一种多运动模式人工关节摩擦磨损实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多运动模式人工关节摩擦磨损实验装置，包括机架、关节屈曲传动模块、关节内外旋微动模块、加载模块和控制系统；本发明专利技术利用曲柄摇杆特性，由无级调速伸缩杆的长度调节，改变人工关节摆动幅度，实现对不同运动方式摆动不同角度的人工关节摩擦磨损测试；利用往复运动，模拟内外旋运动，避免整周运动带来的摩擦划痕对关节球头试件带来的干扰；利用固定装置中的连接器，达到单一运动和合成运动切换，保证切换后仍能平稳运作；上述各功能协同耦合，可以有效测试人工关节摩擦磨损工况，提升了对人工关节不同关节部位和不同运动方式摩擦磨损测试的能力，有效的进行合成运动测试及单一运动测试。测试及单一运动测试。

【技术实现步骤摘要】
一种多运动模式人工关节摩擦磨损实验装置


[0001]本专利技术涉及人工关节领域，是一种摩擦磨损测试装置，能够针对人工髋、膝关节进行多运动模式摩擦磨损实验测试。

技术介绍

[0002]自人工关节技术引进以来，人工关节得到了广泛的运用，为广大关节病患者带来了福音，减轻了患者的病痛。但是与之同时带来了诸多技术问题。人工关节模拟试验机已有的类型较多，其中摆轴式依靠基座与倾斜底座之间的相对运动来模拟髋关节在三个平面的摆动动作，但是该类实验机在各个方向的摆角是不同的，且无法进行合成运动；多轴式摆动角度由不同的轴系控制，可以进行不同角度调整，但多轴也导致机构设计复杂，从而增加很多额外因素，导致实验准确性降低；销盘式实验机能较好分析试验样品的摩擦磨损性能，但同样无法达到运动合成,且不能测试那种运动对人工关节损伤最大。为此目前需要一种人工关节摩擦磨损实验装置，能进行合成运动，能测量单一运动模式的摩擦磨损，减少过多轴系带来的其他因素干扰。目前摩擦磨损实验机只针对单一关节进行实验测试，不能做到膝关节，髋关节等不同部位摩擦磨损测试等一系列技术问题。

技术实现思路

[0003]为解决现有的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种多运动模式摩擦磨损实验装置，该装置关节屈曲传动模块能模拟人工关节矢状面的屈曲和冠状面的外展内收；关节内外旋微动模块能模拟人工关节横截面的旋转；加载模块调节装置运动方式，多运动或单一运动的切换；各大模块协同耦合，能实现多运动模式下人工关节摩擦磨损实验测试。既能测试单一运动模式下摩擦磨损最严重的磨损方式，又能测量多运动模式的摩擦磨损情况。能测试不同角度，在不同受力大小下的摩擦磨损情况，具有极强的综合性能，为人工关节摩擦磨损试验提供可靠实验数据。同时通过此装置观察其磨损状况，在不同润滑条件下，探究其摩擦状况，多运动模式的同时进行摩擦实验更具有科学性和现实性。
[0004]为达到上述目的，本专利技术的设计思路是：
[0005]一种多运动模式人工关节摩擦磨损实验装置，其特征在于：包括机架(E)、关节屈曲传动模块(A)、关节内外旋微动模块(C)、加载模块 (B)和控制系统(D)；
[0006]所述关节屈曲传动模块由步进电机(A
‑
1)、无级调速伸缩杆 (A
‑
2)、连杆(A
‑
3)、支撑轨道(A
‑
4)、关节球头试件(A
‑
5)和气压缸(A
‑
6) 构成，这些构件形成曲柄摇杆机构，所述无级调速伸缩杆(A
‑
2)将步进电机(A
‑
1)的动力传至连杆(A
‑
3)，连杆(A
‑
3)带动气压缸(A
‑
6)沿支撑轨道(A
‑
4)摆动，实现关节屈曲运动模式；
[0007]所述关节内外旋微动模块由臼杯(C
‑
1)、夹持板(C
‑
2)、臼杯支撑台(C
‑
3)、推力轴承(C
‑
4)、传动轴(C
‑
5)、旋转平台减速器(C
‑
6)和变速电机(C
‑
7)构成，所述夹持板(C
‑
2)与臼杯支撑台(C
‑
3)采用螺栓连接，调节螺栓位置，移动夹持板(C
‑
2)，能替换不同规格的臼杯(C
‑
1),所述变速电机(C
‑
7)与旋转平台减速器(C
‑
6)联接，将动力输出给传动轴 (C
‑
5)，带
动臼杯支撑台(C
‑
3)做往复微动，实现关节内外旋运动模式；
[0008]所述加载模块由固定装置(B
‑
1)、连接器(B
‑
2)和压力感应器(B
‑
3) 构成，所述压力感应器(B
‑
3)安装在气压缸(A
‑
6)侧面，所述固定装置 (B
‑
1)内设连接器(B
‑
2)，当仅模拟人工关节内外旋运动时，可将连接器(B
‑
1)与气压缸(A
‑
6)相连，使气压缸(A
‑
6)固定，当仅模拟人工关节屈曲运动或人工关节屈曲和内外旋合成运动时，将连接器(B
‑
2)与气压缸(A
‑
6)分开，气压缸(A
‑
6)可进行摆动，实现多运动模式的切换；
[0009]所述控制系统包括控制台(D
‑
1)、温控箱(D
‑
2)和照明灯(D
‑
3)，所述温控箱(D
‑
2)为人工关节提供工作环境温度，所述照明灯(D
‑
3)提供照明，便于观察，所述控制台(D
‑
1)经控制电路协同及控制整个设备的运转；
[0010]所述的一种多运动模式下人工关节摩擦磨损实验装置，其特征在于：所述连杆(A
‑
3)长度为165mm，无级调速伸缩杆(A
‑
2)的伸缩范围在35～80mm，气压缸(A
‑
6)摆动幅度范围为0～110
°
，从而实现人工关节摆动不同角度时的摩擦磨损实验测试。
[0011]所述的一种多运动模式下人工关节摩擦磨损实验装置，其特征在于：所述关节球头试件(A
‑
5)的直径范围在18～28mm，用于模拟身体不同部位的关节，调节气压缸(A
‑
6)的压力大小，从而实现人工关节承受不同载荷压力时的摩擦磨损实验测试。
[0012]所述的一种多运动模式下人工关节摩擦磨损实验装置，其特征在于：所述支撑轨道(A
‑
4)能限定气压缸(A
‑
6)滑动轨迹，且保障压力能传至关节球头试件(A
‑
5)，支撑轨道(A
‑
4)设有角度刻度，当气压缸(A
‑
6) 摆动时，支撑轨道(A
‑
4)上能对应显示角度。
[0013]所述的一种多运动模式下人工关节摩擦磨损实验装置，其特征在于：所述变速电机(C
‑
7)可调节微动频率和振幅，从而模拟髋关节 0
°
～60
°
的内外旋，也可模拟膝关节0
°
～5
°
的内外旋。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：所述装置可进行不同关节部位的摩擦磨损实验测试；所述装置可进行多运动模式下的摩擦磨损实验测试，实现人工关节冠状面，矢状面和横截面的运动模拟；所述装置可模拟一定角度内的横截面的摩擦磨损状况，相较于整周旋转更加真实的模拟人工关节的运动状况；以上功能协同耦合，能测试单一运动方式对人工关节的摩擦磨损情况，又能将屈曲、内外旋和伸展进行运动合成，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多运动模式人工关节摩擦磨损实验装置，其特征在于：包括机架(E)、关节屈曲传动模块(A)、关节内外旋微动模块(C)、加载模块(B)和控制系统(D)；所述关节屈曲传动模块由步进电机(A
‑
1)、无级调速伸缩杆(A
‑
2)、连杆(A
‑
3)、支撑轨道(A
‑
4)、关节球头试件(A
‑
5)和气压缸(A
‑
6)构成，这些构件形成曲柄摇杆机构，所述无级调速伸缩杆(A
‑
2)将步进电机(A
‑
1)的动力传至连杆(A
‑
3)，连杆(A
‑
3)带动气压缸(A
‑
6)沿支撑轨道(A
‑
4)摆动，实现关节屈曲运动模式；所述关节内外旋微动模块由臼杯(C
‑
1)、夹持板(C
‑
2)、臼杯支撑台(C
‑
3)、推力轴承(C
‑
4)、传动轴(C
‑
5)、旋转平台减速器(C
‑
6)和变速电机(C
‑
7)构成，所述夹持板(C
‑
2)与臼杯支撑台(C
‑
3)采用螺栓连接，调节螺栓位置，移动夹持板(C
‑
2)，能替换不同规格的臼杯(C
‑
1),所述变速电机(C
‑
7)与旋转平台减速器(C
‑
6)联接，将动力输出给传动轴(C
‑
5)，带动臼杯支撑台(C
‑
3)做往复微动，实现关节内外旋运动模式；所述加载模块由固定装置(B
‑
1)、连接器(B
‑
2)和压力感应器(B
‑
3)构成，所述压力感应器(B
‑
3)安装在气压缸(A
‑
6)侧面，所述固定装置(B
‑
1)内设连接器(B
‑
2)，当仅模拟人工关节内外旋运动时，可将连接器(B
‑
1)与气压缸(A
‑
6)相连，使气压缸(A
‑
6)固定，当仅模拟人工关节屈曲运动或人工...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘思思，刘春荣，邓宇星，贾海涛，刘金刚，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：