本發明涉及一種用于假肢膝關節的液壓阻尼缸結構，尤其是一種用于智能膝關節的正交式流量調節阻尼缸結構。

背景技術：

智能膝關節是指采用微處理器控制阻尼的膝關節假肢，而膝關節阻尼的調整主要有液壓、氣壓、磁流變。液壓及氣壓智能膝關節均是通過微處理器驅動電機來調節阻尼缸內部閥門開度大小，來實現阻尼的調整；磁流變智能膝關節則是通過改變電流大小從而改變磁場強度，使磁流變液黏度發生變化，從而調節阻尼。液壓膝關節支撐期能提供較大力矩，但是擺動期靈活性不是很高；氣壓膝關節擺動期靈活性較好，但是支撐期穩定性不高，容易造成意外摔倒，安全性限制較大；磁流變膝關節智能膝關節由于磁流變液黏度的改變與磁場強度關系的復雜性，對磁流變液材料要求較高，同時也難以建立控制模型。

目前，國內用于智能膝關節液壓阻尼缸的結構設計較少，相關的技術文件有專利公開號CN102065799A，公開了一種半驅動式假肢膝關節設備，通過液壓泵和電機實現驅動和非驅動模式，但是液壓閥回路特別復雜，液壓泵和電動機使得該結構復雜而又笨重。

專利申請號2016102229387，公開了一種單電機控制的假肢膝關節電控液壓阻尼缸結構，結構精巧但是加工困難。

專利公開號CN101889916A，公開了一種應用在智能膝關節上的電控液壓阻尼缸裝置，通過一個電機旋轉活塞閥改變活塞閥和活塞閥通道重合度的大小來調節彎曲和伸展阻尼。但是該結構采用了中間固定塊，兩側活塞運動，使得體積較大。且連接桿件多，孔道復雜，又難于加工制造。其所實現的彎曲和伸展調節并不是相互獨立的，彎曲調節時對伸展運動有所影響，伸展調節時對彎曲亦有所影響。

專利號201370655，公開了一種假肢專用電控液壓阻尼缸，雖然該專利實現了屈曲和伸展的分別調節，但是需要兩個電機控制相應閥門，使得體積及重量較大，耗電量增加。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明的目的是提供一種易于加工且通過一個電機控制閥門獨立調節膝關節屈伸阻尼的正交式流量調節阻尼缸結構。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種用于智能膝關節的正交式流量調節阻尼缸，包括缸體、中空活塞，所述缸體一端通過螺紋連接上蓋，另一端連接彈簧殼，缸體內裝有中空活塞，中空活塞的活塞桿前端接觸連接置于彈簧殼中的助伸彈簧，中空活塞內裝有螺旋形閥體，中空活塞側壁上設有正交式流道，正交式流道內配置單向閥，通過旋轉螺旋形閥體來相繼改變阻尼缸左右腔室液壓油通道的通流面積，進而改變阻尼缸上下腔室流動的流量。

所述螺旋形閥體通過閥桿與步進電機直接相連，步進電機固定在電機支架內；電機支架與中空活塞的活塞桿體固定連接，由步進電機來控制螺旋形閥體的轉動，改變液阻尼缸上下腔室之間的流量，且上下兩個方向運動的液壓油可以通過兩個正交式流道與螺旋型閥體配合時產生的間隙大小分別調節，實現雙向流量的獨立連續控制。

所述上蓋與活塞桿體之間和缸體與中空活塞的活塞桿之間分別通過密封圈密封活動連接。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下有益效果：

1、僅用一個電機就實現了膝關節液壓阻尼雙向獨立控制，且阻尼調節連續。

2、相比兩個電機控制的電控液壓阻尼缸結構，一個電機控制使得結構重量減輕，耗電減少；

3、相比兩電機控制的電控液壓阻尼缸結構，其控制模型的建立更為方便，降低了控制電路的復雜性。

附圖說明

圖1是本發明的用于智能膝關節的正交式流量調節阻尼缸結構主視剖視圖；

圖2是本發明的用于智能膝關節的正交式流量調節阻尼缸結構左視剖視圖；

圖3是螺旋形閥體結構示意圖；

圖4是中空活塞正交式流道主視剖視圖；

圖5是中空活塞正交式流道左視剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行詳細的描述。

如圖1至圖5所示，本發明提供的一種用于智能膝關節的正交式流量調節阻尼缸，包括步進電機1、電機支架2、活塞桿體3、上蓋4、缸體5、單向閥A6、彈簧殼7、助伸彈簧8、密封圈9、中空活塞10、螺旋形閥體11、密封圈12、單向閥13。

缸體5一端通過螺紋連接上蓋4，另一端連接彈簧殼7，缸體5內裝有中空活塞10，中空活塞10具有正交式流量調節油道，正交式流道內配置單向閥6、單向閥13，中空活塞10的活塞桿前端接觸連接置于彈簧殼7中的助伸彈簧8，中空活塞10通過活塞桿體3與缸體5外的電機支架2固定連接，中空活塞10內裝有螺旋形閥體11，螺旋形閥體11通過閥桿與步進電機1直接相連，步進電機1固定在電機支架2內。上蓋4與活塞桿體3之間裝有密封圈12，缸體5與中空活塞10的活塞桿之間裝有密封圈9。

其中，中空活塞10側壁上具有正交式流道，通過旋轉螺旋形閥體11，可以相繼改變上下腔室液壓油通道的通流面積，進而改變液壓缸上下腔室流動的流量。由于螺旋形閥體11的閥桿與電機直接相連，就可以由步進電機1來控制螺旋形閥體11的轉動，改變液壓缸上下腔室之間的流量，且上下兩個方向運動的液壓油可以通過兩個正交式流道與螺旋型閥體11配合時產生的間隙大小分別調節，實現了雙向流量的獨立連續控制。

如圖1， 2所示，當體重向下作用于活塞桿體3時，中空活塞10隨之向下運動，下腔體積減小導致油液壓力增大通過下側正交式流道進入中空活塞10，經螺旋形閥體11節流后進入中空活塞上部油道，此時單向閥6打開，單向閥13截止，故通過中空活塞10側壁下方的節流通道實現了彎曲時上下腔室流量的調節，控制了彎曲時活塞運動的速率，調節了膝關節彎曲時的阻尼。

當活塞桿體3被向上拉動時，中空活塞10隨之向上運動，上腔體積減小導致油液壓力增大通過上側正交式流道進入中空活塞10，此時單向閥13打開，單向閥6截止，經螺旋形閥體11節流后進入中空活塞下部油道，故通過中空活塞10側壁上方的節流通道實現了伸展時上下腔室流量的調節，控制了伸展時活塞運動的速率，調節了膝關節伸展時的阻尼。

中空活塞10下部伸出桿與活塞桿體3直徑相同，使得彎曲和伸展時上下腔體積變化相同，保證了運動的平穩性，上腔和下腔的液壓油不會像一般單活塞液壓缸那樣因為上下兩腔的體積差產生行程干擾。

助伸彈簧8放置于彈簧殼7內，兩端分別連接中空活塞10下部伸出桿和彈簧殼的腔體最底端，在擺動相提供助伸力。

螺旋形閥體11的閥桿內置于中空活塞桿體3內，既減輕了阻尼缸結構的整體重量，又縮小了外形尺寸。