【技术实现步骤摘要】
一种六自由度膝关节运动模拟系统
本专利技术主要围绕膝关节前交叉韧带修复手术的术后检查、膝关节运动损伤，提供一种模拟人体膝关节运动的六自由度膝关节运动模拟系统。
技术介绍
人体膝关节的运动作为人体最为复杂的运动之一，许多临床机构在膝关节受到运动损伤的条件下，研究膝关节的运动和组织载荷情况。其中对于韧带结构性损伤，连接膝关节的前交叉韧带(ACL)受损是最为严重而常见的运动创伤之一。据统计，所有膝关节韧带损伤中前交叉韧带(ACL)损伤占的比例为61％，主要是膝关节的剧烈扭动、慢跑急停、跳跃着地或是直接的膝部撞击等原因造成的，属于典型的非接触性损伤。当人体膝关节受到运动损伤后，膝关节的运动范围受到限制，或者胫骨股骨之间形成非正常角度，前交叉韧带发生非正常变形。为了研究当人体膝关节受到运动损伤后，膝关节胫骨、前交叉韧带以及股骨之间的运动姿态、受力关系，需要一套可以模拟在正常和非正常受力下人体膝关节的运动系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术层面存在的缺陷，提供一种六自由度人体膝关节运动模拟系统，可以...
【技术保护点】
1.一种六自由度人体膝关节运动模拟系统，包括框架（1）、弧形轨道运动机构（2）、3RRR球面并联机构（3）、Z轴升降机构（4）、XY二维伺服运动平台（5）和控制系统，其特征在于：所述框架（1）底部布放XY二维伺服运动平台（5），Z轴升降机构（4）布放在XY二维伺服运动平台（5）的Y轴运动平台上，实现XYZ三个方向上的直线运动，3RRR球面并联机构（3）布放在Z轴升降机构（4）上，实现XYZ三个方向的旋转运动，弧形轨道运动机构（2）布放在框架（1）顶部，用于补偿股骨运动角度；控制系统控制所有运动机构中的电机，旋转给定角度，到达期望位姿而模拟人体膝关节运动。/n
【技术特征摘要】
1.一种六自由度人体膝关节运动模拟系统，包括框架（1）、弧形轨道运动机构（2）、3RRR球面并联机构（3）、Z轴升降机构（4）、XY二维伺服运动平台（5）和控制系统，其特征在于：所述框架（1）底部布放XY二维伺服运动平台（5），Z轴升降机构（4）布放在XY二维伺服运动平台（5）的Y轴运动平台上，实现XYZ三个方向上的直线运动，3RRR球面并联机构（3）布放在Z轴升降机构（4）上，实现XYZ三个方向的旋转运动，弧形轨道运动机构（2）布放在框架（1）顶部，用于补偿股骨运动角度；控制系统控制所有运动机构中的电机，旋转给定角度，到达期望位姿而模拟人体膝关节运动。
2.根据权利要求1所述的六自由度人体膝关节运动模拟系统，其特征在于：所述弧形轨道运动机构（2）包括两块弧形板，其中一块外弧侧做成弧形齿条（13），弧形齿条的半径与股骨长度一致，目的是让股骨与弧形板同心；两块弧形板中间开弧形槽，弧形槽长度对应角度为100°，开弧形槽（10）的目的是让轴承（11）在槽内滑动；两块弧形板靠上端连接板（9）和下端连接板（12）连接，中间是股骨夹具，外形和胫骨夹具很像，为了方便安装，一个圆筒夹具由两块半圆筒（18、17）组装而成，使用其上的上、下弧形夹块（19）来夹紧股骨；在圆筒夹具上端固定一个步进电机，该电机输出轴外接小齿轮（16），该小齿轮（16）与弧形齿条（13）啮合，该电机的电机座（15）与一个夹具（14）固定，该夹具（14）与圆筒夹具固定，电机旋转带动小齿轮（16）在齿条（13）上运动，使得整个夹具结构在两侧板内弧形槽中滑动。
3.根据权利要求1所述的六自由度人体膝关节运动模拟系统，其特征在于：所述3RRR球面并联机构（3）：该机构有上下两个三角形平台，分别为动平台（22）和静平台（25）；3RRR并联机构能够实现绕XYZ三个轴的转动，静平台上安装三个伺服电机以及减速器、电机座（24）与下弧杆（27）连接、下弧杆（27）的另一端与上弧杆（23）连接、最后上弧杆（23）再与动平台（22）连接；上弧杆（23）与下弧杆（27）之间通过台阶轴（28）和法兰轴承固定，两者可以相对转动；伺服电机输出轴通过减速器驱动下弧杆（27），因为上下弧杆（23、27）自身的角度和长度，导致整个动平台（22）朝某个方向旋转或者俯仰一定角度，在电机座的侧边设有接近开关，目的是检测此时机构的位姿并且将机构复位到零点；在整个动平台（22）上设有胫骨夹具机构，夹具分为两个部分，由带法兰的空心圆筒（21）和弧形...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔泽，倪高峰，钱东海，黄赛帅，陈增昊，杨洪鑫，朱丹杰，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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