一种膝关节摩擦试验机构及其试验方法技术

本申请公开了一种膝关节摩擦试验机构及其试验方法，包括膝关节假体、机架、六维力传感器、滑台底板、滑台固定板、第一步态驱动装置、转接轴、第二步态驱动装置、第三步态驱动装置和控制器，所述控制器分别与所述六维力传感器、所述第一步态驱动装置、所述第二步态驱动装置和所述第三步态驱动装置连接，以通过所述控制器根据各步态数据分别所述第一步态驱动装置、所述第二步态驱动装置和所述第三步态驱动装置动作，以完成股骨屈曲步态动作、前后位移步态动作和垂直载荷步态动作，并通过所述六维力传感器获取各个步态动作对应的力学数据，从而达到了模拟人体膝关节复杂的多自由度生理运动，显示膝关节正确的生物运动特征的目的。的。的。

【技术实现步骤摘要】
一种膝关节摩擦试验机构及其试验方法


[0001]本申请涉及膝关节摩擦试验
，尤其涉及一种膝关节摩擦试验机构及其试验方法。

技术介绍

[0002]目前人工膝关节摩擦磨损实验设备以销盘式为主，其主要通过滑动接触的方式进行摩擦磨损的试验。虽然这种设备能以较快速度完成摩擦磨损测试，但这类试验机仅能模拟膝关节中胫骨相对于股骨的前后位移，却不能模拟人体膝关节复杂的多自由度生理运动(如股骨屈曲和垂直载荷)，从而无法显示膝关节正确的生物运动特征。
[0003]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0004]本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种膝关节摩擦试验机构及其试验方法，旨在模拟人体膝关节复杂的多自由度生理运动，以显示膝关节正确的生物运动特征。
[0005]本申请解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0006]一种膝关节摩擦试验机构，其包括膝关节假体和机架，其还包括：
[0007]六维力传感器，与所述膝关节假体的下端连接；
[0008]滑台底板，布置于所述机架上；所述机架上设置有导向柱，所述导向柱沿垂直方向布置并与所述滑台底板滑动连接；
[0009]滑台固定板，滑动连接于所述滑台底板上，并与所述六维力传感器的下端连接；
[0010]第一步态驱动装置，设置于所述机架上，并与所述滑台固定板连接，以驱动所述滑台固定板沿前后方向往复滑动；
[0011]转接轴，转动连接于所述机架上，并与所述膝关节假体的上端连接；/>[0012]第二步态驱动装置，设置于所述机架上，并与所述转接轴连接，以驱动所述转接轴沿竖直平面转动；
[0013]第三步态驱动装置，设置于所述机架上，并与所述滑台底板的下端连接，以驱动所述滑台底板相对于所述导向柱沿垂直方向往复移动；
[0014]控制器，设置于所述机架上，并分别与所述六维力传感器、所述第一步态驱动装置、所述第二步态驱动装置和所述第三步态驱动装置连接。
[0015]所述膝关节摩擦试验机构，其还包括：
[0016]至少一个导轨，设置于所述机架上；所述导轨沿前后方向延伸布置；
[0017]滑台，设置于所述滑台固定板的下端，并与所述导轨滑动连接。
[0018]所述膝关节摩擦试验机构，其中，所述第一步态驱动装置包括：
[0019]第一滚珠丝杆电动缸，设置于所述机架上，并位于所述滑台固定板的前侧或后侧；
[0020]所述第一滚珠丝杆电动缸的输出端与所述滑台连接，并用于驱动所述滑台沿前后
方向往复滑动。
[0021]所述膝关节摩擦试验机构，其还包括：
[0022]轴承压盖，设置于所述膝关节假体的下端；
[0023]膝关节固定板，设置于所述六维力传感器的上端；
[0024]透明油盒，设置于所述膝关节固定板的上端；所述轴承压盖位于所述透明油盒内。
[0025]所述膝关节摩擦试验机构，其中，所述第二步态驱动装置包括：
[0026]电机支架，设置于所述机架上，并位于所述膝关节假体的左侧或右侧；
[0027]伺服电机，设置于所述电机支架上，并与所述转接轴连接，以驱动所述转接轴沿竖直平面转动。
[0028]所述膝关节摩擦试验机构，其中，所述第二步态驱动装置还包括：
[0029]减速器，设置于所述电机支架上，并分别与所述伺服电机和所述转接轴连接。
[0030]所述膝关节摩擦试验机构，其中，所述转接轴包括：
[0031]两个支撑板，对称且间隔布置于所述膝关节假体的左右两侧；
[0032]固定板，分别与两个支撑板、以及所述膝关节假体的上端连接；
[0033]其中一个支撑板与所述第二步态驱动装置连接，以在所述第二步态驱动装置的驱动下沿竖直平面转动；所述机架上还设置有对称布置的两个支座，两个支座分别位于所述转接轴的左右两侧，并与所述支撑板一一对应转动连接。
[0034]所述膝关节摩擦试验机构，其中，所述第三步态驱动装置包括：
[0035]第二滚珠丝杆电动缸，设置于所述机架上，且其输出端竖直向上布置；
[0036]调整座，设置于所述滑台底板的下端；
[0037]弹性件，下端与所述第二滚珠丝杆电动缸的输出端连接，上端与所述调整座连接。
[0038]所述膝关节摩擦试验机构，其还包括：
[0039]环形滑块，套设于所述第一步态驱动装置上，以在所述第一步态驱动装置的驱动下沿前后方向往复移动；
[0040]卡合部，设置于所述滑台固定板上；
[0041]所述卡合部上设置有卡槽，所述卡槽沿垂直方向贯穿所述卡合部；所述环形滑块位于所述卡槽内，并可相对于所述卡合部沿垂直方向移动。
[0042]基于所述膝关节摩擦试验机构的试验方法，所述试验方法包括如下步骤：
[0043]控制器根据预先输入的步态标准数据，控制对应的步态驱动装置按照步态数据执行相应的步态动作，其中，所述步态标准数据包括步态动作类型和相对应的步态数据；
[0044]通过六维力传感器捕捉各个步态动作对应的力学数据，以根据所述力学数据获取完整步态周期运动特征。
[0045]本申请中，通过所述控制器根据各步态数据分别所述第一步态驱动装置、所述第二步态驱动装置和所述第三步态驱动装置动作，以完成股骨屈
[0046]曲步态动作、前后位移步态动作和垂直载荷步态动作，并通过所述六维力5传感器获取各个步态动作对应的力学数据，从而达到了模拟人体膝关节复
[0047]杂的多自由度生理运动，显示膝关节正确的生物运动特征的目的。
附图说明
[0048]图1是所述膝关节假体的结构示意图；
[0049]图2是步态标准数据中，前后位移步态动作对应的步态数据；
[0050]图3是步态标准数据中，股骨屈曲步态动作对应的步态数据；
[0051]图4是步态标准数据中，垂直载荷步态动作对应的步态数据；
[0052]图5是本申请中所述膝关节摩擦试验机构的整体结构示意图；
[0053]图6是本申请中隐藏所述机架后，所述膝关节摩擦试验机构的立体视图；
[0054][0055]图7是本申请中隐藏所述机架后，所述膝关节摩擦试验机构的主视图；
[0056]图8是本申请中所述膝关节摩擦试验机构的主视爆炸图；
[0057]图9是本申请中所述膝关节摩擦试验机构的部分结构爆炸示意图；
[0058]图10是本申请中所述第一步态驱动装置的结构示意图；
[0059]图11是本申请中所述膝关节摩擦试验机构的功能原理框图；
[0060]图12是本申请中所述膝关节摩擦试验机构的试验方法的流程图。
具体实施方式
[0061]为使本申请的目的、技术方案及优点更加清除、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膝关节摩擦试验机构，其包括膝关节假体和机架，其特征在于，其还包括：六维力传感器，与所述膝关节假体的下端连接；滑台底板，布置于所述机架上；所述机架上设置有导向柱，所述导向柱沿垂直方向布置并与所述滑台底板滑动连接；滑台固定板，滑动连接于所述滑台底板上，并与所述六维力传感器的下端连接；第一步态驱动装置，设置于所述机架上，并与所述滑台固定板连接，以驱动所述滑台固定板沿前后方向往复滑动；转接轴，转动连接于所述机架上，并与所述膝关节假体的上端连接；第二步态驱动装置，设置于所述机架上，并与所述转接轴连接，以驱动所述转接轴沿竖直平面转动；第三步态驱动装置，设置于所述机架上，并与所述滑台底板的下端连接，以驱动所述滑台底板相对于所述导向柱沿垂直方向往复移动；控制器，设置于所述机架上，并分别与所述六维力传感器、所述第一步态驱动装置、所述第二步态驱动装置和所述第三步态驱动装置连接。2.根据权利要求1所述膝关节摩擦试验机构，其特征在于，其还包括：至少一个导轨，设置于所述机架上；所述导轨沿前后方向延伸布置；滑台，设置于所述滑台固定板的下端，并与所述导轨滑动连接。3.根据权利要求2所述膝关节摩擦试验机构，其特征在于，所述第一步态驱动装置包括：第一滚珠丝杆电动缸，设置于所述机架上，并位于所述滑台固定板的前侧或后侧；所述第一滚珠丝杆电动缸的输出端与所述滑台连接，并用于驱动所述滑台沿前后方向往复滑动。4.根据权利要求1所述膝关节摩擦试验机构，其特征在于，其还包括：轴承压盖，设置于所述膝关节假体的下端；膝关节固定板，设置于所述六维力传感器的上端；透明油盒，设置于所述膝关节固定板的上端；所述轴承压盖位于所述透明油盒内。5.根据权利要求1所述膝关节摩擦试验机构，其特征在于，所述第二步态驱动装置包括：电机支架，设置于所述机架上，并位于所述膝关节...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭业萍，周友逸，徐星宇，曹广忠，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：