3-ruu型并聯(lián)機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種3-RUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，集機(jī)、電、液技術(shù)于一體，能模擬人體髖關(guān)節(jié)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)工況，準(zhǔn)確、可靠地測(cè)試人工關(guān)節(jié)材料的生物摩擦學(xué)特性參數(shù)，為醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用提供指導(dǎo)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)機(jī)主要由支撐部分、機(jī)械傳動(dòng)部分、液壓加載系統(tǒng)等部分組成，其中機(jī)械傳動(dòng)部分包括電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、連桿、動(dòng)平臺(tái)等，在電機(jī)的帶動(dòng)下，通過(guò)側(cè)連桿的共同作用帶動(dòng)平臺(tái)及關(guān)節(jié)球頭完成交叉狀的多向復(fù)合滑動(dòng)及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；液壓加載系統(tǒng)由固定于頂板上的加載油缸導(dǎo)向帶動(dòng)關(guān)節(jié)窩向關(guān)節(jié)球頭施加載荷。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，操作方便。
【專利說(shuō)明】3-RUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種人工關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，尤其是一種能夠在試驗(yàn)室環(huán)境中正確模擬人體髖關(guān)節(jié)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)工況，并能可靠地測(cè)試人工關(guān)節(jié)材料的生物摩擦學(xué)特性參數(shù)的3-RUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會(huì)步入高齡化階段，各種與高齡有關(guān)的關(guān)節(jié)疾病，如大腿骨骨折、關(guān)節(jié)炎等病癥，將會(huì)大量發(fā)生，因此對(duì)人工關(guān)節(jié)的需求也會(huì)日益增加。目前，全球已有約3000萬(wàn)人植入了人工關(guān)節(jié)，每年的置換量約為200萬(wàn)例。人工關(guān)節(jié)在體內(nèi)受力是相當(dāng)惡劣的，如人工髖關(guān)節(jié)，每年要經(jīng)受約3.6X106次可能數(shù)倍于人體體重的載荷沖擊和磨損。同時(shí)由于正常人的骨骼在造骨細(xì)胞和噬骨細(xì)胞的復(fù)雜平衡中不斷調(diào)整其外型，來(lái)自假體摩擦表面的碎屑在關(guān)節(jié)附近積聚，會(huì)造成身體中的噬骨細(xì)胞增加，打破噬骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞之間的平衡，使假體松動(dòng)，因此，磨損和磨損顆粒播散仍是影響人工髖關(guān)節(jié)耐久性的主要問(wèn)題。人工關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)對(duì)人工關(guān)節(jié)材料進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn),通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析人工關(guān)節(jié)材料的摩擦磨損性能，這對(duì)于提高人工關(guān)節(jié)的使用質(zhì)量，延長(zhǎng)其臨床壽命和減輕患者痛苦具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]目前髖關(guān)節(jié)模擬試驗(yàn)機(jī)按照所模擬運(yùn)動(dòng)方式的不同，大致可分為三類:(I)擺軸型(Biaxial-Hip-Simulator) ； (2)銷盤型(Pin-on-Disk) ； (3)多軸型(Mult1-Hip-Simulator)。擺軸型主要是依靠基座與斜面底座之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬髖關(guān)節(jié)在三個(gè)不同平面的擺動(dòng)動(dòng)作。赫爾辛基技術(shù)大學(xué)研制的擺軸型HUT-BRMhip-jointsimulator試驗(yàn)機(jī)，由于條件的限制,設(shè)計(jì)者省略了在橫截面上的運(yùn)動(dòng)。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)摩擦學(xué)與可靠性工程研究所設(shè)計(jì)并制造的第一代人工髖關(guān)節(jié)模擬試驗(yàn)機(jī)按結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)原理也屬于擺軸型試驗(yàn)機(jī)。銷盤型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)是人工關(guān)節(jié)摩擦學(xué)常規(guī)試驗(yàn)設(shè)備，以滑動(dòng)接觸方式進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，通過(guò)圓盤與加工成銷狀的試驗(yàn)樣品之間所形成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)研究材料的摩擦性能和滑液的潤(rùn)滑性能，通常采用三種接觸方式，但這類試驗(yàn)機(jī)的接觸方式與人體髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方式差別較大。多軸型主要是通過(guò)將不同軸系所形成的單個(gè)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行合成來(lái)模擬人工髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。英國(guó)Leeds大學(xué)和Durham大學(xué)的MK系制造了多軸型人工骸關(guān)節(jié)模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)，設(shè)計(jì)中同樣省略了冠狀面上的擺動(dòng)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉的能夠?qū)崿F(xiàn)交叉狀多向復(fù)合運(yùn)動(dòng)的3-RUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)在合成運(yùn)動(dòng)的方式上屬于多軸型人工關(guān)節(jié)模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)。
[0005]本實(shí)用新型提供一種3-RUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)包括關(guān)節(jié)窩、關(guān)節(jié)頭、動(dòng)平臺(tái)、側(cè)連桿和電機(jī)。關(guān)節(jié)窩下端與關(guān)節(jié)頭上端相連，關(guān)節(jié)頭下方連有關(guān)節(jié)頭座、動(dòng)平臺(tái)，關(guān)節(jié)頭座與動(dòng)平臺(tái)連接在一起，動(dòng)平臺(tái)端部下端設(shè)有連接架，連接架與側(cè)連桿上端相連，側(cè)連桿下端與下端連接架相連，此下端連接架下連有轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)下端設(shè)有電機(jī)架，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)與電機(jī)架之間設(shè)有推力軸承，電機(jī)架下端設(shè)有電機(jī)并與電機(jī)架相連，電機(jī)通過(guò)鍵與轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連接。
[0006]所述髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)還包括框架、靜平臺(tái)、液壓缸和支撐連桿?？蚣茉陟o平臺(tái)上方，液壓缸在框架上方，液壓缸下端與所述關(guān)節(jié)窩相連，關(guān)節(jié)窩連接在框架上，動(dòng)平臺(tái)中心下端設(shè)有球窩，關(guān)節(jié)頭座、動(dòng)平臺(tái)、球窩連接在一起，支撐連桿上端設(shè)有球頭，與球窩連接，下端固定在靜平臺(tái)上，電機(jī)架與靜平臺(tái)連接。
[0007]所述試驗(yàn)機(jī)設(shè)有三個(gè)相同的側(cè)連桿共同與動(dòng)平臺(tái)連接，三個(gè)側(cè)連桿間夾角為120。。
[0008]所述側(cè)連桿上端通過(guò)軸、軸擋、十字空心軸、軸承與動(dòng)平臺(tái)上的連接架相連，下端通過(guò)相同結(jié)構(gòu)的軸、軸擋、十字空心軸、軸承與下端的連接架相連接。
[0009]所述的可調(diào)平衡關(guān)節(jié)窩上端設(shè)有半球形凹槽，下端設(shè)有關(guān)節(jié)窩。
[0010]有益效果:本實(shí)用新型利用液壓系統(tǒng)提供模擬人步行時(shí)髖關(guān)節(jié)所受的載荷，全部利用轉(zhuǎn)動(dòng)副來(lái)實(shí)現(xiàn)功能需求，并通過(guò)壓力傳感器對(duì)施加載荷加以檢測(cè)和反饋，進(jìn)一步修正所施加的載荷。球頭座為快換零件，方便與試驗(yàn)機(jī)相連接。推力軸承可以承載支鏈傳遞過(guò)來(lái)的力，使電機(jī)軸受到的力減少，從而使電機(jī)在更好的狀態(tài)下運(yùn)行。利用電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、連接架、支鏈等構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，便于控制及信息狀態(tài)的測(cè)量，可有效降低試驗(yàn)成本及維護(hù)成本，增加試驗(yàn)機(jī)的適用性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型的透視圖。
[0012]圖2是本實(shí)用新型的主視圖。
[0013]圖3是本實(shí)用新型的局部放大圖。
[0014]圖4是本實(shí)用新型的局部放大圖。
[0015]圖中:1-靜平臺(tái)，2-螺栓，3-框架，4-液壓缸，5-螺栓，6_支撐連桿，7_螺栓，8_轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，9-電機(jī)架，10-螺栓，11-螺母，12-螺桿，13-關(guān)節(jié)窩，14-螺母，15-動(dòng)平臺(tái)，16-連接架，17-軸，18-軸擋，19-軸承，20-十字空心軸，21-側(cè)連桿，22-電機(jī)，23-螺栓，24-推力軸承，25-鍵，26-螺母，27-球窩，28-螺栓，29-關(guān)節(jié)頭座，30-關(guān)節(jié)頭具體實(shí)施例
[0016]下文將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合和相互結(jié)合從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。在下述實(shí)施例的附圖中，各附圖所出現(xiàn)的相同標(biāo)號(hào)代表相同的特征或者部件，可應(yīng)用于不同實(shí)施例中。
[0017]如圖1-圖4所示，本實(shí)用新型3-RUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)包括靜平臺(tái)1、框架3、液壓缸4、支撐連桿6、關(guān)節(jié)窩13、動(dòng)平臺(tái)15、側(cè)連桿21、電機(jī)22和關(guān)節(jié)頭30，框架3通過(guò)螺栓2固定在靜平臺(tái)I上方，框架3上設(shè)有液壓缸4，通過(guò)螺栓5與框架3相連，液壓缸4伸出軸的末端加工成球形。可調(diào)平衡的關(guān)節(jié)窩13上端設(shè)有半球形凹槽，與液壓缸4伸出軸末端的球形裝配在一起。關(guān)節(jié)窩13通過(guò)螺桿12，螺母11、螺母14連接在框架3上，關(guān)節(jié)窩13下端與關(guān)節(jié)頭30的上端通過(guò)球面進(jìn)行配合，關(guān)節(jié)頭30下方設(shè)有關(guān)節(jié)頭座29，通過(guò)螺紋連接在一起，關(guān)節(jié)頭座29下方設(shè)有動(dòng)平臺(tái)15，動(dòng)平臺(tái)15中心下端設(shè)有球窩27，通過(guò)螺栓28、螺母26將關(guān)節(jié)頭座29、動(dòng)平臺(tái)15、球窩27連接在一起，動(dòng)平臺(tái)15的端部下端設(shè)有連接架16，連接架16與動(dòng)平臺(tái)15焊接在一起，連接架16通過(guò)軸17、軸擋18、十字空心軸19、軸承20與側(cè)連桿21上端連接在一起，側(cè)連桿21下端通過(guò)相同結(jié)構(gòu)的軸17、軸擋18、十字空心軸19、軸承20與側(cè)連桿21下端的連接架16相連接，側(cè)連桿21下端的連接架16下端連有轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)8，連接架16與轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)8焊接在一起，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)8下端設(shè)有電機(jī)架9，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)8與電機(jī)架9之間設(shè)有推力軸承24，電機(jī)架9通過(guò)螺栓10與靜平臺(tái)I連接。電機(jī)架9下端設(shè)有電機(jī)22，電機(jī)22通過(guò)螺栓23與電機(jī)架9連接，電機(jī)22通過(guò)鍵25與轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)8連接。支撐連桿6上端設(shè)有球頭，上端球頭與球窩27連接，下端通過(guò)螺栓7固定在靜平臺(tái)I上。
[0018]試驗(yàn)機(jī)有三個(gè)相同的側(cè)連桿21共同與動(dòng)平臺(tái)15連接，三個(gè)側(cè)連桿21間夾角為120°。電機(jī)22通過(guò)鍵25帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)8旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)8通過(guò)連接架16、側(cè)連桿21等機(jī)構(gòu)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)15運(yùn)動(dòng)，通過(guò)設(shè)定三個(gè)電機(jī)22的轉(zhuǎn)速即可以獲得相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0019]本實(shí)用新型利用液壓系統(tǒng)提供模擬人步行時(shí)髖關(guān)節(jié)所受的載荷，全部利用轉(zhuǎn)動(dòng)副來(lái)實(shí)現(xiàn)功能需求，并通過(guò)壓力傳感器對(duì)施加載荷加以檢測(cè)和反饋，進(jìn)一步修正所施加的載荷。球頭座為快換零件，方便與試驗(yàn)機(jī)相連接。推力軸承可以承載支鏈傳遞過(guò)來(lái)的力，使電機(jī)軸受到的力減少，從而使電機(jī)在更好的狀態(tài)下運(yùn)行。利用電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、連接架、支鏈等構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，便于控制及信息狀態(tài)的測(cè)量，可有效降低試驗(yàn)成本及維護(hù)成本，增加試驗(yàn)機(jī)的適用性。
[0020]本文雖然已經(jīng)給出了本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本實(shí)用新型精神的情況下，可以對(duì)本文的實(shí)施例進(jìn)行改變。上述實(shí)施例只是示例性的，不應(yīng)以本文的實(shí)施例作為本實(shí)用新型權(quán)利范圍的限定。
【權(quán)利要求】
1.一種3-RUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:包括關(guān)節(jié)窩、關(guān)節(jié)頭、動(dòng)平臺(tái)、側(cè)連桿和電機(jī)，所述關(guān)節(jié)窩下端與關(guān)節(jié)頭上端相連，關(guān)節(jié)頭下方連有關(guān)節(jié)頭座、動(dòng)平臺(tái)，所述關(guān)節(jié)頭座與動(dòng)平臺(tái)連接在一起，所述動(dòng)平臺(tái)端部下端設(shè)有連接架，連接架與側(cè)連桿上端相連，側(cè)連桿下端與下端連接架相連，所述下端連接架下連有轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)下端設(shè)有電機(jī)架，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)與電機(jī)架之間設(shè)有推力軸承，電機(jī)架下端設(shè)有電機(jī)并與電機(jī)架相連，電機(jī)通過(guò)鍵與轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連接。
2.如權(quán)利要求1或所述3-RUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:還包括框架、靜平臺(tái)、液壓缸和支撐連桿；所述框架在靜平臺(tái)上方，液壓缸在框架上方，液壓缸下端與所述關(guān)節(jié)窩相連，所述關(guān)節(jié)窩連接在框架上，動(dòng)平臺(tái)中心下端設(shè)有球窩，所述關(guān)節(jié)頭座、動(dòng)平臺(tái)、球窩連接在一起，所述支撐連桿上端設(shè)有球頭，與球窩連接，下端固定在靜平臺(tái)上，所述電機(jī)架與靜平臺(tái)連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述3-RUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:有三個(gè)相同的側(cè)連桿共同與所述動(dòng)平臺(tái)連接，所述三個(gè)側(cè)連桿間夾角為120°。
4.如權(quán)利要求3所述3-RUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:所述側(cè)連桿上端通過(guò)軸、軸擋、十字空心軸、軸承與動(dòng)平臺(tái)上的連接架相連，下端通過(guò)相同結(jié)構(gòu)的軸、軸擋、十字空心軸、軸承與下端的連接架相連接。
5.如權(quán)利要求4所述3-RUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:所述關(guān)節(jié)窩為可調(diào)平衡關(guān)節(jié)窩，上端設(shè)有半球形凹槽，下端設(shè)有關(guān)節(jié)窩。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK204128807SQ201420614274
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】王松濤, 張斌, 李陽(yáng), 程剛, 袁欣 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)