六自由度并联与摆动导杆机构组合膝关节置换假体磨损机，它由右部件、左部件及底座组成，右部件在本磨损机右侧，是驱动结构；左部件在本磨损机左侧，是执行结构；右部件里的飞轮，通过连接件与左部件里的滑块、导杆相连接，右部件和左部件都安装固定在底座上。本发明专利技术克服了现有技术的不足，能实现模拟人体膝关节运动特性的膝关节假体磨损测试，用于假体关节面磨损预测的检测及新假体形面的磨损测试，为全膝关节置换手术提供技术与数据。它在生物医学以及医疗器械制造领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种六自由度并联与摆动导杆机构组合膝关节置换假体磨损机，属于生物医学以及医疗器械制造领域。
技术介绍
膝关节是人体中最大、最重要、最复杂的关节，它起着支撑体重，平衡、传递及协调运动的作用；同时，还具有关节润滑与轻度损伤修复作用。但因膝关节的外裸性极易损伤。损伤后的关节通过全膝关节置換手术恢复膝关节功能。膝关节损伤人群来自疲劳损伤(老年人)、交通事故、极限运动及自然灾害(例如 地震、飓风等)等。现代化进程及较优越生活，促使社会的老龄化，交通繁忙及自然灾害，弓I起交通及天然事故发生頻繁，都促使关节置換人群增长迅速，导致膝关节假体制造业及全膝置換手术逐渐成为社会关注的焦点问题，同时，也成为国民经济的新增长点。但术后含膝假体的使用状况却不尽如意。由膝关节置换术后的随访调查表明术后假体磨损导致植入假体失效造成二次手术、假体磨损产生关节失稳及假体磨屑堵塞关节软骨组织细胞，引起其它类的关节疾病。由此，术后假体的磨损问题成为关节假体制造与应用领域的亟待解决的关键问题。与广阔的市场及迫切需求不相适应的是国内没有膝关节假体磨损检测的成型设备，也缺乏假体磨损测试实验器械，对假体磨损的研究也不广泛，因此，本申请应用六自由度并联与摆动导杆机构组合设计出膝关节置换假体磨损机，能模拟人体关节伸屈运动的旋转、翻转及位移运动及关节面间的运动磨损，目标是实现胫骨假体聚こ烯衬垫的磨损测试，为假体关节面间的磨损实验及新假体形面的磨损性能提供实验器械。
技术实现思路
I、目的本专利技术的目的是为了提供ー种六自由度并联与摆动导杆机构组合膝关节置换假体磨损机，它克服了现有技术的不足，能实现模拟人体膝关节运动特性的膝关节假体磨损测试，用于假体关节面磨损预测的检测及新假体形面的磨损测试。为全膝关节置換手术提供技术与数据。2、技术方案为了达到上述目的，本专利技术是这样构思的并联机构具有刚度大，承载能力强，精度高，结构简洁，累积误差小等优势。利用六自由度并联机构动平台可以模拟实现人体膝关节股骨在运动屈曲的过程中，胫骨相对于股骨作内旋、外旋、内翻、外翻、前移、后移等复杂的动作。同时利用摆动导杆机构把电机的回转运动转化为摆动运动，以驱动股骨作屈曲运动，这样通过设定初始參数，以实现股骨、胫骨运动耦合，达到同步协调运动的目的。本专利技术ー种六自由度并联与摆动导杆机构组合膝关节置换假体磨损机，它由右部件、左部件及底座组成，它们之间的位置连接关系是右部件在本磨损机右側，是本专利技术的驱动结构；左部件在本磨损机左側，是本专利技术的执行结构；右部件里的可调曲柄——即飞轮，通过连接件与左部件里的滑块、导杆相连接，右部件和左部件都安装固定在底座上。所述右部件，见图1，包含电机、电机减速器、电机支撑平台和飞轮；它们之间的位置连接关系是电机与电机减速器同心连接并固定在电机支撑平台上，飞轮的圆柱凸台端安装在电机减速器的输出轴上。该电机是是底脚安装型齿轮减速三相异步电动机；该电机减速器型号是YCJ120-170-B3 ;该电机支撑平台是由型材制成的丌字型的金属结构支架；该飞轮是带圆柱凸台的圆盘状件。所述左部件，见图I，包含支撑架、液压缸、上、下球铰、球铰盖板、球铰底座、液压缸连接板、长轴、配重、动平台、股骨楔块、胫骨平台锅、导杆和滑块；它们之间的位置连接关系是股骨楔块设置在长轴中部，配重安装在长轴上并位于股骨楔块两侧，导杆和滑块套接并装在长轴的右端部位，长轴穿过两支撑架，而支撑架固定在底座上；胫骨平台锅置于股骨楔块的下方，胫骨平台锅下面与动平台上平面连接，动平台下平面通过螺栓、螺母与球铰底座连接，球铰底座下面依照次序是球铰盖板、上球铰、液压缸、液压缸连接板、下球铰、球铰盖板、球铰底座和底座，它们通过螺栓、螺母，彼此相连。该支撑架是由型材制成的倒T字型的金属结构支架；该液压缸是SMC公司生产的型号为CHN液压缸；该上、下球铰是按需选购的市购件；该球铰盖板是与上、下球铰配套使用的法兰盘状件；该球铰底座是与球铰盖板配套使用的两端带法兰盘状件；该液压缸连接板是与液压缸配套使用的凹形金属结构件；该·长轴是其上开有键槽的普通台阶轴；该配重是其上设置有安装孔的“8”字形金属块，如图13所示；该动平台是ー块其上设置有连接孔的圆形板料；该股骨楔块是其上设置有连接孔和沟槽的六面体件；该胫骨平台锅是带底板的圆环状件，由上而下依次包含股骨假体、胫骨聚こ烯衬垫、胫骨平台和胫骨平台锅固定板；其通过螺钉固定在动平台上平面，锅内可以加入类似于人体内环境的关节液或是润滑液；该股骨假体、胫骨聚こ烯衬垫以及胫骨平台是北京市春立正达医疗器械股份有限公司生产的T-Free膝关节假体产品；该胫骨平台锅固定板是L形状连接件；该导杆是一端设置有安装孔的普通圆轴；该滑块是其内安装有四排滚珠的四面体件，滑块是由上半滑块、下半滑块、滑块挡板和螺钉组合而成。所述底座是ー块矩形板料。其中，在底座上，加工六个圆形凹槽，这六个圆形凹槽成对称分布，每个圆形凹槽加工三个螺纹孔，用以固定球铰底座，其特征在于，六个圆形凹槽对称分布在圆周上，如图9所示，两两圆形凹槽对称轴成120度夹角。同时在底座上加工出支撑架、电机支撑平台凹槽以及相应的螺纹孔，以固定支撑架和电机支撑平台。其中，球铰底座安装在底座I上，其特征在于，球铰底座与水平面之间成60度夹角，为了使球铰活动空间范围更大，如图10所示,球铰底座轴线与球铰的轴线重合。球铰能够沿球铰底座轴线顶角为60度的圆锥体范围内活动。球铰底座与动平台6的安装固定则与其和底座安装的方向相反，使得动平台在初始位置能与底座保持平行。上下球铰则分别与相应的球铰底座相连，并且用球铰盖板固定球铰。将SMC公司生产的CHN液压缸连接在两球铰上，此液压缸内径为32mm，能够提供7MPa压カ。其中，将胫骨平台锅通过胫骨平台锅支架板及螺钉固定在动平台上，这样能够使胫骨平台锅随着动平台实现空间六自由度运动、即胫骨相对股骨的内旋、外旋、内翻、外翻、iu移、后移等运动特性。其中，将配重块5固定在长轴的两侧，其特征在于配重块制成下粗上细的“8”字形结构，以模拟膝关节承受的载荷，使力能够更好的加载于股骨与胫骨平台接触面上，股骨屈曲摆动更稳定，并且配重可以根据需要选择不同的重量，可调范围在400-1600N。其中，股骨的摆动通过电机驱动实现。其特征在于使用摆动导杆机构可以把电动机的回转运动转化为股骨的摆动，即屈曲运动，使整个装置结构更加紧凑。其特征也在于摆动导杆机构的曲柄由于较短，为了便于安装和制造及电机回转过程稳定，将曲柄制成飞轮(圆形可调曲柄)形式，并且在预定范围内可以调节股骨屈曲的角度。其中，摆动导杆机构的关键部件滑块，它是连接飞轮及导杆的装置。滑块不仅随着飞轮一起转动，它还要绕自身轴转动，并且相对导杆还有滑动。因此，滑块的设计制造要求较高。为了减少滑块滑动过程中的磨损，本专利技术将滑块内部设计成有滚珠的的形式，其特征在于滑块分为上下两个半部，每个半部有两排滚珠，如图7以及图8所示，通过滑块挡板将上下两个滑块半部连接在一起，这样变滑块相对于导杆的滑动摩擦为滚动摩擦，大大提高了滑块以及导杆的使用寿命，满足股骨屈曲运动500万次的要求。 3、优点及功效本专利技术的有益效果如下I)本专利技术满足isol4243标准的要求，可以实现股骨屈曲运动时，胫骨相对于本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.六自由度并联与摆动导杆机构组合膝关节置换假体磨损机，其特征在于它由右部件、左部件及底座组成，右部件在本磨损机右侧，是驱动结构；左部件在本磨损机左侧，是执行结构；右部件里的飞轮，通过连接件与左部件里的滑块、导杆相连接，右部件和左部件都安装固定在底座上； 所述右部件，包含电机、电机减速器、电机支撑平台和飞轮；电机与电机减速器同心连接并固定在电机支撑平台上，飞轮的圆柱凸台端安装在电机减速器的输出轴上；该电机是底脚安装型齿轮减速三相异步电动机；该电机减速器型号是YCJ120-170-B3 ;该电机支撑平台是由型材制成的丌字型的金属结构支架；该飞轮是带圆柱凸台的圆盘状件； 所述左部件，包含支撑架、液压缸、上、下球铰、球铰盖板、球铰底座、液压缸连接板、长轴、配重、动平台、股骨楔块、胫骨平台锅、导杆和滑块；股骨楔块设置在长轴中部，配重安装在长轴上并位于股骨楔块两侧，导杆和滑块套接并装在长轴的右端部位，长轴穿过两支撑架，而支撑架固定在底座上；胫骨平台锅置于股骨楔块的下方，胫骨平台锅下面与动平台上平面连接，动平台下平面通过螺栓、螺母与球铰底座连接，球铰底座下面依照次序是球铰盖板、上球铰、液压缸、液压缸连接板、下球铰、球铰盖板、球铰底座和底座，它们通过螺栓、螺母，彼此相连；该支撑架是由型材制成的倒T字型的金属结构支架；该液压缸是型号为CHN液压缸；该上、下球铰是按需选购的市购件；该球铰盖板是与上、下球铰配套使用的法兰盘状件；该球铰底座是与球铰盖板配套使用的两端带法兰盘状件；该液压缸连接板是与液压缸配套使用的凹形金属结构件；该长轴是其上开有键槽的普通台阶轴；该配重是其上设置有安装孔的“8”字形金属块；该动平台是一块其上设置有连接孔的圆形板料；该股骨楔块是其上设置有连接孔和沟槽的六面体件；该胫骨平台锅是带底板的圆环状件，由上而下依次包含股骨假体、胫骨聚乙烯衬垫、胫骨平台和胫骨平台锅固定板；其通过螺钉固定在动平台上平面，锅内加入类似于人体内环境的关节液或润滑液；该股骨假体、胫骨聚乙烯衬垫以及胫骨平台是型号为T-Free膝关节假体产品；该胫骨平台锅固定板是L形状连接件；该导杆是一端设置有安装孔的普通圆轴；该滑块是其内安装有四排滚珠的四面体件，滑块是由上半滑块、下半滑块、滑块挡板和螺钉组合而成...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄荣瑛，朱君，郑红光，郑海东，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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