膝关节假体、用于假肢的液压阻尼器及其蓄能做功方法与流程

本发明涉及假肢元器件技术领域，具体而言，涉及一种膝关节假体、用于假肢的液压阻尼器及其蓄能做功方法。

背景技术：

假肢的液压阻尼器主要由单出杆双作用液压缸、三个节流阀、一个单向阀、一个弹簧蓄能器和一个油箱组成。

如图1所示，现有的单出杆双作用缸液压阻尼器的工作原理如下：

a）阶段一，打开节流阀1，关闭节流阀2和节流阀3，活塞杆在外力作用下向下运动。此时，单出杆双作用液压缸形成差动连接，液压液从无杆腔经过节流阀1，一部分进入有杆腔，其与部分液压液经单向阀进入弹簧蓄能器；该阶段蓄能器蓄能。

b）阶段二，关闭节流阀1和节流阀3，打开节流阀2，活塞杆在外力作用下向上运动。此时，油箱中液压液经节流阀2进入无杆腔，有杆腔中液压液经单向阀进入弹簧蓄能器；该阶段蓄能器蓄能。

c）阶段三，关闭节流阀1，打开节流阀2和节流阀3。此时，弹簧蓄能器中高压液压液经节流阀3进入无杆腔，推动活塞杆向下运动，无杆腔中液压液经节流阀2进入油箱；该阶段蓄能器做功。

d）阶段四，打开节流阀1和节流阀3，关闭节流阀2。此时，单出杆双作用液压缸形成差动连接，弹簧蓄能器中高压液压液经节流阀3一部分进入有杆腔，一部分液压液经节流阀1进入无杆腔。由于无杆腔面积大于油缸腔，活塞杆向上运动；该阶段蓄能器做功。

根据上述的结构可以知道，现有的单出杆双作用缸液压阻尼器具有以下缺陷：

（1）单出杆双作用缸液压阻尼器具有三个节流阀，需要三套调整节流阀开度或开闭的装置，所以会造成液压阻尼器结构臃肿、质量大、成本高。液压油箱一直需要低压或者与大气相通，并且液压油箱旋转任意角度，油缸不能吸空。所以，满足以上条件液压油箱结构设计复杂，外观臃肿，质量大，成本高。然而，用于患者穿戴的假肢，结构简单可靠，质量小，成本低始终是优先目标。

（2）在阶段三和阶段四，即蓄能器做功阶段，该液压蓄能器不能阻止活塞杆的反向运动。假肢领域，在外力作用下，起支撑作用的活塞杆出现反向运动，会对患者造成意外伤害。此处所述反向运动是指以下工况：

在阶段三，蓄能器做功，活塞杆向下运动；此时对活塞杆实际向下的外力，当外力大于蓄能器的驱动力时，活塞杆向上运动。

在阶段四，蓄能器做功，活塞杆向上运动；此时对活塞杆实际向上的外力，当外力大于蓄能器的驱动力时，活塞杆向下运动。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种膝关节假体、用于假肢的液压阻尼器及其蓄能做功方法，以解决现有技术中用于假肢的液压阻尼器的外观臃肿、质量大、成本高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于假肢的液压阻尼器，包括：液压缸体，所述液压缸体上设置有空腔，所述空腔内安装有活塞和与所述活塞连接的活塞杆，所述活塞将所述空腔分隔为有杆腔和无杆腔；储能器，所述储能器安装在所述液压缸体上，且所述储能器的第一端口通过第一管路与所述有杆腔连通，所述储能器的第一端口通过第二管路与所述无杆腔连通，所述第一管路包括并联设置的第一支路管道和第二支路管道，所述第二管路包括并联设置的第一分支管道和第二分支管道；第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀设置在第一分支管道上并控制液压液沿所述储能器到所述无杆腔的方向流动，所述第二单向阀设置在第一支路管道上并控制液压液沿所述储能器到所述有杆腔的方向流动；第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀安装在所述第二分支管道上，所述第二控制阀安装在所述第二支路管道上。

进一步地，所述第一控制阀和所述第二控制阀均为节流阀。

进一步地，所述第二单向阀安装在所述无杆腔底部，所述第一单向阀安装在所述第二单向阀远离所述活塞杆的一侧。

进一步地，所述用于假肢的液压阻尼器还包括安装外壳，所述安装外壳固定安装在所述液压缸体的外侧壁面上，所述第一控制阀安装在所述安装外壳内。

进一步地，所述第二控制阀安装在所述安装外壳内部，并与所述第一控制阀并排设置。

进一步地，所述安装外壳通过锁紧件或者焊接方式固定在所述液压缸体上。

根据本发明的另一方面，提供了一种膝关节假体，包括液压阻尼器，所述液压阻尼器为上述的用于假肢的液压阻尼器。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于假肢的液压阻尼器的蓄能做功方法，所述用于假肢的液压阻尼器的蓄能做功方法采用上述的用于假肢的液压阻尼器实现，所述用于假肢的液压阻尼器的蓄能做功方法包括：蓄能工作阶段：打开所述第一控制阀，关闭所述第二控制阀，外力压缩所述活塞杆实现所述活塞杆向下运动；此时，所述无杆腔内的液压液经过所述第一控制阀后，一部分经所述第二单向阀进入所述有杆腔，剩余部分进入所述储能器，实现所述储能器蓄能；在此工作阶段中，改变外力作用方向，向外拉伸所述活塞杆，所述活塞杆不会伸出；做功工作阶段：关闭所述第一控制阀，打开所述第二控制阀，所述储能器中的高压液压液经过第一单向阀进入所述无杆腔，所述活塞杆向上运动，所述有杆腔中的液压液和所述储能器中的高压液压液全部进入所述无杆腔；在此做功工作阶段中，对所述活塞杆施加与其运动方向相反的外力，即压缩所述活塞杆，所述活塞杆不会缩回。

应用本发明的技术方案，本发明中的用于假肢的液压阻尼器相对于现有的单出杆双作用缸液压阻尼器结构而言，整个系统不包含油箱，且仅有两个控制阀，能够减小整个阻尼器的体积和质量，结构简单，进而降低本发明中的用于假肢的液压阻尼器的生产成本。

本发明中的用于假肢的液压阻尼器的结构更加稳定可靠。在外力作用下，可完全禁止反向运动。即是，在活塞杆缩回阶段，无论对活塞杆施加哪个方向的外力，活塞杆都不会伸出；在活塞杆伸出阶段，无论对活塞杆施加哪个方向的外力，活塞杆都不会缩回。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了现有的单出杆双作用缸液压阻尼器原理图；

图2示意性示出了本发明的用于假肢的液压阻尼器的原理图；

图3示意性示出了本发明的用于假肢的液压阻尼器的爆炸图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、液压缸体；11、无杆腔；12、有杆腔；20、活塞；30、活塞杆；40、储能器；50、第一管路；60、第二管路；61、第一分支管道；62、第二分支管道；70、第一单向阀；80、第二单向阀；90、第一控制阀；100、第二控制阀；110、安装外壳。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

参见图2和图3所示，根据本发明的实施例，提供了一种用于假肢的液压阻尼器。本实施例中的用于假肢的液压阻尼器包括液压缸体10、储能器40、第一单向阀70、第二单向阀80、第一控制阀90以及第二控制阀100。

其中，液压缸体10上设置有空腔，该空腔内安装有活塞20和与活塞20连接的活塞杆30，组装好之后，活塞20将空腔分隔为有杆腔12和无杆腔11；储能器40安装在液压缸体10上，且储能器40的第一端口通过第一管路50与有杆腔12连通，储能器40的第一端口通过第二管路60与无杆腔11连通，第一管路50包括并联设置的第一支路管道51和第二支路管道52，第二管路60包括并联设置的第一分支管道61和第二分支管道62；第一单向阀70设置在第一分支管道61上并控制液压液沿储能器40到无杆腔11的方向流动，第二单向阀80设置在第一支路管道51上并控制液压液沿储能器40到有杆腔12的方向流动；第一控制阀90安装在第二分支管道62上，第二控制阀100安装在第二支路管道52上。

本实施例中的用于假肢的液压阻尼器相对于现有的单出杆双作用缸液压阻尼器结构而言，整个系统不包含油箱，且仅有两个控制阀，能够减小整个阻尼器的体积和质量，结构简单，进而降低本实施例中的用于假肢的液压阻尼器的生产成本。

实际工作时，本实施例中的用于假肢的液压阻尼器具有蓄能工作阶段和做功工作阶段。

具体来说，当用于假肢的液压阻尼器处于蓄能工作阶段时：打开第一控制阀90，关闭第二控制阀100，外力压缩活塞杆30实现活塞杆30向下运动；此时，无杆腔11内的液压液经过第一控制阀90后，一部分经第二单向阀80进入有杆腔12，剩余部分进入储能器40，实现储能器40蓄能；在此储能工作阶段中，改变外力作用方向，向外拉伸活塞杆30，活塞杆30不会伸出。

当用于假肢的液压阻尼器处于做功工作阶段时：关闭第一控制阀90，打开第二控制阀100，储能器40中高压液压液经过第一单向阀70进入无杆腔11，由于活塞20靠近无杆腔11侧的表面积大于活塞靠近活塞杆30侧的表面积，活塞杆30向上运动，有杆腔12中的液压液和储能器40中的高压液压液全部进入无杆腔11；在此做功工作阶段中，对活塞杆30施加与其运动方向相反的外力，即压缩活塞杆30，活塞杆30不会缩回。

可见，本实施例中的用于假肢的液压阻尼器的结构更加稳定可靠。在外力作用下，可完全禁止反向运动。即是，在活塞杆30缩回阶段，无论对活塞杆30施加哪个方向的外力，活塞杆30都不会伸出；在活塞杆30伸出阶段，无论对活塞杆30施加哪个方向的外力，活塞杆30都不会缩回。

优选地，本实施例中的第一控制阀90和第二控制阀100均为节流阀，结构简单，便于对阻尼器内部的液压液进行控制。当然，在本发明的其他实施例中，还可以将第一控制阀90和第二控制阀100设置为其他类型的开关阀，只要是在本发明的构思下的其他变形方式，均在本发明的保护范围之内。

第二单向阀80安装在无杆腔11底部，第一单向阀70安装在第二单向阀80远离活塞杆30的一侧，整个结构更加紧凑，便于进一步减小阻尼器的体积。

再次参见图3所示，本实施例中的用于假肢的液压阻尼器还包括安装外壳110，该安装外壳110安装在液压缸体10的外侧壁面上，第一控制阀90安装在安装外壳110内部，第二控制阀100安装在安装外壳110内并与第一控制阀90并排设置。

本实施例中通过同一安装外壳110将第一控制阀90和第二控制阀100固定在液压缸体10的外侧壁面上，能够进一步减小阻尼器的体积。

实际组装时，本实施例中的安装外壳110可以通过锁紧件固定在液压缸体10上，也可以通过焊接方式固定在液压缸体10上，只要是在本发明的构思下的其他变形方式，均在本发明的保护范围之内。优选地，本实施例中的锁紧件可以是螺钉、螺栓或者卡扣等结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于假肢的液压阻尼器的蓄能做功方法，本实施例中的用于假肢的液压阻尼器的蓄能做功方法采用上述实施例中的用于假肢的液压阻尼器实现。

具体来说，本实施例中的用于假肢的液压阻尼器的蓄能做功方法包括蓄能工作阶段和做功工作阶段，当用于假肢的液压阻尼器处于蓄能工作阶段时：打开第一控制阀90，关闭第二控制阀100，外力压缩活塞杆30实现活塞杆30向下运动；此时，无杆腔11内的液压液经过第一控制阀90后，一部分经第二单向阀80进入有杆腔12，剩余部分进入储能器40，实现储能器40蓄能；在此储能工作阶段中，改变外力作用方向，向外拉伸活塞杆30，活塞杆30不会伸出。当用于假肢的液压阻尼器处于做功工作阶段时：关闭第一控制阀90，打开第二控制阀100，储能器40中高压液压液经过第一单向阀70进入无杆腔11，由于活塞20靠近无杆腔11侧的表面积大于活塞靠近活塞杆30侧的表面积，活塞杆30向上运动，有杆腔12中的液压液和储能器40中的高压液压液全部进入无杆腔11；在此做功工作阶段中，对活塞杆30施加与其运动方向相反的外力，即压缩活塞杆30，活塞杆30不会缩回。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种膝关节假体，该膝关节包括液压阻尼器，该液压阻尼器为上述实施例中的用于假肢的液压阻尼器。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明的用于假肢的液压阻尼器的整个系统不包含油箱，并且节流阀个数尽可能少。

本发明的用于假肢的液压阻尼器为单出杆双作用液压缸采用差动连接方式实现单作用活塞缸功能，便于添加油缸缓冲结构。

本发明的用于假肢的液压阻尼器为一种液压阻尼器系统。蓄能阶段，外力压缩活塞杆，活塞杆缩回，系统蓄能；做功阶段，储能器释放能量，推动活塞杆伸出。

本发明的用于假肢的液压阻尼器在外力作用下，活塞杆不会出现反向运动。此处反向运动是指以下工况：在活塞杆缩回油缸阶段，外力向外拉活塞杆，活塞杆不会伸出；在活塞杆伸出阶段，外力压缩活塞杆，活塞杆不会缩回。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。