【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于假肢，具体涉及一种应用于假肢膝关节的半主动/主动混合模式的直线型磁流变执行器。
技术介绍
1、根据国家康复辅具研究中心2020年公布的《我国假肢与矫形器行业的历史、现状与展望》，截至2018年，我国有肢体残障者2412万，其中截肢人数为226万；在226万截肢者中，已装配假肢的有90万，约占截肢人数的40％。随着科技的不断进步，假肢设计领域也在不断创新与发展。假肢是一种能够帮助失去肢体功能的人恢复日常生活能力的装置。过去，假肢的设计多以机械为主，功能较为有限。然而，随着科技的进步，如今的假肢设计已经取得了巨大的突破，实现了更加精确、灵活和自然的运动。为了开发功能更为优益的下假肢，假肢膝关节也是关键技术之一。为了能使假肢的运动尽量模拟人体膝关节的运动，技术人员做出了许多革新。
2、膝上截肢者对于假肢膝关节有两个需求，功能需求和外观需求。而目前的研究，将假肢膝关节的功能需求又分为半主动控制功能和主动控制功能。基于磁流变液的阻尼器只能满足假肢膝关节半主动控制功能，无法满足主动控制功能需求。目前众多研究者们开发的“基于磁流变液的半主动和主动假肢膝关节”，都采用增加主动电机的情况下，实现完整的功能需求。但是，这些开发的“基于磁流变液的半主动和主动假肢膝关节”，要么直接将旋转电机安装在膝关节位置，要么是将电机、丝杆、阻尼器集成于小腿，占用空间很大，很容易影响腿部的灵活性，并且无法满足需求者对假肢外观的审美问题。因此，急需在现有的技术基础上尝试将磁流变阻尼器应用在下假肢膝关节上，使假肢的运动更加符合人体力学，具备更完
技术实现思路
1、针对目前的假肢无法同时满足假肢膝关节半主动控制功能和主动控制功能，以及兼具富有美感的外观的问题，本专利技术提供了一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器及其应用。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
3、一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，包括磁流变阻尼器、传感器、控制器和电流驱动器；所述控制器分别连接传感器、电流驱动器和电机驱动器；所述电流驱动器连接励磁线圈，所述电机驱动器连接笔式推杆电机，所述传感器用于测量笔式推杆电机和活塞杆的位置，并将信号反馈给控制器；
4、所述磁流变阻尼器由外缸体、内缸体、活塞管和笔式推杆电机组成；所述内缸体固定在外缸体中，且所述内缸体套设在活塞管外；所述活塞管套设在笔式推杆电机外，在活塞管与笔式推杆电机之间还设有套筒；所述笔式推杆电机由电机机座和伸缩杆组成，套筒和电机机座是固定的；
5、所述内缸体由顶部的上端挡、底部的下端挡，以及在上端挡和下端挡之间设置的若干导磁盘和若干绕线盘组成；在所述的上端挡和所述的下端挡与导磁盘之间均设有密封圈；每一个绕线盘设置在两个导磁盘之间，且在所述绕线盘上绕有励磁线圈；所述励磁线圈与电流驱动器电性连接；在导磁盘和绕线盘与活塞管之间的间隙内填充有磁流变液，两端由上端挡、下端挡和密封圈对磁流变液进行密封。
6、进一步，所述内缸体包括顶部的上端挡、密封圈和下端挡，还包括设置在活塞管中间位置的活塞头；励磁线圈缠绕在活塞头的凹槽中；活塞头与外缸体之间形成节流通道；所述密封圈设置在上端挡与活塞管之间和下端挡与活塞管之间；在上端挡、下端挡、活塞管与外缸体之间形成的密封空间内填充有磁流变液；所述活塞头和活塞管采用导磁率相同的材料制成。
7、进一步，所述内缸体包括顶部的上端挡和密封圈；还包括设置在活塞管底部位置的活塞头；励磁线圈缠绕在活塞头的凹槽中；活塞头与外缸体之间形成节流通道；所述密封圈设置在上端挡与活塞管之间；在活塞头下方与外缸体底部之间还设有浮动活塞，外缸体底部是封闭状态；所述上端挡、活塞管、外缸体和浮动活塞形成一个封闭腔，且填充有磁流变液；所述浮动活塞和外缸体下部形成一个气缸，气缸内充有压缩气体，浮动活塞和气缸组成回位装置。
8、进一步，所述导磁盘、活塞管和外缸体均必须采用具有高导磁的软钢材料制成，除所述导磁盘、活塞管和外缸体以外的部分均由非磁性材料制成。
9、进一步，每个所述绕线盘的上部和绕线盘的下部均设有限位环，且每个所述导磁盘的上部和导磁盘的下部均设有与限位环相对应的凹槽，用于限制绕线盘和导磁盘的位置。
10、进一步，所述套筒为铜质套筒，用于避免磁流变阻尼器的磁场影响电机运行。
11、进一步，所述导磁盘和绕线盘的一侧开设有引线槽，用于使缠在绕线盘上的励磁线圈通过引线槽从外缸体侧面的引线口引出。
12、进一步，绕线盘上的励磁线圈的缠绕顺序是交错缠绕，用于保证每个线圈之间产生的磁路不冲突。
13、进一步，每一个励磁线圈的磁场都起于绕线盘上方的导磁盘，穿过磁流变液的液流间隙和活塞管，然后再次经过磁流变液的液流间隙，沿着位于下方的导磁盘和外缸体，最终回到位于上方的导磁盘形成闭合工作磁回路。
14、一种如上所述的假肢膝关节的直线型磁流变执行器在假肢膝关节的半主动/主动混合模式中的应用；所述半主动/主动混合模式包括半主动模式和主动模式；
15、所述的半主动模式为：当笔式推杆电机内的直流电机电压为零时，伸缩杆、电机机座和活塞管之间是固定不动的；因此，当活塞管相对于内缸体移动时，通过改变励磁线圈的电流进而改变内缸体和活塞管两者之间的阻尼力；磁流变阻尼器的受控阻尼力通过伸缩杆输出，实现了执行器的半主动模式；
16、所述的主动模式为：当给励磁线圈施加最大电流时，活塞管与内缸体之间会产生阻尼力；在保证产生的阻尼力大于伸缩杆推力的情况下，活塞管与内缸体是相对固定的；外缸体、内缸体、活塞管和电机机座之间也是固定不动的；当笔式推杆电机内的直流电机通控制电压时，伸缩杆相对于磁流变阻尼器做伸缩运动，实现了执行器的主动模式。
17、当活塞管在内缸体中移动时，励磁线圈中的电流和活塞管与内缸体之间的速度共同决定了磁流变阻尼器的阻尼力。
18、与现有技术相比本专利技术具有以下优点：
19、通过采用磁流变阻尼器作为主要的阻尼力控制组件，该假肢膝关节执行器的阻尼力连续、阻尼逆顺可调，可调范围大、响应快，在微处理器控制下可更好地配合模拟人体膝盖弯曲的动作，且该磁流变执行器可与假肢膝关节集成为一体，即假肢膝关节的小腿支撑部充当磁流变阻尼器的缸体，占用空间小，结构更加紧凑，可在此基础上设计比传统结构更加美观的假肢。
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1.一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，其特征在于：包括磁流变阻尼器(1)、传感器(19)、控制器(20)、电流驱动器(21)和电机驱动器(22)；
2.根据权利要求1所述的一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，其特征在于：所述内缸体(3)包括顶部的上端挡(9)、密封圈(10)和下端挡(14)，还包括设置在活塞管(4)中间位置的活塞头(23)；励磁线圈(13)缠绕在活塞头(23)的凹槽中；活塞头(23)与外缸体(2)之间形成节流通道(24)；
3.根据权利要求1所述的一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，其特征在于：所述内缸体(3)包括顶部的上端挡(9)和密封圈(10)；
4.根据权利要求1所述的一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，其特征在于：所述导磁盘(11)、活塞管(4)和外缸体(2)均必须采用具有高导磁的软钢材料制成，除所述导磁盘(11)、活塞管(4)和外缸体(2)以外的部分均由非磁性材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，其特征在于：每个所述绕线盘(12)的上部和绕线盘(12)的下部均设有限位环(
6.根据权利要求1所述的一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，其特征在于：所述套筒(5)为铜质套筒，用于避免磁流变阻尼器的磁场影响电机运行(1)。
7.根据权利要求1所述的一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，其特征在于：所述导磁盘(11)和绕线盘(12)的一侧开设有引线槽(17)，用于使缠在绕线盘(12)上的励磁线圈(13)通过引线槽(17)从外缸体(2)侧面的引线口(18)引出。
8.根据权利要求1所述的一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，其特征在于：绕线盘(12)上的励磁线圈(13)的缠绕顺序是交错缠绕，用于保证每个线圈之间产生的磁路不冲突。
9.根据权利要求1所述的一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，其特征在于：每一个励磁线圈(13)的磁场都起于绕线盘(12)上方的导磁盘(11)，穿过磁流变液(15)的液流间隙和活塞管(4)，然后再次经过磁流变液(15)的液流间隙，沿着位于下方的导磁盘(12)和外缸体(2)，最终回到位于上方的导磁盘(11)形成闭合工作磁回路。
10.一种如权利要求1～9任意一项所述的假肢膝关节的直线型磁流变执行器在假肢膝关节的半主动/主动混合模式中的应用，其特征在于：所述半主动/主动混合模式包括半主动模式和主动模式；
...【技术特征摘要】
1.一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，其特征在于：包括磁流变阻尼器(1)、传感器(19)、控制器(20)、电流驱动器(21)和电机驱动器(22)；
2.根据权利要求1所述的一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，其特征在于：所述内缸体(3)包括顶部的上端挡(9)、密封圈(10)和下端挡(14)，还包括设置在活塞管(4)中间位置的活塞头(23)；励磁线圈(13)缠绕在活塞头(23)的凹槽中；活塞头(23)与外缸体(2)之间形成节流通道(24)；
3.根据权利要求1所述的一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，其特征在于：所述内缸体(3)包括顶部的上端挡(9)和密封圈(10)；
4.根据权利要求1所述的一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，其特征在于：所述导磁盘(11)、活塞管(4)和外缸体(2)均必须采用具有高导磁的软钢材料制成，除所述导磁盘(11)、活塞管(4)和外缸体(2)以外的部分均由非磁性材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种假肢膝关节的直线型磁流变执行器，其特征在于：每个所述绕线盘(12)的上部和绕线盘(12)的下部均设有限位环(16)，且每个所述导磁盘(11)的上部和导磁盘(11)的下部均设有与限位环(16)相对应的凹槽，用于限制绕线盘(12)和导磁盘(11...
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