專(zhuān)利名稱(chēng)：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)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型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(lèi)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。

實(shí)用新型內(nèi)容I、目的本實(shí)用新型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，本實(shí)用新型是這樣構(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。本實(shí)用新型一種六自由度并聯(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)，是本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；左部件在本磨損機(jī)左側(cè)，是本實(shí)用新型的執(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(pán)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(pán)狀件；該球鉸底座是與球鉸蓋板配套使用的兩端帶法蘭盤(pán)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(lèi)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(chēng)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(chēng)分布在圓周上，如圖9所示，兩兩圓形凹槽對(duì)稱(chēng)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。[0014]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。滑塊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，本實(shí)用新型將滑塊內(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)及功效本實(shí)用新型的有益效果如下I)本實(shí)用新型滿足isol4243標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以實(shí)現(xiàn)股骨屈曲運(yùn)動(dòng)時(shí)，脛骨相對(duì)于股骨內(nèi)旋、外旋、內(nèi)翻、外翻、前移、后移等運(yùn)動(dòng)特性，更加逼真的使假體磨損過(guò)程接近人體膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。2)采用擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)使整個(gè)裝置更加緊湊，同時(shí)滑塊能夠平穩(wěn)的隨著飛輪一起運(yùn)動(dòng)，采用了內(nèi)嵌滾珠結(jié)構(gòu)使摩擦阻力以及磨損更小，滿足500萬(wàn)次循環(huán)要求。3)六自由度并聯(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)點(diǎn)，主動(dòng)自由度較多，便于實(shí)現(xiàn)控制。4)脛骨平臺(tái)鍋內(nèi)可以放入類(lèi)似于人體內(nèi)環(huán)境的關(guān)節(jié)液、潤(rùn)滑液等，使磨損的環(huán)境更加接近真實(shí)情況。5)能夠較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)假體磨損情況，為膝關(guān)節(jié)假體的設(shè)計(jì)制造及材料選擇提供依據(jù)。

圖I.本實(shí)用新型一種六自由度并聯(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)結(jié)構(gòu)示意圖圖2.本實(shí)用新型球鉸底座、球鉸以及液壓缸安裝爆炸圖圖3.本實(shí)用新型動(dòng)平臺(tái)與脛骨平臺(tái)鍋安裝示意圖圖4.本實(shí)用新型支架、配重與軸安裝爆炸圖圖5.本實(shí)用新型支架、長(zhǎng)軸與導(dǎo)桿安裝爆炸圖圖6.本實(shí)用新型電機(jī)與擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)安裝爆炸圖圖7.本實(shí)用新型擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)滑塊示意圖圖8.本實(shí)用新型擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)滑塊爆炸圖圖9.本實(shí)用新型底座不意圖圖10.本實(shí)用新型球鉸底座、球鉸與球鉸蓋板爆炸圖圖11.本實(shí)用新型動(dòng)平臺(tái)仰視圖[0034]圖12.本實(shí)用新型脛骨平臺(tái)鍋俯視圖；圖13.本實(shí)用新型配重示意圖；圖14.本實(shí)用新型長(zhǎng)軸左側(cè)套筒示意圖。其中圖中標(biāo)號(hào)如下I、底座；2、支撐架；3、SMC公司生產(chǎn)的型號(hào)為CHN液壓缸；4、長(zhǎng)軸；5、配重；6、動(dòng)平臺(tái)；7、股骨楔塊；8、脛骨平臺(tái)鍋；9、導(dǎo)桿；10、滑塊；11、飛輪(可調(diào)曲柄)；12、電機(jī)減速器；13、電機(jī)；14、電機(jī)支撐平臺(tái)；15六角頭螺栓M6X20-N;16、螺母M6-N;17、球鉸底座；18、六角頭螺栓M6X16-N ;19、墊片；20、六角頭螺栓M6X30-N ；21上球鉸；22、墊片；23、球鉸蓋板；24、下球鉸；25十字槽沉頭螺釘；26脛骨平臺(tái)鍋固定板；27、脛骨平臺(tái)；28、脛骨聚乙烯襯墊；29、股骨假體；30、長(zhǎng)軸中鍵；31、股骨楔塊擋圈；32、墊圈；33、六角頭螺栓M8X 25-N ;34、長(zhǎng)軸左側(cè)套筒；35、止動(dòng)墊圈;36、圓螺母M16X1. 5-N ;37、代號(hào)16003軸承;38、擋圈；39、長(zhǎng)軸側(cè)鍵；40、固定導(dǎo)桿用鍵；41、長(zhǎng)軸右側(cè)套筒；42擋圈；43、滑塊軸；44、代號(hào)627軸承；45、大墊片；46、螺母M6-N;47、鎖緊螺母M6-N;48、固定飛輪用鍵；49、六角頭螺栓M4X25-N;50、滑塊擋板；51、上半滑塊；52、開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘M4X25-25-N ;53、滾珠；54、下半滑塊；55、液壓缸連接板；56、套筒。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型一種六自由度并聯(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)的具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型由右部件、左部件及底座I組成，右部件是磨損機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，在整個(gè)裝置的右側(cè)，左部件是磨損機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在整個(gè)裝置的左側(cè)。兩者通過(guò)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)相連，使得電機(jī)13的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)軸4以及股骨假體29的擺動(dòng)屈曲運(yùn)動(dòng)。右部件和左部件都安裝固定在底座I上。對(duì)于磨損機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具體說(shuō)明如下球鉸底座17通過(guò)六角頭螺栓15與底座I中的凹槽相連，安裝要求是，如圖I所示，相鄰兩個(gè)且處于較遠(yuǎn)位置的球鉸底座17相對(duì)安裝。且球鉸底座17設(shè)計(jì)時(shí)，其軸線與水平面的夾角為60度。下球鉸24放入球鉸底座17中，然后蓋上球鉸蓋板23，用螺栓18，螺母16及墊片22把球鉸蓋板23與球鉸底座17相固連，注意到安裝完成后球鉸的軸線與球鉸底座17的軸線相重合，這樣使得球鉸運(yùn)動(dòng)空間更大，經(jīng)計(jì)算，球鉸運(yùn)動(dòng)空間在以頂角為60度的圓錐空間里可以自由運(yùn)動(dòng)。用螺栓將液壓缸連接板55與下球鉸24相連，然后通過(guò)六角頭螺栓20、墊圈19、螺母把SMC公司生產(chǎn)的CHN型液壓缸3與液壓缸連接板55固連。然后把球鉸蓋板23先套在上球鉸21上，接下來(lái)把上球鉸21與液壓缸3端部擰緊(上球鉸21有螺紋孔與液壓缸3端部螺紋軸相連)，最后用相同的方式連接球鉸上部分的底座。注意到兩個(gè)球鉸底座17應(yīng)相對(duì)安裝，如圖2上、下球鉸21、24與液壓缸3連接的爆炸圖所示。并聯(lián)機(jī)構(gòu)需要六個(gè)，如圖2、圖10所示的組成部分，并將它們分別與底座I相連，零件底座I如圖9所示。然后又分別與動(dòng)平臺(tái)6通過(guò)六角頭螺栓相連。動(dòng)平臺(tái)6仰視圖如圖11所示，將球鉸底座17分別安裝在動(dòng)平臺(tái)6相應(yīng)的凹槽內(nèi)。SMC公司生產(chǎn)的CHN型液壓缸3能提供7MPa的壓力，滿足驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)6的要求。將動(dòng)平臺(tái)6安裝在相應(yīng)的球鉸底座17上后，接下來(lái)把脛骨平臺(tái)鍋8安裝在動(dòng)平臺(tái)6上，如圖3所示，動(dòng)平臺(tái)6上加工成脛骨平臺(tái)鍋8底部形狀的凹槽，用以定位脛骨平臺(tái)鍋8，同時(shí)用十字槽沉頭螺釘25把脛骨平臺(tái)鍋固定板26連接在脛骨平臺(tái)鍋8上，如圖3所示，三個(gè)脛骨平臺(tái)鍋固定板繞圓周方向成120度夾角對(duì)稱(chēng)分布。然后通過(guò)十字槽沉頭螺釘25連接脛骨平臺(tái)鍋8在動(dòng)平臺(tái)6上。脛骨平臺(tái)27安裝在脛骨平臺(tái)鍋8內(nèi)，脛骨平臺(tái)鍋8內(nèi)加工有如脛骨平臺(tái)27形狀的孔，如圖12所示 ，另外，脛骨平臺(tái)鍋8內(nèi)加入類(lèi)似于人體內(nèi)環(huán)境的關(guān)節(jié)液或是潤(rùn)滑液，以更加真實(shí)模擬人體內(nèi)環(huán)境的股骨脛骨磨損。將長(zhǎng)軸中鍵30放入長(zhǎng)軸4相應(yīng)的鍵槽內(nèi)，股骨楔塊7安裝在長(zhǎng)軸4中間，通過(guò)股骨楔塊擋圈31限制股骨楔塊7在軸向上的移動(dòng)。股骨假體29安裝在股骨楔塊7上，兩者是過(guò)盈配合。按照股骨脛骨的安裝要求，將脛骨聚乙烯襯墊28安裝在脛骨平臺(tái)27上，并且股骨假體29安裝在脛骨聚乙烯襯墊28顆間窩內(nèi)，兩者應(yīng)具有適當(dāng)?shù)纳烨g隙。支撐架2如圖4所示，用六角頭螺栓M8X25-N 33、墊圈32將其固定在底座I相應(yīng)的凹槽內(nèi)，配重5安裝在長(zhǎng)軸4的兩側(cè)，并且用長(zhǎng)軸側(cè)鍵39使配重5不能相對(duì)長(zhǎng)軸4作周向運(yùn)動(dòng)，擋圈38限制配重5相對(duì)長(zhǎng)軸4作軸向運(yùn)動(dòng)，圖13為本實(shí)用新型配重5的外形示意圖；代號(hào)16003軸承37靠在長(zhǎng)軸4相應(yīng)的軸肩上，代號(hào)16003軸承37放入支撐架2上部的圓孔內(nèi)，這樣長(zhǎng)軸4的擺動(dòng)通過(guò)代號(hào)16003軸承37內(nèi)外圈的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而減小摩擦磨損。長(zhǎng)軸左側(cè)套筒34靠在代號(hào)16003軸承37上，長(zhǎng)軸4穿過(guò)加工在長(zhǎng)軸左側(cè)套筒34上的圓孔，如圖14所示，通過(guò)圓螺母M16X1. 5-N 36與止動(dòng)墊圈35固定長(zhǎng)軸4端部。同樣的，長(zhǎng)軸4另一側(cè)也是通過(guò)這種方式裝配的，如圖5所示，所不同的是，此一側(cè)與擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的導(dǎo)桿9相連接。導(dǎo)桿9孔內(nèi)加工有鍵孔，相應(yīng)的長(zhǎng)軸4端部加工有鍵槽，通過(guò)鍵連接使導(dǎo)桿9與長(zhǎng)軸4連為一體，導(dǎo)桿9靠在長(zhǎng)軸右側(cè)套筒41上，通過(guò)圓螺母M16X I. 5-N 36與止動(dòng)墊圈35鎖緊。對(duì)于磨損機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，具體說(shuō)明如下該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是電機(jī)13帶動(dòng)飛輪11旋轉(zhuǎn)，通過(guò)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)使得長(zhǎng)軸4作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。將電機(jī)支撐平臺(tái)14固定在底座I上，如圖I所示。在電機(jī)支撐平臺(tái)14上加工有相應(yīng)的螺紋孔，通過(guò)螺栓連接將電機(jī)13固定在電機(jī)支撐平臺(tái)14上。特別要說(shuō)明的是，此電機(jī)13的型號(hào)為YCJ-120-170 ;是底腳安裝型齒輪減速三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為O. 75kw,輸出轉(zhuǎn)速為61rpm，額定轉(zhuǎn)矩81Nm，該電機(jī)減速器14的型號(hào)是YCJ120-170-B3。如圖6所示，飛輪11中心加工有鍵孔，通過(guò)固定飛輪用鍵48與電機(jī)軸實(shí)現(xiàn)周向固定，端部用擋圈42限制飛輪11沿電機(jī)軸軸向運(yùn)動(dòng)?；瑝K10裝配圖如圖7所示，其分為上下兩個(gè)部分，滑塊10裝配圖爆炸圖如圖8所示。滑塊10分為上半滑塊51和下半滑塊54兩個(gè)半部，每個(gè)半部有兩排滾珠槽，每排槽內(nèi)裝有11枚滾珠53，上下半部用開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘M4X25-25-N 52連接，其中上半滑塊51加工有沉頭孔，下半滑塊54加工有螺紋孔。再用六角頭螺栓M4X25-N 49把滑塊擋板50固定在上下兩個(gè)半部滑塊上，使滑塊10成為一個(gè)整體。這樣就把導(dǎo)桿9與滑塊10滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，大大減少了摩擦磨損?；瑝K軸43與下半滑塊54連接，滑塊10可以繞滑塊軸43轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖6所示，代號(hào)627軸承44靠在滑塊軸43的軸肩上，同時(shí)將代號(hào)627軸承44安裝在飛輪11上開(kāi)的孔內(nèi)，飛輪11上的孔具有一定的長(zhǎng)度，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)飛輪11有效曲柄的長(zhǎng)度，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)股骨假體擺動(dòng)屈曲的角度。套筒56靠在代號(hào)627軸承44上，滑塊軸43端部用螺母M6-N 46以及鎖緊螺母M6-N 47固定。大墊片45用于調(diào)節(jié)螺母M6-N 46與滑塊軸43的預(yù)緊力。導(dǎo)桿9穿出滑塊10，并且用如圖5的方式與長(zhǎng)軸4連接。這樣該磨損機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置與執(zhí)行機(jī)構(gòu)就連接成一個(gè)整體了。需要說(shuō)明的是，配重5可以根據(jù)需要選擇不同的質(zhì)量塊，根據(jù)人體對(duì)膝關(guān)節(jié)的壓力，可調(diào)范圍是400-1600N。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)isol4243，股骨屈曲角度為±30°，循環(huán)次數(shù)為500萬(wàn)次?！?br> 權(quán)利要求1.六自由度并聯(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(pán)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(pán)狀件；該球鉸底座是與球鉸蓋板配套使用的兩端帶法蘭盤(pán)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(lèi)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(mén)-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。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的六自由度并聯(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)，其特征在于在底座上，加工有六個(gè)圓形凹槽，六個(gè)圓形凹槽對(duì)稱(chēng)分布在圓周上，兩兩圓形凹槽對(duì)稱(chēng)軸成120度夾角，每個(gè)圓形凹槽設(shè)置有三個(gè)螺紋孔，同時(shí)在底座上加工有支撐架、電機(jī)支撐平臺(tái)凹槽以及相應(yīng)的螺紋孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的六自由度并聯(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)，其特征在于球鉸底座安裝在底座上，并與底座水平面之間成60度夾角，球鉸底座軸線與球鉸的軸線重合，球鉸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)的安裝固定則與其和底座安裝的方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的六自由度并聯(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，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)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的六自由度并聯(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)，其特征在于配重塊制成下粗上細(xì)的“8”字形結(jié)構(gòu)固定在長(zhǎng)軸的兩側(cè)，模擬膝關(guān)節(jié)承受的載荷，配重根據(jù)需要選擇不同的重量，可調(diào)范圍在400-1600N。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的六自由度并聯(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)，其特征在于擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)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)，擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的曲柄制成飛輪形式，在預(yù)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)股骨屈曲的角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的六自由度并聯(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)，其特征在于擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的滑塊是連接飛輪及導(dǎo)桿的裝置，滑塊分為上下兩個(gè)半部，每個(gè)半部有兩排滾珠，滑塊擋板及螺釘將上下兩個(gè)滑塊半部連接在一起。
專(zhuān)利摘要六自由度并聯(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。
文檔編號(hào)G01N3/56GK202676561SQ201220217708
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者黃榮瑛, 朱君, 鄭紅光, 鄭海東 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)