用于智能膝关节的正交式流量调节阻尼缸的制作方法

本发明涉及一种用于假肢膝关节的液压阻尼缸结构，尤其是一种用于智能膝关节的正交式流量调节阻尼缸结构。

背景技术：

智能膝关节是指采用微处理器控制阻尼的膝关节假肢，而膝关节阻尼的调整主要有液压、气压、磁流变。液压及气压智能膝关节均是通过微处理器驱动电机来调节阻尼缸内部阀门开度大小，来实现阻尼的调整；磁流变智能膝关节则是通过改变电流大小从而改变磁场强度，使磁流变液黏度发生变化，从而调节阻尼。液压膝关节支撑期能提供较大力矩，但是摆动期灵活性不是很高；气压膝关节摆动期灵活性较好，但是支撑期稳定性不高，容易造成意外摔倒，安全性限制较大；磁流变膝关节智能膝关节由于磁流变液黏度的改变与磁场强度关系的复杂性，对磁流变液材料要求较高，同时也难以建立控制模型。

目前，国内用于智能膝关节液压阻尼缸的结构设计较少，相关的技术文件有专利公开号CN102065799A，公开了一种半驱动式假肢膝关节设备，通过液压泵和电机实现驱动和非驱动模式，但是液压阀回路特别复杂，液压泵和电动机使得该结构复杂而又笨重。

专利申请号2016102229387，公开了一种单电机控制的假肢膝关节电控液压阻尼缸结构，结构精巧但是加工困难。

专利公开号CN101889916A，公开了一种应用在智能膝关节上的电控液压阻尼缸装置，通过一个电机旋转活塞阀改变活塞阀和活塞阀通道重合度的大小来调节弯曲和伸展阻尼。但是该结构采用了中间固定块，两侧活塞运动，使得体积较大。且连接杆件多，孔道复杂，又难于加工制造。其所实现的弯曲和伸展调节并不是相互独立的，弯曲调节时对伸展运动有所影响，伸展调节时对弯曲亦有所影响。

专利号201370655，公开了一种假肢专用电控液压阻尼缸，虽然该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。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种易于加工且通过一个电机控制阀门独立调节膝关节屈伸阻尼的正交式流量调节阻尼缸结构。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于智能膝关节的正交式流量调节阻尼缸，包括缸体、中空活塞，所述缸体一端通过螺纹连接上盖，另一端连接弹簧壳，缸体内装有中空活塞，中空活塞的活塞杆前端接触连接置于弹簧壳中的助伸弹簧，中空活塞内装有螺旋形阀体，中空活塞侧壁上设有正交式流道，正交式流道内配置单向阀，通过旋转螺旋形阀体来相继改变阻尼缸左右腔室液压油通道的通流面积，进而改变阻尼缸上下腔室流动的流量。

所述螺旋形阀体通过阀杆与步进电机直接相连，步进电机固定在电机支架内；电机支架与中空活塞的活塞杆体固定连接，由步进电机来控制螺旋形阀体的转动，改变液阻尼缸上下腔室之间的流量，且上下两个方向运动的液压油可以通过两个正交式流道与螺旋型阀体配合时产生的间隙大小分别调节，实现双向流量的独立连续控制。

所述上盖与活塞杆体之间和缸体与中空活塞的活塞杆之间分别通过密封圈密封活动连接。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

1、仅用一个电机就实现了膝关节液压阻尼双向独立控制，且阻尼调节连续。

2、相比两个电机控制的电控液压阻尼缸结构，一个电机控制使得结构重量减轻，耗电减少；

3、相比两电机控制的电控液压阻尼缸结构，其控制模型的建立更为方便，降低了控制电路的复杂性。

附图说明

图1是本发明的用于智能膝关节的正交式流量调节阻尼缸结构主视剖视图；

图2是本发明的用于智能膝关节的正交式流量调节阻尼缸结构左视剖视图；

图3是螺旋形阀体结构示意图；

图4是中空活塞正交式流道主视剖视图；

图5是中空活塞正交式流道左视剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1至图5所示，本发明提供的一种用于智能膝关节的正交式流量调节阻尼缸，包括步进电机1、电机支架2、活塞杆体3、上盖4、缸体5、单向阀A6、弹簧壳7、助伸弹簧8、密封圈9、中空活塞10、螺旋形阀体11、密封圈12、单向阀13。

缸体5一端通过螺纹连接上盖4，另一端连接弹簧壳7，缸体5内装有中空活塞10，中空活塞10具有正交式流量调节油道，正交式流道内配置单向阀6、单向阀13，中空活塞10的活塞杆前端接触连接置于弹簧壳7中的助伸弹簧8，中空活塞10通过活塞杆体3与缸体5外的电机支架2固定连接，中空活塞10内装有螺旋形阀体11，螺旋形阀体11通过阀杆与步进电机1直接相连，步进电机1固定在电机支架2内。上盖4与活塞杆体3之间装有密封圈12，缸体5与中空活塞10的活塞杆之间装有密封圈9。

其中，中空活塞10侧壁上具有正交式流道，通过旋转螺旋形阀体11，可以相继改变上下腔室液压油通道的通流面积，进而改变液压缸上下腔室流动的流量。由于螺旋形阀体11的阀杆与电机直接相连，就可以由步进电机1来控制螺旋形阀体11的转动，改变液压缸上下腔室之间的流量，且上下两个方向运动的液压油可以通过两个正交式流道与螺旋型阀体11配合时产生的间隙大小分别调节，实现了双向流量的独立连续控制。

如图1， 2所示，当体重向下作用于活塞杆体3时，中空活塞10随之向下运动，下腔体积减小导致油液压力增大通过下侧正交式流道进入中空活塞10，经螺旋形阀体11节流后进入中空活塞上部油道，此时单向阀6打开，单向阀13截止，故通过中空活塞10侧壁下方的节流通道实现了弯曲时上下腔室流量的调节，控制了弯曲时活塞运动的速率，调节了膝关节弯曲时的阻尼。

当活塞杆体3被向上拉动时，中空活塞10随之向上运动，上腔体积减小导致油液压力增大通过上侧正交式流道进入中空活塞10，此时单向阀13打开，单向阀6截止，经螺旋形阀体11节流后进入中空活塞下部油道，故通过中空活塞10侧壁上方的节流通道实现了伸展时上下腔室流量的调节，控制了伸展时活塞运动的速率，调节了膝关节伸展时的阻尼。

中空活塞10下部伸出杆与活塞杆体3直径相同，使得弯曲和伸展时上下腔体积变化相同，保证了运动的平稳性，上腔和下腔的液压油不会像一般单活塞液压缸那样因为上下两腔的体积差产生行程干扰。

助伸弹簧8放置于弹簧壳7内，两端分别连接中空活塞10下部伸出杆和弹簧壳的腔体最底端，在摆动相提供助伸力。

螺旋形阀体11的阀杆内置于中空活塞杆体3内，既减轻了阻尼缸结构的整体重量，又缩小了外形尺寸。