本發(fā)明涉及一種模擬人體膝(蓋)關(guān)節(jié)骨摩擦試驗裝置，屬于生物機(jī)械和醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

膝(蓋)關(guān)節(jié)是人體中最大且最復(fù)雜的運動關(guān)節(jié)，而對于假肢，膝(蓋)關(guān)節(jié)裝置是其核心部件。人工膝(蓋)關(guān)節(jié)的構(gòu)造可概括為四大類，第一類為帶鎖定器的膝關(guān)節(jié)這類膝關(guān)節(jié)中裝有帶拉線或鎖定桿控制的鎖定器，在腿完全伸直時，膝關(guān)節(jié)被鎖定，典型產(chǎn)品有日本今仙技術(shù)研究所的LAPOC，SL0720等；第二類為可承重自鎖的膝關(guān)節(jié)(也稱負(fù)荷制動膝或安全膝)，典型產(chǎn)品有英國布萊切福特公司的PSPC、日本高崎假肢株式會社的TG1011；第三類為具有可變瞬時轉(zhuǎn)動中心的多軸膝關(guān)節(jié)(簡稱多軸膝)，這類膝關(guān)節(jié)由多軸聯(lián)桿機(jī)構(gòu)組成,最常見的是四軸膝關(guān)節(jié)，典型產(chǎn)品有德國奧托搏克公司的3R60、3R70。第四類為全功能膝關(guān)節(jié)，這類膝關(guān)節(jié)實際上也是一種多軸膝關(guān)節(jié)，典型的有美國公司的TK1100，TK2000等。

中國在人工假肢研究方面與和美、日、歐等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相比，還存在相當(dāng)大的差距。在這一領(lǐng)域進(jìn)行研究和開發(fā)的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)相對較少在國內(nèi)各大假肢廠商中，目前的主要產(chǎn)品仍然停留在如游動式定摩擦膝關(guān)節(jié)具有手動鎖定裝置的膝關(guān)節(jié)，游動式載荷制動膝關(guān)節(jié)，單軸式多軸等這些產(chǎn)品上。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供“一種模擬人體膝(蓋)關(guān)節(jié)骨摩擦試驗裝置”，根據(jù)走路、慢跑、快跑、上樓等不同工況，通過調(diào)整桿件長度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、氣囊氣壓等綜合參數(shù)，對人體膝關(guān)節(jié)在日?；顒酉碌哪p情況進(jìn)行高效、大量、多工況的模擬實驗，以便制造更符合人體工程學(xué)的假肢等工作。

所述的一種模擬人體膝(蓋)關(guān)節(jié)骨摩擦試驗裝置，由曲柄動力機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、股骨運動機(jī)構(gòu)和脛骨運動機(jī)構(gòu)組成。曲柄動力機(jī)構(gòu)為整個實驗裝置提供動力輸出；連桿機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)連接曲柄和搖桿(分別為股骨運動機(jī)構(gòu)、脛骨運動機(jī)構(gòu))來進(jìn)行運動傳遞，其連接方式為鉸接；股骨運動機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生股骨在垂直平面內(nèi)左右擺動和轉(zhuǎn)動；脛骨運動機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生脛骨在垂直平面內(nèi)的上下位移、左右擺動和轉(zhuǎn)動。

所述的一種模擬人體膝(蓋)關(guān)節(jié)骨摩擦試驗裝置，其特征在于所述曲柄動力機(jī)構(gòu)，包括減速電機(jī)、同步帶輪、同步帶、張緊輪、曲柄、副曲柄、曲柄中間軸和曲柄座，減速電機(jī)的型號是NCH22-400-6CB，安裝在試驗臺右側(cè)，電機(jī)輸出軸通過鍵連接與同步帶輪固連，經(jīng)過同步帶傳動，將轉(zhuǎn)矩傳送到曲柄機(jī)構(gòu)；張緊輪安裝在同步帶一側(cè)的支撐架上；同步帶置于支撐架外側(cè)；曲柄和副曲柄通過曲柄中間軸連接，副曲柄輔助定位，曲柄和副曲柄通過深溝球軸承安裝在兩側(cè)的曲柄座上，曲柄和副曲柄開有槽孔，曲柄座安裝在支撐架上。

所述的一種模擬人體膝(蓋)關(guān)節(jié)骨摩擦試驗裝置，其特征在于所述連桿機(jī)構(gòu)，包括股骨連桿和脛骨連桿，股骨連桿包括連桿和搖桿，連桿一端用桿端軸承與曲柄中間軸連接，一端用桿端軸承與搖桿連接，搖桿另一端固定股骨安裝座連接板上；脛骨連桿一端用桿端軸承連接曲柄中間軸，一端用桿端軸承連接脛骨導(dǎo)軌支架上的連桿軸；連桿材料是不銹鋼，木材加工的護(hù)木通過打孔螺釘固定在連桿中間段。

所述的一種模擬人體膝(蓋)關(guān)節(jié)骨摩擦試驗裝置，其特征在于所述股骨運動機(jī)構(gòu)，包括股骨模型、股骨座、連接板、軸承座和桁架，股骨座上有6個螺紋孔，互相角度錯位，水平錯位，擰緊螺栓使股骨模型與股骨座相互固連；連接板連接了股骨安裝座和軸承座，連接板上有軸鉸孔，通過軸和軸承與軸承座連接，連接板上有搖桿安裝孔，用以安裝搖桿，使搖桿與股骨運動機(jī)構(gòu)固連，連接板底部有安裝孔，通過螺釘安裝固定在股骨座上；桁架安裝在支撐架上，用于固定軸承座，軸承座通過螺釘固定在桁架上。

所述的一種模擬人體膝(蓋)關(guān)節(jié)骨摩擦試驗裝置，其特征在于所述脛骨運動機(jī)構(gòu)，包括脛骨模型、脛骨座、脛骨座支架、導(dǎo)軌座、滑動導(dǎo)軌、滑塊、導(dǎo)軌搖桿、搖桿座、搖桿座支架、U型槽、氣囊、氣囊安裝板和角度調(diào)節(jié)器，脛骨座上有6個螺紋孔，互相角度錯位，水平錯位，擰緊螺栓使脛骨模型與脛骨座相互固連；脛骨座支架連接了脛骨座和下面的導(dǎo)軌座部分；導(dǎo)軌座中間內(nèi)部有一根固定的軸，用于安裝桿端軸承；滑動導(dǎo)軌固定在導(dǎo)軌座外壁兩側(cè)，上面各安裝一對滑塊；導(dǎo)軌搖桿安裝在軸承孔中，連接滑塊與搖桿座；搖桿座安裝在兩側(cè)的搖桿座支架上，搖桿座支架由螺釘固定在試驗臺上，搖桿座支架上開有槽孔；氣囊安裝板一端通過圓銷架在U型槽內(nèi)，一端通過鎖緊螺栓固定在角度調(diào)節(jié)架上；氣囊置于導(dǎo)軌座和氣囊安裝板之間；角度調(diào)節(jié)架對稱安裝在股骨座下方試驗臺上，角度調(diào)節(jié)器上開有槽孔。

其中，驅(qū)動電機(jī)選用的是型號為NCH22-400-6CB的減速電機(jī)，可以自定義電機(jī)轉(zhuǎn)速。

其中，曲柄和副曲柄上開有槽孔，通過調(diào)節(jié)曲柄中間軸在槽孔中的安裝位置，改變曲柄長度，再通過調(diào)節(jié)連桿長度，模擬人體膝(蓋)關(guān)節(jié)在不同工況下的摩擦試驗。

其中，導(dǎo)軌固定在導(dǎo)軌座外壁兩側(cè)，上面各安裝一對滑塊，導(dǎo)軌搖桿安裝在軸承孔中，連接滑塊與搖桿座，搖桿座安裝在兩側(cè)的搖桿座支架上，搖桿座支架由螺釘固定在試驗臺上，通過脛骨連桿作用，產(chǎn)生脛骨在垂直平面內(nèi)的上下位移、左右擺動和轉(zhuǎn)動。

其中，該試驗臺外形尺寸為1400×700×1000。

本發(fā)明一種模擬人體膝(蓋)關(guān)節(jié)骨摩擦試驗裝置，其優(yōu)點在于：加工簡單，價格較低，易于實現(xiàn)；機(jī)械性能較好，可以承受較高的試驗強(qiáng)度和試驗次數(shù)；可適用于多工況，轉(zhuǎn)換工況設(shè)置簡單；電氣設(shè)備較少，操作簡單，故障少。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的曲柄動力機(jī)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的連桿機(jī)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明股骨運動機(jī)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明脛骨運動機(jī)構(gòu)示意圖。

圖中：1—曲柄動力機(jī)構(gòu)，2—連桿機(jī)構(gòu)，3—股骨運動機(jī)構(gòu)，4—脛骨運動機(jī)構(gòu)，5—試驗臺，6—支撐架，7—減速電機(jī)，8—同步帶輪，9—同步帶，10—曲柄中間軸，11—副曲柄，12—曲柄，13—曲柄座，14—M10×25內(nèi)六角平圓頭螺釘，15—張緊輪，16—M12×45六角頭螺栓，17—脛骨連桿，18—股骨連桿，19—桿端軸承，20—搖桿，21—M1.6×5十字槽沉頭螺釘，22—連桿，23—護(hù)木，24—股骨模型，25—股骨座，26—M4×22十字槽盤頭螺釘，27—桁架，28—M6×20十字槽盤頭螺釘，29—軸承座，30—深溝球軸承，31—連接板，32—M6蝶形螺栓，33—角度調(diào)節(jié)器，34—氣囊安裝板，35—氣囊，36—導(dǎo)軌座，37—連桿軸，38—脛骨座支架，39—脛骨座，40—脛骨模型，41—M4×22十字槽盤頭螺釘，42—滑塊，43—導(dǎo)軌搖桿，44—滑動導(dǎo)軌，45—搖桿座，46—U型槽，47—M6×30十字槽盤頭螺釘，48—搖桿座支架，49—鎖緊螺栓。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步說明。

如圖1所示的一種模擬人體膝(蓋)關(guān)節(jié)骨摩擦試驗裝置，由曲柄動力機(jī)構(gòu)1、連桿機(jī)構(gòu)2、股骨運動機(jī)構(gòu)3和脛骨運動機(jī)構(gòu)4組成。曲柄動力機(jī)構(gòu)1為整個實驗裝置提供動力輸出；連桿機(jī)構(gòu)2負(fù)責(zé)連接曲柄12和搖桿(分別為股骨運動機(jī)構(gòu)3、脛骨運動機(jī)構(gòu)4)來進(jìn)行運動傳遞，其連接方式為鉸接；股骨運動機(jī)構(gòu)3，產(chǎn)生股骨在垂直平面內(nèi)左右擺動和轉(zhuǎn)動；脛骨運動機(jī)構(gòu)4，產(chǎn)生脛骨在垂直平面內(nèi)的上下位移、左右擺動和轉(zhuǎn)動。

如圖2所示，所述曲柄動力機(jī)構(gòu)1，包括減速電機(jī)7、同步帶輪8、同步帶9、張緊輪15、曲柄12、副曲柄11、曲柄中間軸10和曲柄座13，減速電機(jī)的型號是NCH22-400-6CB，通過M12×45六角頭螺栓16安裝在試驗臺5右側(cè)，電機(jī)輸出軸通過C型鍵與同步帶輪8固連，經(jīng)過同步帶9傳動，將轉(zhuǎn)矩傳送到曲柄機(jī)構(gòu)12。為了提高的同步帶9傳動穩(wěn)定性，需要安裝張緊輪15張緊機(jī)構(gòu)，張緊輪15安裝在同步帶9一側(cè)的支撐架6上。同步帶8置于支撐架6外側(cè)。曲柄12和副曲柄11通過曲柄中間軸10連接，副曲柄11輔助定位，曲柄12和副曲柄11通過深溝球軸承30安裝在兩側(cè)的曲柄座13上，曲柄12和副曲柄11開有槽孔，通過調(diào)節(jié)曲柄中間軸10在槽孔中的安裝位置，可調(diào)節(jié)曲柄12長度，曲柄座13安裝通過M10×25內(nèi)六角平圓頭螺釘14固定在兩側(cè)支撐架6上。

如圖3所示，所述連桿機(jī)構(gòu)2，包括股骨連桿18和脛骨連桿17，股骨連桿18包括連桿22和搖桿20，連桿22一端用桿端軸承19與曲柄中間軸10連接，一端用桿端軸承19與搖桿20連接，搖桿20另一端通過M1.6×5十字槽沉頭螺釘21固定在股骨安裝座連接板31上。脛骨連桿17一端用桿端軸承19連接曲柄中間軸10，一端用桿端軸承19連接脛骨導(dǎo)軌座36上的連桿軸37。通過旋調(diào)股骨連桿18和脛骨連桿17與桿端軸承19配合，可以調(diào)節(jié)各連桿的長度。連桿材料是不銹鋼。木材加工的護(hù)木23通過螺釘固定在兩個連桿中間段，增加調(diào)節(jié)時的力矩。

如圖4所示，所述股骨運動機(jī)構(gòu)3，包括股骨模型24、股骨座25、連接板31、軸承座29和桁架27，股骨座上有6個螺紋孔，互相角度錯位，水平錯位，擰緊M6蝶形螺栓32使股骨模型24與股骨座25相互固連。連接板31連接股骨座25和軸承座29，連接板31上有軸鉸孔，通過軸和深溝球軸承30與軸承座39連接，連接板上31有搖桿20安裝孔，用以安裝搖桿20，使搖桿20與股骨運動機(jī)構(gòu)3固連，連接板31底部有安裝孔，通過M4×22十字槽盤頭螺釘26安裝固定在股骨座25上；桁架27安裝在支撐架6上，用于固定軸承座29，軸承座29通過M6×20十字槽盤頭螺釘28固定在桁架27上。

如圖5所示，所述脛骨運動機(jī)構(gòu)4，包括脛骨模型40、脛骨座39、脛骨座支架38、導(dǎo)軌座36、滑動導(dǎo)軌44、滑塊42、導(dǎo)軌搖桿43、搖桿座45、搖桿座支架48、U型槽46、氣囊35、氣囊安裝板34和角度調(diào)節(jié)器33，脛骨座39上有6個螺紋孔，互相角度錯位，水平錯位，擰緊M6蝶形螺栓32使脛骨模型40與脛骨座39相互固連；脛骨座支架38通過M4×22十字槽盤頭螺釘41連接了脛骨座39和下面的導(dǎo)軌座36部分。導(dǎo)軌座36中間內(nèi)部有一根固定的軸，用于安裝桿端軸承19?；瑒訉?dǎo)軌44通過M4×22十字槽盤頭螺釘41固定在導(dǎo)軌座36外壁兩側(cè)，上面各安裝一對滑塊42。滑塊42中置有深溝球軸承30，導(dǎo)軌搖桿43通過深溝球軸承30連接滑塊42與搖桿座45。搖桿座45通過M6×20十字槽盤頭螺釘28安裝在兩側(cè)的搖桿座支架48的槽孔內(nèi)，搖桿座支架48由M6×30十字槽盤頭螺釘47固定在試驗臺5上。氣囊安裝板34一端通過圓銷架在U型槽46內(nèi)，一端通過鎖緊螺栓49固定在角度調(diào)節(jié)架33上。氣囊35置于導(dǎo)軌座36和氣囊安裝板34之間，可根據(jù)試驗情況，調(diào)節(jié)氣囊35氣壓。角度調(diào)節(jié)器33上開有槽孔并對稱安裝在脛骨座39下方試驗臺5上。

本發(fā)明在試驗時，根據(jù)走路、慢跑、快跑、上樓等不同工況，通過調(diào)整桿件長度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、氣囊氣壓等綜合參數(shù)，對人體膝關(guān)節(jié)在日?；顒酉碌哪p情況進(jìn)行高效、大量、多工況的模擬實驗，以便制造更符合人體工程學(xué)的假肢等工作。