本发明专利技术公开了一种具有四支链的六自由度并联外固定支架，包括上下间隔设置的上固定环和下固定环，上固定环与下固定环之间布置的四个相同拓扑结构的支链，其中第一支链和第三支链分别包括两个主动驱动关节和两个被动关节，第二支链和第四支链分别包括一个主动驱动关节和三个被动关节，四条支链分别通过两端的移动副和转动副与上固定环和下固定环连接，第一、第二、第三和第四支链与上固定环和下固定环共同构成具有三个转动自由度和三个平动自由度的空间并联外固定支架。根据本发明专利技术的四支链六自由度并联外固定支架，可实现下固定环空间三个转动自由度和三个移动自由度，同时可以锁定关节，使该外固定支架实现空间六自由度的运动和固定功能。运动和固定功能。运动和固定功能。
【技术实现步骤摘要】
一种四支链六自由度并联外固定支架
[0001]本专利技术涉及骨科外固定器械，特别涉及一种由四条支链和两个固定环组成的、工作空间大、质量轻刚度高的并联外固定支架。
技术介绍
[0002]在创伤性骨折复位和畸形骨治疗中，需要对骨折断端或截骨的骨块进行有效的调整以实现骨的复位；同时，复位后对骨块进行有效的固定，可以为康复提供安全可靠的生物力学环境。并联机构因其刚度大、精度高的特点被广泛应用于骨科领域。使用由多根可调节支链构成的并联外固定支架，不仅可以实现石膏、夹板或髓内钉等传统外固定器械的固定骨块功能，还可以在微创条件下一定程度上复位骨折。因此，骨科外固定支架及相应技术具有广阔的应用前景。
[0003]专利US4979348A提出了一种最早用于临床的并联外固定支架，该机构由两个结构相同的固定环和多根长度相同的螺纹杆组成。固定环上分布多个连接孔，螺纹杆穿过固定环的连接孔，通过安装于螺纹杆上的螺母可实现固定环之间的相对平移或者固定。该支链结构简单、调节和固定稳定，但仅有单一调节自由度，灵活性差，无法应用于一般的空间骨折和复杂的畸形骨治疗，局限性大。
[0004]专利US6030386A和专利US9295493B2基于上述提出了一类改进的并联外固定支架，该类支架由六条完全相同的支链和两个固定环组成，具有空间六自由度。六条支链通过两端的铰链与固定环相连接，通过调节六条支链的长度，可实现两个固定环的六自由度相对运动，进而实现骨折复位；完成骨折复位后，停止调节支链，外固定支架维持骨折断端的相对稳定。这类外固定支架可以实现骨折空间畸形的复位，满足临床高精度、稳定的要求。但该结构的六条支链具有周向对称的布局，支链数较多，实际使用时医生通过骨外固定针将固定环与断骨固连，支链易与骨外固定针的连接零件干涉，使得支架工作空间不足；另外，拍摄透视影像诊断病情时，六条支链易遮挡骨折患处、干扰观察，严重影响局部参数的提取和分析；此外，六条支链的支架整体质量较重，零件数目较多，不易医生手术过程中的灵活移动和患者术后康复的长期携带。
[0005]专利CN108478266A提出一种三支链的并联外固定支架，该机构由三条拓扑结构相同的支链组成，每条支链由两个主动驱动关节和一个被动关节组成，该支架用较少数目的支链实现六自由度的骨折复位，外固定支架的质量较轻，支链固定和复位精度较高。但该机构的运动控制复杂、电机质量较大；第一驱动副沿圆周割线方向，严重限制支链的工作空间；整体刚度较小，难以满足轻质高刚的需求。
[0006]专利US 9044271提出一种改进的三支链的并联外固定支架，每条支链由两组蜗轮蜗杆运动副、一组回转运动副和一组球面运动副组成。这种外固定支架整体刚度较高，但三支链必须对称安装，灵活性差，且整体尺寸大，重量大，驱动关节难以精确调节，实用性较差。
[0007]专利CN 110216658A提出了一种具有四支链的并联机构，主要包括两个相对运动
的平台，四条支链组成，其中包括三种不同结构的支链，整机机构可实现三个方向转动和两个方向移动，具有五自由度。这种四支链机构与上述专利结构特点类似，整体刚度较大，但零件布局相对复杂，重量大，不能安装针环，无法应用于骨折外固定上。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种由四条支链和两个固定环组成的、工作空间大、质量轻、精度刚度高的四支链六自由度并联外固定支架，可以精确地矫正长骨骨块之间的六自由度空间畸形，保证肢体的骨折精准复位、可靠固定和有效康复。
[0009]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0010]本专利技术的一种四支链六自由度并联外固定支架，包括上下间隔设置的上固定环和下固定环，在所述的上固定环与下固定环之间布置有四个具有相同拓扑结构的支链，分别为第一支链、第二支链、第三支链和第四支链，所述的上固定环为具有上下表面相平行的环状结构，沿所述的上固定环的圆周方向在上固定环的环面上均布有数个上连接孔，所述的上连接孔的轴线与上固定环的中轴线平行。所述的下固定环为具有上下表面相平行的环状结构，沿所述的下固定环的圆周方向在下固定环的环面上均布有数个下连接孔，所述的下连接孔的轴线与下固定环的中轴线平行；
[0011]在所述的上固定环的外侧壁上以上固定环的中轴线为对称轴对称设置有两个相同大小的外轮齿结构，在所述的上固定环上固定有四段弧形滑轨，分别为沿上固定环外圆周方向依次设置的第一段弧形滑轨、第二段弧形滑轨、第三段弧形滑轨和第四段弧形滑轨，其中位于两个外轮齿结构位置处的分别为第一段弧形滑轨、第三段弧形滑轨；每段弧形滑轨均包括本体，所述的本体的两端分别与上固定环的底壁通过滑轨螺栓固连，所述的本体设置在上固定环的外侧，在所述的本体上开有弧形槽，所述的本体的外壁为与弧形槽弧度一致的弧形外壁，在每段弧形滑轨上设置有一个弧形移动副，分别为第一弧形移动副、第二弧形移动副、第三弧形移动副和第四弧形移动副，在每一个弧形滑轨外壁上沿平行于上固定环的中轴线方向设置有多道均布的指示刻线，所述的第一弧形移动副和第三弧形移动副均包括一个齿轮，每个齿轮分别与对应设置的一个外轮齿结构啮合配合，在所述的齿轮的顶部中间设置有一个直径小于齿轮的顶壁圆台，在所述的顶壁圆台中间以及齿轮的顶壁中间开有上中心孔，在所述的齿轮的底壁中间开有下中心孔，一根转动轴的下端与所述的上中心孔固定相连；
[0012]所述的第一支链和第三支链均包括一个第一移动滑块，所述的第一移动滑块包括第一弧形滑块，在所述的第一弧形滑块顶壁中间设置有连接轴，所述的第一弧形滑块的底壁与第一U型座的槽顶壁固定相连，所述的连接轴插入下中心孔并且与下中心孔固定相连，两个所述的第一弧形滑块分别位于第一段弧形滑轨或者第三段弧形滑轨的弧形槽中且能够沿弧形槽移动，两个第一U形端盖均设置有分别与第一段弧形滑轨或者第三段弧形滑轨的弧形外壁滑动配合的第一中间凹槽，在所述的两个第一U形端盖的上翼缘板内侧中间开有套在齿轮的顶壁圆台上的U形槽，所述的顶壁圆台与U形槽转动配合，在所述的两个第一U形端盖的下翼缘板内侧中间开有与对应设置的第一U型座的顶部外壁过盈卡紧配合的第一连接槽，每一个所述的第一U形端盖的上翼缘板和下翼缘板之间的左右两侧分别通过穿过第一段弧形滑轨或者第三段弧形滑轨的弧形槽的左螺栓以及右螺栓固定相连，所述的左螺
栓以及右螺栓能够沿弧形槽移动，第一弧形移动副以及第三弧形移动副的位移量通过第一U形端盖左端面在滑轨外壁上的刻度线的指示位置读取；
[0013]所述的第二弧形移动副和第四弧形移动副均包括第二支链和第四支链的第二移动滑块，两个所述的第二移动滑块均安装在第二段弧形滑轨和第四段弧形滑轨的弧形槽内且与弧形槽滑动连接，每一个所述的第二移动滑块的底壁与第二U 型座的槽顶壁固定相连，两个第二U形端盖分别设置有与第二段弧形滑轨或者第四段弧形滑轨的弧形外壁滑动配合的第二中间凹槽，在两个所述的第二U形端盖下翼缘板内侧中间开有分别与对应设置的第二U型座的顶部外壁过盈配合的第二连接槽，每个所述的第二U形端盖的上翼缘板和下翼缘板之间本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种四支链六自由度并联外固定支架，包括上下间隔设置的上固定环(101)和下固定环(103)，在所述的上固定环与下固定环之间布置有四个具有相同拓扑结构的支链，分别为第一支链(104)、第二支链(105)、第三支链(106)和第四支链(107)，所述的上固定环为具有上下表面相平行的环状结构，沿所述的上固定环的圆周方向在上固定环的环面上均布有数个上连接孔，所述的上连接孔的轴线与上固定环的中轴线平行，所述的下固定环为具有上下表面相平行的环状结构，沿所述的下固定环的圆周方向在下固定环的环面上均布有数个下连接孔，所述的下连接孔的轴线与下固定环的中轴线平行，其特征在于：在所述的上固定环的外侧壁上以上固定环的中轴线为对称轴对称设置有两个相同大小的外轮齿结构，在所述的上固定环上固定有四段弧形滑轨，分别为沿上固定环外圆周方向依次设置的第一段弧形滑轨、第二段弧形滑轨、第三段弧形滑轨和第四段弧形滑轨，其中位于两个外轮齿结构位置处的分别为第一段弧形滑轨、第三段弧形滑轨；每段弧形滑轨(102)均包括本体，所述的本体的两端分别与上固定环的底壁通过滑轨螺栓固连，所述的本体设置在上固定环的外侧，在所述的本体上开有弧形槽，所述的本体的外壁为与弧形槽弧度一致的弧形外壁，在每段弧形滑轨上设置有一个弧形移动副，分别为第一弧形移动副(201)、第二弧形移动副(202)、第三弧形移动副(203)和第四弧形移动副(204)，在每一个弧形滑轨外壁上沿平行于上固定环的中轴线方向设置有多道均布的指示刻线，所述的第一弧形移动副和第三弧形移动副均包括一个齿轮(302)，每个齿轮分别与对应设置的一个外轮齿结构啮合配合，在所述的齿轮的顶部中间设置有一个直径小于齿轮的顶壁圆台，在所述的顶壁圆台中间以及齿轮的顶壁中间开有上中心孔，在所述的齿轮的底壁中间开有下中心孔，一根转动轴(301)的下端与所述的上中心孔固定相连；所述的第一支链(104)和第三支链(106)均包括一个第一移动滑块(303)，所述的第一移动滑块包括第一弧形滑块，在所述的第一弧形滑块顶壁中间设置有连接轴，所述的第一弧形滑块的底壁与第一U型座的槽顶壁固定相连，所述的连接轴插入下中心孔并且与下中心孔固定相连，两个所述的第一弧形滑块分别位于第一段弧形滑轨或者第三段弧形滑轨的弧形槽中且能够沿弧形槽移动，两个第一U形端盖(304)均设置有分别与第一段弧形滑轨或者第三段弧...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨东兴，霍欣明，连宾宾，孙涛，宋轶民，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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