[发明专利]一种机械外骨骼踝关节可变液压阻尼机构

说明书

本发明属于智能康复训练设备技术领域，具体涉及一种机械外骨骼踝关节可变液压阻尼机构，包括液压阻尼器，所述液压阻尼器包括活塞缸、活塞、和活塞杆，活塞杆一端与活塞固接，另一端与小腿外骨骼枢接，活塞缸与外骨骼脚托枢接；活塞缸下半部设有与活塞下方无杆腔连通的可变阻尼孔，可变阻尼孔下方设有蓄液腔；可变阻尼孔被装配为当小腿外骨骼相对于外骨骼脚托由直立状态向前或向后倾斜时可变阻尼孔能够随着小腿外骨骼倾斜角度的增大而逐渐减小通流面积。本发明巧妙利用外骨骼的倾斜动作对阻尼孔的通流面积进行调节，无需任何外接动力就实现了液压阻尼器的应变调节，在确保踝关节功能性的同时正真意义上做到了轻量化设计。

技术领域

本发明属于智能康复训练设备技术领域，具体涉及一种机械外骨骼踝关节可变液压阻尼机构。

背景技术

智能康复训练机器人是基于AI技术的智能康复训练设备，其主要通过机械助力外骨骼技术中的反馈控制主动识别患者的运动意图并为患者提供辅助行动力，有助于患者自主完成各种康复训练动作，同时能够对运动数据进行实时监控，便于患者实时了解训练状态和训练进度。

康复训练机器人的一个设计要求是轻量化，为了满足轻量化的需求，就要尽可能减少驱动元件的使用，现有技术主要从踝关节入手，移除踝关节的驱动元件，而踝关节驱动元件移除后还需要增设相应的轻量化阻尼机构以满足关节的支撑和活动需求。而踝关节在不同运动状态下需要的阻尼大小也不同，例如直立状态下小腿倾覆趋势不明显，此时保持较小的阻尼有利于行走过程中踝关节的前后摆动，而当小腿倾角增大后其倾覆趋势变得明显，此时需要较大阻尼来抵消小腿的倾覆力；另外当脚抬起时大幅度降低阻尼能够使脚踝保持一种轻松的状态，更接近真实行走过程。现有技术中无法通过自适应调节的方式来控制阻尼机构的阻力，有些做法是利用控制器主动控制，但这样做有又需要增设液压泵、电控阀等元件，还是违背了轻量化的设计要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械外骨骼踝关节可变液压阻尼机构,能够使踝关节在无动力的情况下根据小腿外骨骼运动状态自动调整阻尼大小。

本发明采取的技术方案具体如下：

一种机械外骨骼踝关节可变液压阻尼机构，包括液压阻尼器，液压阻尼器的两端分别与小腿外骨骼和外骨骼脚托枢接，其中小腿外骨骼与外骨骼脚托之间相互枢接形成外骨骼踝关节；所述液压阻尼器包括活塞缸、活塞、和活塞杆，活塞滑动设置在活塞缸内，活塞杆一端与活塞固接，另一端与小腿外骨骼枢接，活塞缸与外骨骼脚托枢接；沿外骨骼踝关节的轴线方向看，当小腿外骨骼和外骨骼脚托处于直立状态时，活塞杆与小腿外骨骼之间的枢轴、活塞缸与外骨骼脚托之间的枢轴，以及小腿外骨骼与外骨骼脚托之间的枢轴三者的轴心共线，此时液压阻尼器也达到最大伸长量；活塞缸下半部设有与活塞下方无杆腔连通的可变阻尼孔，可变阻尼孔下方设有蓄液腔；可变阻尼孔被装配为当小腿外骨骼相对于外骨骼脚托由直立状态向前或向后倾斜时可变阻尼孔能够随着小腿外骨骼倾斜角度的增大而逐渐减小通流面积。

所述可变阻尼孔包括与无杆腔底部连通的直孔以及与直孔下端相接的锥形孔，锥形孔内设有锥头，可变阻尼孔通过调节锥头插入锥形孔的深度来调节通流面积。

锥头与一顶杆连接，顶杆沿活塞缸轴线方向与活塞缸滑动连接，顶杆下端固接有一顶推板，活塞缸与外骨骼脚托之间的枢轴上设有三角形凸轮，所述顶推板的底面与三角形凸轮的轮面滑动抵触配合，顶杆与活塞缸之间设有驱动顶杆下行的第一弹性元件，当活塞缸相对于外骨骼脚托向前或向后倾斜时三角形凸轮能够驱动顶杆抬升从而改变锥头与锥形孔之间的通流面积。

所述蓄液腔内设有沿蓄液腔轴向滑动设置的活塞块，蓄液腔位于活塞块下方的空间与大气连通，蓄液腔位于活塞块上方的空间与可变阻尼孔连通，所述锥头位于活塞块上方，顶杆贯穿活塞块设置并与活塞块构成密封滑动配合。

所述活塞上方的有杆腔通过第一管路与蓄液腔连通。