[发明专利]一种用于踝关节假肢的微型液压驱动系统

说明书

本发明公开了一种用于踝关节假肢的微型液压驱动系统，包括电动机、液压泵、第一单向阀、第二单向阀、第一蓄能器、第二蓄能器、第一常开开关阀、第二常开开关阀、第一常闭开关阀、第二常闭开关阀、双出杆液压缸；本发明中通过马达不停止的工作以及蓄能器的储能，可以减少对马达的峰值功率要求。并在长期步行中降低功耗，以提高续航能力。本发明中所述直流电机和液压泵在整个运动过程中持续工作，提高了系统的能量使用效率，避免电机频繁的启停与换向，从而提升电机的使用性能和寿命。

技术领域

本发明涉及假肢与矫形器技术领域，涉及了一种主被动相结合的低功耗踝关节假肢的液压回路系统。

背景技术

当今社会，由于交通事故、疾病等原因使得膝下截肢的群体逐渐增多，而对于下肢截肢者目前最常见的补偿其行走能力缺陷的方式是轮椅、拐杖和假肢。轮椅占地面积较大，且受限于轮式机器无法到达的地方，如楼梯行走等。拐杖的使用占用了双手的功能，降低了穿戴者的身体功能。穿戴假肢可以达到人体缺失功能的代偿，且在装饰性和行走舒适性等方面具有优势。

目前，踝关节假肢的种类很多，按是否有主动驱动力分类，主要有被动和主动踝关节假肢。被动踝关节假肢是采用橡胶、碳纤维等材料制作脚板，或在机构中引入弹簧等储能器件使得脚整体具有一定弹性。被动踝关节假肢具有机构简单、重量轻、能量消耗低等优点，但由于被动踝关节假肢无动力源，存在截肢患者行走与正常肢体运动轨迹不匹配问题。主动踝关节假肢是在假肢机构中引入了电机等主动驱动器件。主动踝关节假肢的主要优点是使得穿戴者的步态较自然，且能适应不同路况，但主动式踝关节假肢则由于引入了驱动单元，存在假肢系统重量大、能耗高等缺点。主动踝关节假肢因驱动元件不同，分为电机驱动踝关节假肢和液压驱动踝关节假肢。现有的踝关节假肢多采用电机驱动的模式，但是电机驱动踝关节假肢存在响应速度慢，输出转矩不够的缺点。与之相比液压驱动踝关节假肢功率密度比大，输出转矩大，还可以有效减震。因而采用液压进行驱动，可以显著提升假肢的性能。而液压驱动系统的好坏对于液压驱动型踝关节假肢的性能有非常大的影响。因此，为了有效提升主动踝关节假肢的功率的同时，减轻重量，降低能耗，需要对主动式踝关节驱动单元的液压回路进行设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构合理，低功耗、工作性能好的踝关节假肢微型液压驱动系统，该液压系统需要能输出足够的峰值功率以满足正常行走的需求，同时能有较低的功耗以满足对续航的要求。

一种用于踝关节假肢的微型液压驱动系统，包括电动机、液压泵、第一单向阀、第二单向阀、第一蓄能器、第二蓄能器、第一常开开关阀、第二常开开关阀、第一常闭开关阀、第二常闭开关阀、双出杆液压缸；

电动机驱动液压泵，液压泵的出油口通过第一单向阀与第一管路相连接，液压泵的进油口通过第二单向阀与第二管路相连接，第一蓄能器接入第一管路，第二蓄能器接入第二管路，双出杆液压缸的上杆腔与第三管路相连，双出杆液压缸的下杆腔与第四管路相连，第一常开开关阀连接在第二管路与第四管路之间，第二常开开关阀连接在第二管路与第三管路之间，第一常闭开关阀连接在第一管路和第四管路之间，第二常闭开关阀连接在第一管路与第三管路之间，通过控制第一常开开关阀、第二常开开关阀、第一常闭开关阀、第二常闭开关阀使微型液压驱动系统在四个工作状态下切换，对应于单自由度踝关节假肢的四个工作周期。

本发明的优点和积极效果是：

(1)本发明中通过马达不停止的工作以及蓄能器的储能，可以减少对马达的峰值功率要求。并在长期步行中降低功耗，以提高续航能力。

(2)本发明中所述直流电机和液压泵在整个运动过程中持续工作，提高了系统的能量使用效率，避免电机频繁的启停与换向，从而提升电机的使用性能和寿命。

(3)本发明中液压缸有两种被动工作状态，这段状态不消耗系统能量，有利于提高续航能力。同时，被动模式中，双出杆液压缸两腔导通，可以通过两腔之间油路的阻尼实现减震的目的。

附图说明