[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

说明书

本发明公开了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，属于假肢与矫形器技术领域。所述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。本发明中假肢所采用的主被动结合的运作模式，可以有效降低整个行走过程中的能耗，同时液压驱动回路集成度高，提高了假肢使用过程中的便携性；通过蓄能器的储能，使得驱动假肢的功耗大大降低，提高续航能力。

技术领域

本发明属于假肢与矫形器技术领域，具体涉及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。

背景技术

为了帮助肢体残疾者恢复身体的基本的运动功能，恢复其生活自理能力，研发智能化的假肢系统成为当前国内外假肢行业研究中的重要目标。膝关节作为人体下肢关节的重要组成部分，已经经过了许多年的研发，已经能解决膝关节假肢的一些问题，但仍然存在一定的缺陷。

主动式膝关节假肢相比于传统的被动式膝关节假肢，可以明显改善人体运动步态的协调性。对截肢患者而言，主动式膝关节假肢可以通过提供主动的驱动力和储能机构，使得穿戴者可以适应更广泛的运动要求，获得更自然的运动体验，提高截肢者穿戴的舒适度。

但是现有的功能较为成熟的主动膝关节假肢多采用电机驱动的方式进行主动助力，这种结构可以提供主动驱动，但不能进行阻尼控制和能量回收，并不能很好地适应各种复杂的环境。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供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，具体是利用功率密度比大，响应速度快，输出转矩大，可以提供可变阻尼的液压驱动回路解决现有主动式膝关节假肢不能进行阻尼控制和能量回收的问题，提高假肢产品的性能。

本发明提供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，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。