝关节的电控液压阻尼缸结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于假肢膝关节的液压阻尼缸结构，尤其是一种用于智能膝关节的电控液压阻尼缸结构。

背景技术

智能膝关节是指采用微处理器控制阻尼的膝关节假肢，而膝关节阻尼的调整主要有液压、气压、磁流变。液压及气压智能膝关节均是通过微处理器驱动电机来调节阻尼缸内部阀门开度大小，来实现阻尼的调整；磁流变智能膝关节则是通过改变电流大小从而改变磁场强度，使磁流变液黏度发生变化，从而调节阻尼。液压膝关节支撑期能提供较大力矩，但是摆动期灵活性不是很高；气压膝关节摆动期灵活性较好，但是支撑期稳定性不高，容易造成意外摔倒，安全性限制较大；磁流变膝关节智能膝关节由于磁流变液黏度的改变与磁场强度关系的复杂性，对磁流变液材料要求较高，同时也难以建立控制模型。

目前，国内用于智能膝关节液压阻尼缸的结构设计较少，相关的技术文件有中国专利201370655号，公开了一种假肢专用电控液压阻尼缸，虽然该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102065799A，公开了一种半驱动式假肢膝关节设备，通过液压泵和电机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又笨重。

专利号101889916A，公开了一种应用在智能膝关节上的电控液压阻尼缸装置，通过一个电机旋转活塞阀改变活塞阀和活塞阀通道重合度的大小来调节弯曲和伸展阻尼。但是该结构采用了中间固定块，两侧活塞运动，使得体积较大。且连接杆件多，孔道复杂，又难于加工制造。其所实现的弯曲和伸展调节并不是相互独立的，弯曲调节时对伸展运动有所影响，伸展调节时对弯曲亦有所影响。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于智能膝关节的电控液压阻尼缸结构，通过一个电机控制阀门独立调节膝关节屈伸阻尼。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于智能膝关节的电控液压阻尼缸结构，包括步进电机、缸体、上活塞部分、下活塞部分，所述上活塞部分具有中空活塞杆以及位于中空活塞杆下端的上活塞块，所述上活塞块上设有两个上下腔室的液压油通道，两个上下腔室的液压油通道中分别装有截流方向相反的单向阀；所述下活塞部分具有下活塞杆以及位于下活塞杆上端的下活塞块，所述下活塞块上设有两个扇形孔作为上下腔室的液压油通道，所述上活塞块与下活塞块在缸体内连接，所述上活塞块与下活塞块中间装有蝶形阀片，蝶形阀片通过置于中空活塞杆内的阀芯杆连接步进电机，由步进电机来控制蝶形阀片的转动来改变下活塞块中上下腔室液压油通道的通流面积，进而改变液压缸上下腔室流动的流量。

所述缸体下端螺纹连接弹簧壳，弹簧壳装有助伸弹簧，助伸弹簧两端分别连接下活塞部分的下活塞杆的端部和弹簧壳的腔体最底端，通过旋动弹簧壳来调节助伸弹簧的预压缩长度。

当体重向下作用于上活塞部分的上活塞杆时，上活塞块与下活塞块整体向下运动，使缸体下腔室内的油液压力增大，油液通过下活塞块上的上下腔室的液压油通道经蝶形阀片节流后进入上活塞块的上下腔室的液压油通道及向上开启的单向阀进入缸体的上腔室，通过向上开启的单向阀所在的上下腔室的液压油通道实现弯曲时上下腔室流量的调节，控制弯曲时活塞运动的速率，调节膝关节弯曲的阻尼。

当上活塞部分的中空活塞杆被向上拉动时，上活塞块与下活塞块整体向上运动，使缸体的上腔室中的油液压力增大，油液通过上活塞块的上下腔室的液压油通道及向下开启的单向阀经蝶形阀片节流后进入下活塞块的上下腔室的液压油通道进入缸体的下腔室，通过向下开启的单向阀所在的上下腔室的液压油通道实现伸展时上下腔室流量的调节，控制伸展时活塞运动的速率，调节了膝关节伸展的阻尼。

本发明的有益效果是：

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、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。

2、相比两个电机控制的电控液压阻尼缸结构，一个电机控制使得结构重量减轻，耗电减少；

3、相比两电机控制的电控液压阻尼缸结构，其控制模型的建立更为方便，降低了控制电路的复杂性。

附图说明

图1是本发明用于智能膝关节的电控液压阻尼缸结构的示意图；

图2是蝶形阀片旋转过程中与节流阀口相对位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述。