CN109806036B - 一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸，包括：缸部，具有设置有两个相互平行的液压油通道的缸体、通过密封圈固定在缸体内部的钢套以及通过螺纹固定设置在缸体上端的缸盖；活塞组件，设置在缸体内，具有活塞杆以及通过螺纹套设在活塞杆上的活塞；弹簧组件，具有固定连接在活塞杆下端的弹簧推块、设置在弹簧推块下方的助伸弹簧以及与缸体的底端连接的用于收纳助伸弹簧的弹簧壳；以及流量调节组件，具有与缸体固定连接的且上部设有圆柱形槽口的调节座、通过圆柱形槽口安装在调节座上的轴型调节阀体、设置在调节座上的用于固定轴型调节阀体的挡块以及固定安装在调节座底部的且与轴型调节阀体连接的步进电机。

Description

一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸

技术领域

本发明涉及一种阻尼缸结构，具体涉及一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸。

背景技术

智能膝关节是指通过微电脑控制膝关节阻尼器从而同时控制摆动相的速度和支撑相的稳定性，使得下肢患者穿戴假肢行走时更接近健康人的步态，具有更高的跟随性和对称性。目前在智能膝关节中调整阻尼的方式主要存在磁流变、气压和液压三种。磁流变智能膝关节是通过改变电流从而改变磁场强度来达到调节阻尼的效果，但是磁流变液黏度变化与磁场密切相关，并且对磁流变液材料要求很高，不易于控制也不易于提升产能。液压和气压都是通过微处理器驱动电机来调节阻尼缸部阀门开度大小，从而达到调节阻尼的目的，但是气压膝关节支撑性能的稳定性不可靠，容易造成安全事故。

目前，国内用于智能膝关节液压阻尼缸的结构设计较少，相关的技术文件有公开号CN105769395A和公开号CN106726028A均提出了用于智能膝关节假肢的电控液压阻尼缸结构，但是都存在电机、调节阀体和活塞的轴在一条直线上且互相连接或接触，使得膝关节运作过程中电机受到的轴向载荷很大，调节过程中很容易失步及无法到达指定位置，严重影响膝关节阻尼调节的性能的问题。

公开号CN106539633A提出的电控液压阻尼缸结构虽然避免了电机受到轴向载荷过大的问题，但是活塞块中的液压流道复杂，难以加工。

公开号CN102065799A，公开了一种半驱动式假肢膝关节设备，通过液压泵和阻尼调节阀门实现驱动和非驱动模式，但是液压阀回路复杂特别复杂，液压泵和电动机使得该结构复杂而又笨重。

公开号CN201370655Y和公开号CN107035808A，虽然这两个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。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸。

本发明提供了一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸，具有这样的特征，包括：缸部，具有设置有两个相互平行的液压油通道的缸体、通过密封圈固定在缸体内部的钢套以及通过螺纹固定设置在缸体上端的缸盖；活塞组件，设置在缸体内，具有活塞杆以及通过螺纹套设在活塞杆上的活塞；弹簧组件，具有固定连接在活塞杆下端的弹簧推块、设置在弹簧推块下方的助伸弹簧以及与缸体的底端连接的用于收纳助伸弹簧的弹簧壳；以及流量调节组件，具有与缸体固定连接的且上部设有圆柱形槽口的调节座、通过圆柱形槽口安装在调节座上的轴型调节阀体、设置在调节座上的用于固定轴型调节阀体的挡块以及固定安装在调节座底部的且与轴型调节阀体连接的步进电机，其中，活塞组件在缸体内上下运动，调节座与缸体连接一侧设有互成90°的两个调节座液压油通道，两个调节座液压油通道分别与两个液压油通道对应连通形成屈曲液压油通道和伸展液压油通道。

在本发明提供的一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸中，还可以具有这样的特征：其中，缸盖与活塞杆之间、活塞与钢套之间、缸体与活塞杆之间均通过密封圈进行密封活动连接。

在本发明提供的一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸中，还可以具有这样的特征：其中，轴型调节阀体上设置有与屈曲液压油通道和伸展液压油通道垂直的第一键形槽与第二键形槽。

在本发明提供的一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸中，还可以具有这样的特征：其中，第一键形槽的开口为22.5°，第二键形槽的开口为45°。

在本发明提供的一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸中，还可以具有这样的特征：其中，缸体与调节座上均设有对应连通的四个油孔，调节座液压油通道与液压油通道通过油孔进行连通形成屈曲液压油通道和伸展液压油通道。

在本发明提供的一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸中，还可以具有这样的特征：其中，屈曲液压油通道的下侧设有第一单向阀，伸展液压油通道的上侧设有第二单向阀。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸，因为设置了分别设有单向阀的屈曲液压油通道和伸展液压油通道、设有键形槽的轴型调节阀体以及与轴型阀体连接的步进电机，所以，本发明的用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸结构可以有效地避免作用于阻尼缸中电机的轴向载荷，避免了因载荷过大引起电机失步和阻尼调节失败的情况；因为仅用一个电机就实现了膝关节液压阻尼双向独立控制，并且阻尼调节连续，所以，使得机构体积小，重量减轻，耗电减少；再者，本发明的一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸结构精巧且易于加工。

附图说明

图1是本发明的实施例中的一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸的剖视图；

图2是本发明的实施例中调节座的结构示意图；

图3是本发明的实施例中调节座与缸体连接面的示意图；

图4是图3的A-A剖面图；

图5是图4的B-B剖面图；

图6是本发明的实施例中轴型调节阀体的结构示意图；

图7是本发明的实施例中用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸的俯视图；

图8是图7的A-A剖面图；

图9是图7的B-B剖面图；

图10是本发明的实施例中轴型调节阀体所处的各个状态示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

图1是本发明的实施例中的一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸的剖视图。

如图1所示，本实施例的一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸100，具有缸部10、活塞组件20、弹簧组件30以及流量调节组件40。

缸部10，具有设置有两个相互平行的液压油通道的缸体11、通过密封圈固定在缸体内部的钢套12以及通过螺纹固定设置在缸体11上端的缸盖13。

活塞组件20，设置在缸体11内，具有活塞杆21以及通过螺纹套设在活塞杆21上的活塞22。

弹簧组件30，具有固定连接在活塞杆21下端的弹簧推块31、设置在弹簧推块31下方的助伸弹簧32以及与缸体11的底端连接的用于收纳助伸弹簧32的弹簧壳33。

流量调节组件40，具有与缸体11固定连接的且上部设有圆柱形槽口的调节座41、通过圆柱形槽口安装在调节座41上的轴型调节阀体42、设置在调节座41上的用于固定轴型调节阀体42的挡块43以及固定安装在调节座41底部的且与轴型调节阀体42连接的步进电机44。

活塞组件20在缸体11内上下运动。

缸盖13与活塞杆21之间、活塞22与钢套12之间、缸体11与活塞杆21之间均通过密封圈进行密封活动连接。

图2是本发明的实施例中调节座的结构示意图，图3是本发明的实施例中调节座与缸体连接面的示意图，图4是图3的A-A剖面图，图5是图4的B-B剖面图。

如图3、图4、图5以及图6所示，调节座41与缸体11连接一侧设有互成90°的两个调节座液压油通道，两个调节座液压油通道分别与两个液压油通道对应连通形成屈曲液压油通道50和伸展液压油通道60。

缸体11与调节座41上均设有对应连通的四个油孔70，调节座液压油通道与液压油通道通过油孔70进行连通形成屈曲液压油通道50和伸展液压油通道60，使得液压油能够通过屈曲液压油通道50和伸展液压油通道60在缸体11的上下腔内进行流通。

图6是本发明的实施例中轴型调节阀体的结构示意图。

如图6所示，轴型调节阀体42上设置有与屈曲液压油通道50和伸展液压油通道60垂直的第一键形槽421与第二键形槽422。

第一键形槽421的开口为22.5°，第二键形槽422的开口为45°。

图7是本发明的实施例中用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸的俯视图，图8是图7的A-A剖面图，图9是图7的B-B剖面图。

如图7、图8和图9所示，第一键形槽421与第二键形槽422与屈曲液压油通道50和伸展液压油通道60垂直设置，

伸展液压油通道60的上侧设有第二单向阀61，液压油经过伸展液压油通道60与轴型调节阀体42在液压缸上下腔室间进行流通，

屈曲液压油通道50的下侧设有第一单向阀51，液压油经过屈曲液压油通道50与轴型调节阀体42在液压缸上下腔室间进行流通，

且能够通过改变屈曲液压油通道50和伸展液压油通道60与第一键形槽421和第二键形槽422的配合间隙来改变两个液压油通道的流量面积，进而改变液压缸上下腔室流动的流量。

图10是本发明的实施例中轴型调节阀体所处的各个状态示意图。

如图10A所示，轴型调节阀体42在步进电机44的转动带动下，第一键形槽421与屈曲液压油通道50重合，第二键形槽422与伸展液压油通道60重合，液压油可以在屈曲液压油通道50和伸展液压油通道60内进行流通，

如图10B所示，轴型调节阀体42旋转11.25°时，第一键形槽421与屈曲液压油通道50半重合，第二键形槽422依旧与伸展液压油通道60重合时的状态，

如图10C所示，轴型调节阀体42继续旋转11.25°时，第一键形槽421与屈曲液压油通道50错开，第二键形槽422与伸展液压油通道60部分重合时的状态，

如图10D所示，轴型调节阀体42的第一键形槽421和第二键形槽422均与屈曲液压油通道50和伸展液压油通道60错开处于关闭时的状态。

本实施例的一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸100的工作过程如下：

当智能膝关节伸展运动时，活塞22在重力作用下带动活塞杆21向下运动，活塞杆21压缩助伸弹簧32进行储能，屈曲液压油通道50中的第一单向阀51关闭，液压油通过油孔70从伸展液压油通道60中向上流动，步进电机44带动轴型调节阀体42进行转动，使得第一键形槽421以及第二键形槽422与伸展液压油通道60的重合面积发生变化，进而改变液压油的流通面积，使得智能膝关节伸展时所受的阻尼力改变，

当智能膝关节屈曲运动时，助伸弹簧32储存的能量得到释放，为活塞杆21向上运动提供助力，伸展液压油通道60中的第二单向阀61关闭，液压油通过油孔70从屈曲液压油通道50中向下流动，步进电机44带动轴型调节阀体42进行转动，使得第一键形槽421以及第二键形槽422与屈曲液压油通道50的重合面积发生变化，进而改变液压油的流通面积，使得智能膝关节屈曲时所受的阻尼力改变。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸，因为设置了分别设有单向阀的屈曲液压油通道和伸展液压油通道、设有键形槽的轴型调节阀体以及与轴型阀体连接的步进电机，所以，本发明的用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸结构可以有效地避免作用于阻尼缸中电机的轴向载荷，避免了因载荷过大引起电机失步和阻尼调节失败的情况；因为仅用一个电机就实现了膝关节液压阻尼双向独立控制，并且阻尼调节连续，所以，使得机构体积小，重量减轻，耗电减少；再者，本实施例的一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸结构精巧且易于加工。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸，其特征在于，包括：

缸部，具有设置有两个相互平行的液压油通道的缸体、通过密封圈固定在所述缸体内部的钢套以及通过螺纹固定设置在所述缸体上端的缸盖；

活塞组件，设置在所述缸体内，具有活塞杆以及通过螺纹套设在所述活塞杆上的活塞；

弹簧组件，具有固定连接在所述活塞杆下端的弹簧推块、设置在所述弹簧推块下方的助伸弹簧以及与所述缸体的底端连接的用于收纳所述助伸弹簧的弹簧壳；以及

流量调节组件，具有与所述缸体固定连接的且上部设有圆柱形槽口的调节座、通过所述圆柱形槽口安装在所述调节座上的轴型调节阀体、设置在所述调节座上的用于固定所述轴型调节阀体的挡块以及固定安装在所述调节座底部的且与所述轴型调节阀体连接的步进电机，

其中，所述活塞组件在所述缸体内上下运动，

所述调节座与所述缸体连接一侧设有互成90°的两个调节座液压油通道，两个所述调节座液压油通道分别与两个所述液压油通道对应连通形成屈曲液压油通道和伸展液压油通道。

2.根据权利要求1所述的用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸，其特征在于：

其中，所述缸盖与所述活塞杆之间、所述活塞与所述钢套之间、所述缸体与所述活塞杆之间均通过密封圈进行密封活动连接。

3.根据权利要求1所述的用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸，其特征在于：

其中，所述轴型调节阀体上设置有均与所述屈曲液压油通道和所述伸展液压油通道垂直的第一键形槽与第二键形槽。

4.根据权利要求3所述的用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸，其特征在于：

其中，所述第一键形槽的开口为22.5°，

所述第二键形槽的开口为45°。

5.根据权利要求1所述的用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸，其特征在于：

其中，所述缸体与所述调节座上均设有对应连通的四个油孔，

所述调节座液压油通道与所述液压油通道通过所述油孔进行连通形成所述屈曲液压油通道和所述伸展液压油通道。

6.根据权利要求1所述的用于智能膝关节的键形槽式流量调节阻尼缸，其特征在于：

其中，所述屈曲液压油通道的下侧设有第一单向阀，

所述伸展液压油通道的上侧设有第二单向阀。

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