[发明专利]一种膝关节液压被动助力装置

说明书

本发明涉及一种膝关节液压被动助力装置，属于可穿戴设备技术领域，解决了现有膝关节助力装置的结构复杂、不便控制以及在站立时助力不足的问题。该助力装置，采用液压被动助力形式，包括通过转轴连接的大腿支架和小腿支架，还设有液压缸，活塞杆能够在小腿支架的带动下在液压缸的缸筒内运动；液压缸与油箱通过油路连接，油路上设有用于连通或断开油路的电磁阀；油箱内设有油箱活塞和储能件，储能件通过释放能量推动油箱活塞向油路供油，液压油回流至储油室并反向推动油箱活塞使储能件进行储能。本发明的助力装置结构简单、便于控制、重量轻、助力效果好，能够有效降低人体膝关节疲劳程度。

技术领域

本发明涉及可穿戴设备技术领域，尤其涉及一种膝关节液压被动助力装置。

背景技术

膝关节是人体运动中一个十分重要的关节，在行走过程中膝关节输出扭矩可达250Nm，功率可达120W，因此在外骨骼机器人、康复医疗、助残等领域，膝关节助力装置已被广泛研究。

当前膝关节助力装置分为主动式和被动式两种，主动式助力装置的驱动形式通常为电机直驱或液压驱动。其中，电机驱动的助力装置主要应用于康复医疗及助残领域，有采用电机带减速器直接作用于膝关节上的形式，也有通过电机带动连接在大腿和小腿之间的滚轴丝杠的形式，电机驱动的助力装置便于控制，但电机的功率密度低，运动速度比较慢，只适用于下肢有运动障碍的康复领域；液压驱动的助力装置主要应用在外骨骼机器人领域，在大腿和小腿之间安装液压缸，通过液压系统切换油路，实现对外骨骼机器人膝关节的支撑和放松，液压驱动的助力装置具有功率密度高、动态响应快的优势，但也存在液压伺服系统不易于控制的问题。被动式助力装置通常为弹簧等储能元件，在不需要助力时弹簧通过人体运动储能，在需要助力时弹簧释放能量为人体助力，采用弹簧为储能元件的被动助力装置具有无须控制、响应迅速等优势，但是无法在人站立时提供足够高的锁紧支撑力，且对弹簧刚度要求较高，现有弹簧难以提供足够大的锁紧支撑力，助力效果差。

针对现有膝关节助力装置的结构复杂、不便控制以及在站立时助力不足的问题，本发明提出一种无需外接液压油源就能实现液压被动式控制的膝关节助力装置。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种膝关节液压被动助力装置，用以解决现有膝关节助力装置的结构复杂、不便控制以及在站立时助力不足的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种膝关节液压被动助力装置，包括通过转轴连接的大腿支架和小腿支架，还设有液压缸，液压缸的一端通过连接件与大腿支架铰接，液压缸的另一端通过液压缸的活塞杆与小腿支架铰接，活塞杆能够在小腿支架的带动下在液压缸的缸筒内运动；液压缸通过油路与油箱连接，油路上设有用于连通或断开油路的电磁阀。

进一步地，油箱内设有油箱活塞，油箱活塞将油箱分隔成储油室和储能室，储油室用于储存液压油并与油路连接；储能室内设有储能件，储能件通过释放能量推动油箱活塞向油路供油，液压油回流至储油室并反向推动油箱活塞使储能件进行储能。

进一步地，储能件为压缩弹簧，压缩弹簧的自由长度与油箱活塞的厚度之和大于油箱的长度。

进一步地，油箱活塞的两侧均设有用于限制油箱活塞运动范围的限位环，限位环设于油箱的内壁。

进一步地，油箱的内壁间隔设有多个用于容纳限位环的限位槽。

进一步地，压缩弹簧的一端可拆卸连接于油箱活塞，另一端抵靠于位于油箱侧壁的箱门。

进一步地，油箱活塞设有环槽，环槽内安装有格莱圈和导向带。

进一步地，连接件为长度可调节的连杆。

进一步地，连杆包括内连杆和外连杆，内连杆能够伸入外连杆的空腔内并通过锁紧件固定。