六自由度并聯(lián)與擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)組合膝關(guān)節(jié)置換假體磨損機(jī)制造技術(shù)

六自由度并聯(lián)與擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)組合膝關(guān)節(jié)置換假體磨損機(jī)，它由右部件、左部件及底座組成，右部件在本磨損機(jī)右側(cè)，是驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；左部件在本磨損機(jī)左側(cè)，是執(zhí)行結(jié)構(gòu)；右部件里的飛輪，通過(guò)連接件與左部件里的滑塊、導(dǎo)桿相連接，右部件和左部件都安裝固定在底座上。本實(shí)用新型專利技術(shù)克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，能實(shí)現(xiàn)模擬人體膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特性的膝關(guān)節(jié)假體磨損測(cè)試，用于假體關(guān)節(jié)面磨損預(yù)測(cè)的檢測(cè)及新假體形面的磨損測(cè)試，為全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)提供技術(shù)與數(shù)據(jù)。它在生物醫(yī)學(xué)以及醫(yī)療器械制造領(lǐng)域里具有較好的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種六自由度并聯(lián)與擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)組合膝關(guān)節(jié)置換假體磨損機(jī)，屬于生物醫(yī)學(xué)以及醫(yī)療器械制造領(lǐng)域。技術(shù)背景膝關(guān)節(jié)是人體中最大、最重要、最復(fù)雜的關(guān)節(jié)，它起著支撐體重，平衡、傳遞及協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的作用；同時(shí)，還具有關(guān)節(jié)潤(rùn)滑與輕度損傷修復(fù)作用。但因膝關(guān)節(jié)的外裸性極易損傷。損傷后的關(guān)節(jié)通過(guò)全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)恢復(fù)膝關(guān)節(jié)功能。膝關(guān)節(jié)損傷人群來(lái)自疲勞損傷(老年人)、交通事故、極限運(yùn)動(dòng)及自然災(zāi)害(例如地震、颶風(fēng)等)等?，F(xiàn)代化進(jìn)程及較優(yōu)越生活，促使社會(huì)的老齡化，交通繁忙及自然災(zāi)害，弓丨起交通及天然事故發(fā)生頻繁，都促使關(guān)節(jié)置換人群增長(zhǎng)迅速，導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)假體制造業(yè)及全·膝置換手術(shù)逐漸成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，同時(shí)，也成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的新增長(zhǎng)點(diǎn)。但術(shù)后含膝假體的使用狀況卻不盡如意。由膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后的隨訪調(diào)查表明術(shù)后假體磨損導(dǎo)致植入假體失效造成二次手術(shù)、假體磨損產(chǎn)生關(guān)節(jié)失穩(wěn)及假體磨屑堵塞關(guān)節(jié)軟骨組織細(xì)胞，引起其它類的關(guān)節(jié)疾病。由此，術(shù)后假體的磨損問(wèn)題成為關(guān)節(jié)假體制造與應(yīng)用領(lǐng)域的亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。與廣闊的市場(chǎng)及迫切需求不相適應(yīng)的是國(guó)內(nèi)沒(méi)有膝關(guān)節(jié)假體磨損檢測(cè)的成型設(shè)備，也缺乏假體磨損測(cè)試實(shí)驗(yàn)器械，對(duì)假體磨損的研究也不廣泛，因此，本申請(qǐng)應(yīng)用六自由度并聯(lián)與擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)出膝關(guān)節(jié)置換假體磨損機(jī)，能模擬人體關(guān)節(jié)伸屈運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)及位移運(yùn)動(dòng)及關(guān)節(jié)面間的運(yùn)動(dòng)磨損，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)脛骨假體聚乙烯襯墊的磨損測(cè)試，為假體關(guān)節(jié)面間的磨損實(shí)驗(yàn)及新假體形面的磨損性能提供實(shí)驗(yàn)器械。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
I、目的本技術(shù)的目的是為了提供一種六自由度并聯(lián)與擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)組合膝關(guān)節(jié)置換假體磨損機(jī)，它克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，能實(shí)現(xiàn)模擬人體膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特性的膝關(guān)節(jié)假體磨損測(cè)試，用于假體關(guān)節(jié)面磨損預(yù)測(cè)的檢測(cè)及新假體形面的磨損測(cè)試。為全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)提供技術(shù)與數(shù)據(jù)。2、技術(shù)方案為了達(dá)到上述目的，本技術(shù)是這樣構(gòu)思的并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大，承載能力強(qiáng)，精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，累積誤差小等優(yōu)勢(shì)。利用六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)可以模擬實(shí)現(xiàn)人體膝關(guān)節(jié)股骨在運(yùn)動(dòng)屈曲的過(guò)程中，脛骨相對(duì)于股骨作內(nèi)旋、外旋、內(nèi)翻、外翻、前移、后移等復(fù)雜的動(dòng)作。同時(shí)利用擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)把電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)股骨作屈曲運(yùn)動(dòng)，這樣通過(guò)設(shè)定初始參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)股骨、脛骨運(yùn)動(dòng)耦合，達(dá)到同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的目的。本技術(shù)一種六自由度并聯(lián)與擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)組合膝關(guān)節(jié)置換假體磨損機(jī)，它由右部件、左部件及底座組成，它們之間的位置連接關(guān)系是右部件在本磨損機(jī)右側(cè)，是本技術(shù)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；左部件在本磨損機(jī)左側(cè)，是本技術(shù)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)；右部件里的可調(diào)曲柄一即飛輪，通過(guò)連接件與左部件里的滑塊、導(dǎo)桿相連接，右部件和左部件都安裝固定在底座上。所述右部件，見(jiàn)圖1，包含電機(jī)、電機(jī)減速器、電機(jī)支撐平臺(tái)和飛輪；它們之間的位置連接關(guān)系是電機(jī)與電機(jī)減速器同心連接并固定在電機(jī)支撐平臺(tái)上，飛輪的圓柱凸臺(tái)端安裝在電機(jī)減速器的輸出軸上。該電機(jī)是是底腳安裝型齒輪減速三相異步電動(dòng)機(jī)；該電機(jī)減速器型號(hào)是YCJ120-170-B3 ;該電機(jī)支撐平臺(tái)是由型材制成的丌字型的金屬結(jié)構(gòu)支架；該飛輪是帶圓柱凸臺(tái)的圓盤狀件。所述左部件，見(jiàn)圖I，包含支撐架、液壓缸、上、下球鉸、球鉸蓋板、球鉸底座、液壓缸連接板、長(zhǎng)軸、配重、動(dòng)平臺(tái)、股骨楔塊、脛骨平臺(tái)鍋、導(dǎo)桿和滑塊；它們之間的位置連接關(guān)系是股骨楔塊設(shè)置在長(zhǎng)軸中部，配重安裝在長(zhǎng)軸上并位于股骨楔塊兩側(cè)，導(dǎo)桿和滑塊套接并裝在長(zhǎng)軸的右端部位，長(zhǎng)軸穿過(guò)兩支撐架，而支撐架固定在底座上；脛骨平臺(tái)鍋置于股骨楔 塊的下方，脛骨平臺(tái)鍋下面與動(dòng)平臺(tái)上平面連接，動(dòng)平臺(tái)下平面通過(guò)螺栓、螺母與球鉸底座連接，球鉸底座下面依照次序是球鉸蓋板、上球鉸、液壓缸、液壓缸連接板、下球鉸、球鉸蓋板、球鉸底座和底座，它們通過(guò)螺栓、螺母，彼此相連。該支撐架是由型材制成的倒T字型的金屬結(jié)構(gòu)支架；該液壓缸是SMC公司生產(chǎn)的型號(hào)為CHN液壓缸；該上、下球鉸是按需選購(gòu)的市購(gòu)件；該球鉸蓋板是與上、下球鉸配套使用的法蘭盤狀件；該球鉸底座是與球鉸蓋板配套使用的兩端帶法蘭盤狀件；該液壓缸連接板是與液壓缸配套使用的凹形金屬結(jié)構(gòu)件；該長(zhǎng)軸是其上開(kāi)有鍵槽的普通臺(tái)階軸；該配重是其上設(shè)置有安裝孔的“8”字形金屬塊，如圖13所示；該動(dòng)平臺(tái)是一塊其上設(shè)置有連接孔的圓形板料；該股骨楔塊是其上設(shè)置有連接孔和溝槽的六面體件；該脛骨平臺(tái)鍋是帶底板的圓環(huán)狀件，由上而下依次包含股骨假體、脛骨聚乙烯襯墊、脛骨平臺(tái)和脛骨平臺(tái)鍋固定板；其通過(guò)螺釘固定在動(dòng)平臺(tái)上平面，鍋內(nèi)可以加入類似于人體內(nèi)環(huán)境的關(guān)節(jié)液或是潤(rùn)滑液；該股骨假體、脛骨聚乙烯襯墊以及脛骨平臺(tái)是北京市春立正達(dá)醫(yī)療器械股份有限公司生產(chǎn)的T-Free膝關(guān)節(jié)假體產(chǎn)品；該脛骨平臺(tái)鍋固定板是L形狀連接件；該導(dǎo)桿是一端設(shè)置有安裝孔的普通圓軸；該滑塊是其內(nèi)安裝有四排滾珠的四面體件，滑塊是由上半滑塊、下半滑塊、滑塊擋板和螺釘組合而成。所述底座是一塊矩形板料。其中，在底座上，加工六個(gè)圓形凹槽，這六個(gè)圓形凹槽成對(duì)稱分布，每個(gè)圓形凹槽加工三個(gè)螺紋孔，用以固定球鉸底座，其特征在于，六個(gè)圓形凹槽對(duì)稱分布在圓周上，如圖9所示，兩兩圓形凹槽對(duì)稱軸成120度夾角。同時(shí)在底座上加工出支撐架、電機(jī)支撐平臺(tái)凹槽以及相應(yīng)的螺紋孔，以固定支撐架和電機(jī)支撐平臺(tái)。其中，球鉸底座安裝在底座I上，其特征在于，球鉸底座與水平面之間成60度夾角，為了使球鉸活動(dòng)空間范圍更大，如圖10所示,球鉸底座軸線與球鉸的軸線重合。球鉸能夠沿球鉸底座軸線頂角為60度的圓錐體范圍內(nèi)活動(dòng)。球鉸底座與動(dòng)平臺(tái)6的安裝固定則與其和底座安裝的方向相反，使得動(dòng)平臺(tái)在初始位置能與底座保持平行。上下球鉸則分別與相應(yīng)的球鉸底座相連，并且用球鉸蓋板固定球鉸。將SMC公司生產(chǎn)的CHN液壓缸連接在兩球鉸上，此液壓缸內(nèi)徑為32mm，能夠提供7MPa壓力。其中，將脛骨平臺(tái)鍋通過(guò)脛骨平臺(tái)鍋支架板及螺釘固定在動(dòng)平臺(tái)上，這樣能夠使脛骨平臺(tái)鍋隨著動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)空間六自由度運(yùn)動(dòng)、即脛骨相對(duì)股骨的內(nèi)旋、外旋、內(nèi)翻、外翻、前移、后移等運(yùn)動(dòng)特性。其中，將配重塊5固定在長(zhǎng)軸的兩側(cè)，其特征在于配重塊制成下粗上細(xì)的“8”字形結(jié)構(gòu)，以模擬膝關(guān)節(jié)承受的載荷，使力能夠更好的加載于股骨與脛骨平臺(tái)接觸面上，股骨屈曲擺動(dòng)更穩(wěn)定，并且配重可以根據(jù)需要選擇不同的重量，可調(diào)范圍在400-1600N。其中，股骨的擺動(dòng)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。其特征在于使用擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)可以把電動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為股骨的擺動(dòng)，即屈曲運(yùn)動(dòng)，使整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)更加緊湊。其特征也在于擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的曲柄由于較短，為了便于安裝和制造及電機(jī)回轉(zhuǎn)過(guò)程穩(wěn)定，將曲柄制成飛輪(圓形可調(diào)曲柄)形式，并且在預(yù)定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)股骨屈曲的角度。其中，擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件滑塊，它是連接飛輪及導(dǎo)桿的裝置?；瑝K不僅隨著飛輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，它還要繞自身軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并且相對(duì)導(dǎo)桿還有滑動(dòng)。因此，滑塊的設(shè)計(jì)制造要求較高。為了減少滑塊滑動(dòng)過(guò)程中的磨損，本技術(shù)將滑塊內(nèi)部設(shè)計(jì)成有滾珠的的形式，其特征在于滑塊分為上下兩個(gè)半部，每個(gè)半部有兩排滾珠，如圖7以及圖8所示，通過(guò)滑塊擋板將上下兩個(gè)滑塊半部連接在一起，這樣變滑塊相對(duì)于導(dǎo)桿的滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，大大提高了滑塊以及導(dǎo)桿的使用壽命，滿足股骨屈曲運(yùn)動(dòng)500萬(wàn)次的要求。 3、優(yōu)點(diǎn)及功效本技術(shù)的有益效果如下I)本技術(shù)滿足isol4243標(biāo)準(zhǔn)的要求本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
六自由度并聯(lián)與擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)組合膝關(guān)節(jié)置換假體磨損機(jī)，其特征在于：它由右部件、左部件及底座組成，右部件在本磨損機(jī)右側(cè)；左部件在本磨損機(jī)左側(cè)；右部件里的飛輪，通過(guò)連接件與左部件里的滑塊、導(dǎo)桿相連接，右部件和左部件都安裝固定在底座上；所述右部件，包含電機(jī)、電機(jī)減速器、電機(jī)支撐平臺(tái)和飛輪；電機(jī)與電機(jī)減速器同心連接并固定在電機(jī)支撐平臺(tái)上，飛輪的圓柱凸臺(tái)端安裝在電機(jī)減速器的輸出軸上；該電機(jī)是底腳安裝型齒輪減速三相異步電動(dòng)機(jī)；該電機(jī)減速器型號(hào)是YCJ120？170？B3；該電機(jī)支撐平臺(tái)是由型材制成的丌字型的金屬結(jié)構(gòu)支架；該飛輪是帶圓柱凸臺(tái)的圓盤狀件；所述左部件，包含支撐架、液壓缸、上、下球鉸、球鉸蓋板、球鉸底座、液壓缸連接板、長(zhǎng)軸、配重、動(dòng)平臺(tái)、股骨楔塊、脛骨平臺(tái)鍋、導(dǎo)桿和滑塊；股骨楔塊設(shè)置在長(zhǎng)軸中部，配重安裝在長(zhǎng)軸上并位于股骨楔塊兩側(cè)，導(dǎo)桿和滑塊套接并裝在長(zhǎng)軸的右端部位，長(zhǎng)軸穿過(guò)兩支撐架，而支撐架固定在底座上；脛骨平臺(tái)鍋置于股骨楔塊的下方，脛骨平臺(tái)鍋下面與動(dòng)平臺(tái)上平面連接，動(dòng)平臺(tái)下平面通過(guò)螺栓、螺母與球鉸底座連接，球鉸底座下面依照次序是球鉸蓋板、上球鉸、液壓缸、液壓缸連接板、下球鉸、球鉸蓋板、球鉸底座和底座，它們通過(guò)螺栓、螺母，彼此相連；該支撐架是由型材制成的倒Ｔ字型的金屬結(jié)構(gòu)支架；該液壓缸是型號(hào)為CHN液壓缸；該球鉸蓋板是與上、下球鉸配套使用的法蘭盤狀件；該球鉸底座是與球鉸蓋板配套使用的兩端帶法蘭盤狀件；該液壓缸連接板是與液壓缸配套使用的凹形金屬結(jié)構(gòu)件；該長(zhǎng)軸是其上開(kāi)有鍵槽的普通臺(tái)階軸；該配重是其上設(shè)置有安裝孔的“8”字形金屬塊；該動(dòng)平臺(tái)是一塊其上設(shè)置有連接孔的圓形板料；該股骨楔塊是其上設(shè)置有連接孔和溝槽的六面體件；該脛骨平臺(tái)鍋是帶底板的圓環(huán)狀件，由上而下依次包含股骨假體、脛骨聚乙烯襯墊、脛骨平臺(tái)和脛骨平臺(tái)鍋固定板，其通過(guò)螺釘固定在動(dòng)平臺(tái)上平面，鍋內(nèi)加入類似于人體內(nèi)環(huán)境的關(guān)節(jié)液或潤(rùn)滑液；該股骨假體、脛骨聚乙烯襯墊以及脛骨平臺(tái)是型號(hào)為T？Free膝關(guān)節(jié)假體產(chǎn)品；該脛骨平臺(tái)鍋固定板是L形狀連接件；該導(dǎo)桿是一端設(shè)置有安裝孔的普通圓軸；該滑塊是其內(nèi)安裝有四排滾珠的四面體件，滑塊是由上半滑塊、下半滑塊、滑塊擋板和螺釘組合而成；所述底座是一塊矩形板料。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃榮瑛，朱君，鄭紅光，鄭海東，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：