[发明专利]一种基于闭式液压驱动回路的单自由度主动式膝关节假肢

权利要求书

1.一种基于闭式液压驱动回路的单自由度主动式膝关节假肢，其特征在于，所述单自由度主动式膝关节假肢包括膝关节连接铰链、膝关节支架、液压集成块和碳纤维脚底板，在所述液压集成块内部集成布置液压驱动回路，所述液压驱动回路具体包括直流无框力矩电机、单出杆液压缸、微型齿轮泵、高压蓄能器、低压蓄能器、第一常闭开关阀、第二常闭开关阀、第一常开开关阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀和第四单向阀；

所述液压集成块与膝关节支架并排布置，所述膝关节连接铰链位于液压集成块与膝关节支架的上方，所述碳纤维脚底板位于液压集成块与膝关节支架的下方；在所述的液压集成块的底部通过铰链分别与膝关节支架的下端和碳纤维脚底板的上端连接；所述膝关节支架的上端通过铰链连接在膝关节连接铰链上；

在所述液压集成块的左视方向，所述单出杆液压缸通过螺纹安装在所述液压集成块的顶部，单出杆液压缸的伸出杆通过铰链连接在膝关节连接铰链上；所述高压蓄能器和低压蓄能器通过螺纹安装在所述液压集成块的左侧下半部分；第一压力传感器和第二压力传感器布置在液压集成块的左侧下半部分；所述第一常闭开关阀、第二常闭开关阀和第一常开开关阀依次通过铆压直线阵列布置在所述液压集成块的右侧下半部分；在位于三个开关阀下方位置的液压集成块上开有液压驱动回路的注油口，注油口内铆压安装第五单向阀；在所述液压集成块的后视方向，所述微型齿轮泵通过螺纹安装在液压集成块右侧上半部分；在液压集成块的左侧上半部分通过螺纹安装直流无框力矩电机，所述直流无框力矩电机的输出轴与所述微型齿轮泵通过联轴器同轴连接；在所述液压集成块的正视方向，所述第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀和第四单向阀通过铆压依次安装在液压集成块的右侧下半部分；

在液压驱动回路中，直流无框力矩电机驱动微型齿轮泵，微型齿轮泵的A口通过第一管路与低压蓄能器连通，在第一管路中接入第一单向阀；同时微型齿轮泵的A口通过第三管路接入单出杆液压缸的有杆腔，在第三管路中接入第三单向阀；微型齿轮泵的B口通过第二管路与低压蓄能器连通，在第二管路中接入第二单向阀；同时微型齿轮泵的B口通过第四管路接入单出杆液压缸的无杆腔，在第四管路中接入第四单向阀；第一常闭开关阀的一端连接在第三单向阀与单出杆液压缸有杆腔之间的第三管路上，第一常闭开关阀的另一端与第二常闭开关阀的一端连接，第二常闭开关阀的另一端连接在第四单向阀与单出杆液压缸无杆腔之间的第四管路上，第一常开开关阀的一端连接在第一常闭开关阀与第二常闭开关阀之间，第一常开开关阀的另一端连接在低压蓄能器与第二单向阀之间的第二管路上；在第四单向阀与单出杆液压缸无杆腔之间的第四管路上接入高压蓄能器；

其中，第一压力传感器接入第四管路，同时第二压力传感器接入第三管路。

2.如权利要求1所述的一种基于闭式液压驱动回路的单自由度主动式膝关节假肢，其特征在于，对应于人行走一个步态周期的0-20％阶段，第一常闭开关阀开启，第二常闭开关阀关闭，第一常开开关阀开启，直流无框力矩电机和微型齿轮泵不转动；单出杆液压缸的活塞杆将液压油从无杆腔压入高压蓄能器中；同时低压蓄能器通过第一单向阀和第三单向阀给单出杆液压缸有杆腔供油。

3.如权利要求1所述的一种基于闭式液压驱动回路的单自由度主动式膝关节假肢，其特征在于，对应于人行走一个步态周期的20-40％阶段，第一常闭开关阀开启，第二常闭开关阀关闭，第一常开开关阀开启，直流无框力矩电机带动微型齿轮泵正转；微型齿轮泵给高压蓄能器充油，单出杆液压缸向上运动。

4.如权利要求1所述的一种基于闭式液压驱动回路的单自由度主动式膝关节假肢，其特征在于，对应于人行走一个步态周期的50-75％阶段，单出杆液压缸向下运动，第一常闭开关阀关闭，第二常闭开关阀开启，第一常开开关阀开启，直流无框力矩电机带动微型齿轮泵反转，微型齿轮泵为单出杆液压缸有杆腔充油，将活塞杆向下推动。

5.如权利要求1所述的一种基于闭式液压驱动回路的单自由度主动式膝关节假肢，其特征在于，对应于人行走一个步态周期的75％-100％阶段，单出杆液压缸向上运动，第一常闭开关阀和第二常闭开关阀开启，第一常开开关阀关闭，从微型齿轮泵出来的油通过第一常闭开关阀和第二常闭开关阀到无杆腔，将单出杆液压缸的有杆腔和无杆腔连通，活塞杆向上推动。