[發明專利]一種膝關節液壓被動助力裝置

有效

• 申請號: 201811269769.8
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109176475B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 杜曉東;王道臣;吳慶勛;崔翔
• 申請（專利權）人: 北京機械設備研究所
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/10;B25J9/14
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 胡時冶;和歡慶

本發明涉及一種膝關節液壓被動助力裝置，屬于可穿戴設備技術領域，解決了現有膝關節助力裝置的結構復雜、不便控制以及在站立時助力不足的問題。該助力裝置，采用液壓被動助力形式，包括通過轉軸連接的大腿支架和小腿支架，還設有液壓缸，活塞桿能夠在小腿支架的帶動下在液壓缸的缸筒內運動；液壓缸與油箱通過油路連接，油路上設有用于連通或斷開油路的電磁閥；油箱內設有油箱活塞和儲能件，儲能件通過釋放能量推動油箱活塞向油路供油，液壓油回流至儲油室并反向推動油箱活塞使儲能件進行儲能。本發明的助力裝置結構簡單、便于控制、重量輕、助力效果好，能夠有效降低人體膝關節疲勞程度。

技術領域

本發明涉及可穿戴設備技術領域，尤其涉及一種膝關節液壓被動助力裝置。

背景技術

膝關節是人體運動中一個十分重要的關節，在行走過程中膝關節輸出扭矩可達250Nm，功率可達120W，因此在外骨骼機器人、康復醫療、助殘等領域，膝關節助力裝置已被廣泛研究。

當前膝關節助力裝置分為主動式和被動式兩種，主動式助力裝置的驅動形式通常為電機直驅或液壓驅動。其中，電機驅動的助力裝置主要應用于康復醫療及助殘領域，有采用電機帶減速器直接作用于膝關節上的形式，也有通過電機帶動連接在大腿和小腿之間的滾軸絲杠的形式，電機驅動的助力裝置便于控制，但電機的功率密度低，運動速度比較慢，只適用于下肢有運動障礙的康復領域；液壓驅動的助力裝置主要應用在外骨骼機器人領域，在大腿和小腿之間安裝液壓缸，通過液壓系統切換油路，實現對外骨骼機器人膝關節的支撐和放松，液壓驅動的助力裝置具有功率密度高、動態響應快的優勢，但也存在液壓伺服系統不易于控制的問題。被動式助力裝置通常為彈簧等儲能元件，在不需要助力時彈簧通過人體運動儲能，在需要助力時彈簧釋放能量為人體助力，采用彈簧為儲能元件的被動助力裝置具有無須控制、響應迅速等優勢，但是無法在人站立時提供足夠高的鎖緊支撐力，且對彈簧剛度要求較高，現有彈簧難以提供足夠大的鎖緊支撐力，助力效果差。

針對現有膝關節助力裝置的結構復雜、不便控制以及在站立時助力不足的問題，本發明提出一種無需外接液壓油源就能實現液壓被動式控制的膝關節助力裝置。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種膝關節液壓被動助力裝置，用以解決現有膝關節助力裝置的結構復雜、不便控制以及在站立時助力不足的問題。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

一種膝關節液壓被動助力裝置，包括通過轉軸連接的大腿支架和小腿支架，還設有液壓缸，液壓缸的一端通過連接件與大腿支架鉸接，液壓缸的另一端通過液壓缸的活塞桿與小腿支架鉸接，活塞桿能夠在小腿支架的帶動下在液壓缸的缸筒內運動；液壓缸通過油路與油箱連接，油路上設有用于連通或斷開油路的電磁閥。

進一步地，油箱內設有油箱活塞，油箱活塞將油箱分隔成儲油室和儲能室，儲油室用于儲存液壓油并與油路連接；儲能室內設有儲能件，儲能件通過釋放能量推動油箱活塞向油路供油，液壓油回流至儲油室并反向推動油箱活塞使儲能件進行儲能。

進一步地，儲能件為壓縮彈簧，壓縮彈簧的自由長度與油箱活塞的厚度之和大于油箱的長度。

進一步地，油箱活塞的兩側均設有用于限制油箱活塞運動范圍的限位環，限位環設于油箱的內壁。

進一步地，油箱的內壁間隔設有多個用于容納限位環的限位槽。

進一步地，壓縮彈簧的一端可拆卸連接于油箱活塞，另一端抵靠于位于油箱側壁的箱門。

進一步地，油箱活塞設有環槽，環槽內安裝有格萊圈和導向帶。

進一步地，連接件為長度可調節的連桿。

進一步地，連桿包括內連桿和外連桿，內連桿能夠伸入外連桿的空腔內并通過鎖緊件固定。