本發(fā)明涉及康復(fù)輔具，具體涉及一種膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、基于特定群體的樣本數(shù)據(jù)，每年有數(shù)萬人因戰(zhàn)爭、地震、交通事故和疾病而被迫接受截肢手術(shù)，戴上假肢是他們恢復(fù)行走能力的唯一可行的解決方案，被動膝關(guān)節(jié)假肢的機制和部件與正常行走、輕便、安靜和節(jié)能的生物力學(xué)高度兼容；然而，這些被動設(shè)備不能在所有條件下完全模擬肢體的自然運動，難以適應(yīng)不同的行走速度或不同類型的地形和行走模式；半主動假肢明顯更輕、更安靜，同時，這些半主動裝置可以為佩戴者提供調(diào)整膝關(guān)節(jié)阻抗的能力，從而控制行走速度；但是，現(xiàn)有的阻尼缸往往只能調(diào)節(jié)穿戴者使用時產(chǎn)生的阻尼，而不能進(jìn)行軌跡的跟蹤控制；此外，截肢者穿戴現(xiàn)有的阻尼缸為彈性元件的假肢時，如果面臨斜坡或樓梯等場景，則需要使用具有能量輸入來完成任務(wù)；然而主動假體往往比被動假體更重，會給佩戴者帶來更高的代謝成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供了一種膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸，結(jié)構(gòu)簡單且緊湊，能量消耗低，能夠穩(wěn)定且快速地調(diào)節(jié)阻尼。

2、本發(fā)明還提供了一種膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸的控制方法，在阻尼缸調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次修正，有效降低假肢的能量消耗，提高助力效果。

3、本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

4、一種膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸，包括：

5、膝上接受腔固定件；

6、液壓缸體；

7、活塞桿，其一端同軸設(shè)置在所述液壓缸體內(nèi)，另一端從所述液壓缸體上端穿出與所述膝上接受腔固定件鉸接；

8、限位卡座，其固定安裝在所述液壓缸體的下端；

9、氣缸體，其上端與所述液壓缸體下端同軸連接，下端設(shè)有氣缸鉸鏈孔，與假肢鉸接；

10、其中，所述限位卡座上沿軸向開設(shè)有補償孔，并通過所述補償孔將所述液壓缸體下端及所述氣缸體上端連通；

11、氣活塞，其設(shè)置在所述氣缸體內(nèi)；

12、充氣閥，其設(shè)置在所述氣缸體的下端，所述充氣閥與所述氣缸體連通。

13、優(yōu)選的是，還包括：

14、調(diào)節(jié)閥，其為錐形槽閥，所述錐形槽閥通過主油路管及調(diào)節(jié)閥連接管與所述液壓缸體內(nèi)部連通；

15、調(diào)節(jié)電機，其連接在所述錐形槽閥的下端，驅(qū)動所述錐形槽閥轉(zhuǎn)動，改變所述錐形槽閥與所述液壓缸體內(nèi)部連通的橫截面積。

16、優(yōu)選的是，所述錐形槽閥上端設(shè)有泄流口，中部設(shè)有錐形槽；所述錐形槽的小口徑端與所述調(diào)節(jié)閥連接管連通，所述錐形槽的大口徑端通過所述泄流口與所述主油路管連通。

17、優(yōu)選的是，還包括：

18、液壓泵連接件，其連接在所述液壓缸體外壁并與所述液壓缸體內(nèi)部連通；

19、齒輪泵，其設(shè)置在所述液壓泵連接件下端，通過所述液壓泵連接件與所述液壓缸體內(nèi)部連通；

20、液壓泵電機，其與所述齒輪泵連接。

21、優(yōu)選的是，還包括：

22、電池倉，其設(shè)置在假肢上；

23、stm32單片機，其設(shè)置在假肢上；

24、imu慣性傳感器，其集成在所述膝上接受腔固定件內(nèi)部；

25、角度編碼器，其設(shè)置在假肢接近所述膝上接受腔固定件的一端；

26、驅(qū)動器，其設(shè)置在假肢上，并通過導(dǎo)線與所述調(diào)節(jié)電機及所述液壓泵電機連接；

27、壓力傳感器，其固定連接在膝關(guān)節(jié)小腿管底部；

28、其中，所述imu慣性傳感器、所述角度編碼器、所述驅(qū)動器及所述壓力傳感器均與所述stm32單片機連接。

29、優(yōu)選的是，一種膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸的控制方法，其包括：

30、通過角度編碼器記錄膝關(guān)節(jié)實際角度，計算膝關(guān)節(jié)實際角度與膝關(guān)節(jié)期望角度的誤差值，將誤差值與系統(tǒng)設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，若誤差值大于系統(tǒng)設(shè)置的閾值，則通過驅(qū)動器驅(qū)動所述調(diào)節(jié)電機進(jìn)行二次修正，并且驅(qū)動所述液壓泵電機進(jìn)行正轉(zhuǎn)吸油或者反轉(zhuǎn)吸油運動，液壓油推動所述活塞桿調(diào)節(jié)位置，使膝關(guān)節(jié)達(dá)到膝關(guān)節(jié)期望角度。

31、優(yōu)選的是，還包括：

32、所述液壓泵電機持續(xù)運行，將所述活塞上方的液壓油持續(xù)泵入所述活塞桿下方，產(chǎn)生一個向上的推力，進(jìn)行運動助力。

33、本發(fā)明的有益效果是：

34、本發(fā)明提供的膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸，結(jié)構(gòu)簡單且緊湊、重量輕，能量消耗低，能夠穩(wěn)定且快速地調(diào)節(jié)阻尼，阻尼調(diào)節(jié)精準(zhǔn)。

35、本發(fā)明提供的膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸的控制方法，在阻尼缸調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次修正，實現(xiàn)阻尼缸調(diào)節(jié)為主，液壓泵助力為輔的運行策略，能夠在膝關(guān)節(jié)假肢擺動時進(jìn)行位置調(diào)控，進(jìn)行軌跡的跟蹤控制，有效降低假肢的能量消耗，提高助力效果。

技術(shù)特征：

1.一種膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸，其特征在于，還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸，其特征在于，所述錐形槽閥上端設(shè)有泄流口，中部設(shè)有錐形槽；所述錐形槽的小口徑端與所述調(diào)節(jié)閥連接管連通，所述錐形槽的大口徑端通過所述泄流口與所述主油路管連通。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸，其特征在于，還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸，其特征在于，還包括：

6.一種膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸的控制方法，用于控制如權(quán)利要求5所述的膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸的控制方法，其特征在于，還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種膝關(guān)節(jié)假肢用可助力氣液耦合阻尼缸及其控制方法，該阻尼缸包括：膝上接受腔固定件；液壓缸體；活塞桿，其一端同軸設(shè)置在所述液壓缸體內(nèi)，另一端從所述液壓缸體上端穿出與所述膝上接受腔固定件鉸接；限位卡座，其固定安裝在所述液壓缸體的下端；氣缸體，其上端與所述液壓缸體下端同軸連接，下端設(shè)有氣缸鉸鏈孔，與假肢鉸接；其中，所述限位卡座上沿軸向開設(shè)有補償孔，并通過所述補償孔將所述液壓缸體下端及所述氣缸體上端連通；氣活塞，其設(shè)置在所述氣缸體內(nèi)；充氣閥，其設(shè)置在所述氣缸體的下端，所述充氣閥與所述氣缸體連通。

技術(shù)研發(fā)人員：任雷,宋厚楠,馬永新,錢志輝,王坤陽,任露泉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23