3-ruu型并聯(lián)機構(gòu)髖關節(jié)試驗的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種3-RUU型并聯(lián)機構(gòu)髖關節(jié)試驗機，集機、電、液技術于一體，能模擬人體髖關節(jié)的實際運動工況，準確、可靠地測試人工關節(jié)材料的生物摩擦學特性參數(shù)，為醫(yī)學臨床應用提供指導性試驗數(shù)據(jù)。試驗機主要由支撐部分、機械傳動部分、液壓加載系統(tǒng)等部分組成，其中機械傳動部分包括電機、轉(zhuǎn)動關節(jié)、連桿、動平臺等，在電機的帶動下，通過側(cè)連桿的共同作用帶動平臺及關節(jié)球頭完成交叉狀的多向復合滑動及旋轉(zhuǎn)運動；液壓加載系統(tǒng)由固定于頂板上的加載油缸導向帶動關節(jié)窩向關節(jié)球頭施加載荷。本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，操作方便。
【專利說明】3-RUU型并聯(lián)機構(gòu)髖關節(jié)試驗機

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種人工關節(jié)試驗機，尤其是一種能夠在試驗室環(huán)境中正確模擬人體髖關節(jié)的實際運動工況，并能可靠地測試人工關節(jié)材料的生物摩擦學特性參數(shù)的3-RUU型并聯(lián)機構(gòu)髖關節(jié)試驗機。

【背景技術】
[0002]隨著人類社會步入高齡化階段，各種與高齡有關的關節(jié)疾病，如大腿骨骨折、關節(jié)炎等病癥，將會大量發(fā)生，因此對人工關節(jié)的需求也會日益增加。目前，全球已有約3000萬人植入了人工關節(jié)，每年的置換量約為200萬例。人工關節(jié)在體內(nèi)受力是相當惡劣的，如人工髖關節(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。同時由于正常人的骨骼在造骨細胞和噬骨細胞的復雜平衡中不斷調(diào)整其外型，來自假體摩擦表面的碎屑在關節(jié)附近積聚，會造成身體中的噬骨細胞增加，打破噬骨細胞和成骨細胞之間的平衡，使假體松動，因此，磨損和磨損顆粒播散仍是影響人工髖關節(jié)耐久性的主要問題。人工關節(jié)試驗機對人工關節(jié)材料進行摩擦磨損試驗,通過實驗數(shù)據(jù)分析人工關節(jié)材料的摩擦磨損性能，這對于提高人工關節(jié)的使用質(zhì)量，延長其臨床壽命和減輕患者痛苦具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003]目前髖關節(jié)模擬試驗機按照所模擬運動方式的不同，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運動來模擬髖關節(jié)在三個不同平面的擺動動作。赫爾辛基技術大學研制的擺軸型HUT-BRMhip-jointsimulator試驗機，由于條件的限制,設計者省略了在橫截面上的運動。中國礦業(yè)大學摩擦學與可靠性工程研究所設計并制造的第一代人工髖關節(jié)模擬試驗機按結(jié)構(gòu)和運動原理也屬于擺軸型試驗機。銷盤型摩擦磨損試驗機是人工關節(jié)摩擦學常規(guī)試驗設備，以滑動接觸方式進行摩擦磨損試驗，通過圓盤與加工成銷狀的試驗樣品之間所形成的相對運動來研究材料的摩擦性能和滑液的潤滑性能，通常采用三種接觸方式，但這類試驗機的接觸方式與人體髖關節(jié)的運動方式差別較大。多軸型主要是通過將不同軸系所形成的單個運動進行合成來模擬人工髖關節(jié)的運動形態(tài)。英國Leeds大學和Durham大學的MK系制造了多軸型人工骸關節(jié)模擬實驗機，設計中同樣省略了冠狀面上的擺動。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、價格低廉的能夠?qū)崿F(xiàn)交叉狀多向復合運動的3-RUU型并聯(lián)機構(gòu)髖關節(jié)試驗機，該試驗機在合成運動的方式上屬于多軸型人工關節(jié)模擬實驗機。
[0005]本實用新型提供一種3-RUU型并聯(lián)機構(gòu)髖關節(jié)試驗機包括關節(jié)窩、關節(jié)頭、動平臺、側(cè)連桿和電機。關節(jié)窩下端與關節(jié)頭上端相連，關節(jié)頭下方連有關節(jié)頭座、動平臺，關節(jié)頭座與動平臺連接在一起，動平臺端部下端設有連接架，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)動關節(jié)，轉(zhuǎn)動關節(jié)下端設有電機架，轉(zhuǎn)動關節(jié)與電機架之間設有推力軸承，電機架下端設有電機并與電機架相連，電機通過鍵與轉(zhuǎn)動關節(jié)連接。
[0006]所述髖關節(jié)試驗機還包括框架、靜平臺、液壓缸和支撐連桿?？蚣茉陟o平臺上方，液壓缸在框架上方，液壓缸下端與所述關節(jié)窩相連，關節(jié)窩連接在框架上，動平臺中心下端設有球窩，關節(jié)頭座、動平臺、球窩連接在一起，支撐連桿上端設有球頭，與球窩連接，下端固定在靜平臺上，電機架與靜平臺連接。
[0007]所述試驗機設有三個相同的側(cè)連桿共同與動平臺連接，三個側(cè)連桿間夾角為120。。
[0008]所述側(cè)連桿上端通過軸、軸擋、十字空心軸、軸承與動平臺上的連接架相連，下端通過相同結(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)平衡關節(jié)窩上端設有半球形凹槽，下端設有關節(jié)窩。
[0010]有益效果:本實用新型利用液壓系統(tǒng)提供模擬人步行時髖關節(jié)所受的載荷，全部利用轉(zhuǎn)動副來實現(xiàn)功能需求，并通過壓力傳感器對施加載荷加以檢測和反饋，進一步修正所施加的載荷。球頭座為快換零件，方便與試驗機相連接。推力軸承可以承載支鏈傳遞過來的力，使電機軸受到的力減少，從而使電機在更好的狀態(tài)下運行。利用電機、轉(zhuǎn)動關節(jié)、連接架、支鏈等構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，便于控制及信息狀態(tài)的測量，可有效降低試驗成本及維護成本，增加試驗機的適用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型的透視圖。
[0012]圖2是本實用新型的主視圖。
[0013]圖3是本實用新型的局部放大圖。
[0014]圖4是本實用新型的局部放大圖。
[0015]圖中:1-靜平臺，2-螺栓，3-框架，4-液壓缸，5-螺栓，6_支撐連桿，7_螺栓，8_轉(zhuǎn)動關節(jié)，9-電機架，10-螺栓，11-螺母，12-螺桿，13-關節(jié)窩，14-螺母，15-動平臺，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，23-螺栓，24-推力軸承，25-鍵，26-螺母，27-球窩，28-螺栓，29-關節(jié)頭座，30-關節(jié)頭具體實施例
[0016]下文將結(jié)合附圖詳細描述本實用新型的實施例。應當注意的是，下述實施例中描述的技術特征或者技術特征的組合不應當被認為是孤立的，它們可以被相互組合和相互結(jié)合從而達到更好的技術效果。在下述實施例的附圖中，各附圖所出現(xiàn)的相同標號代表相同的特征或者部件，可應用于不同實施例中。
[0017]如圖1-圖4所示，本實用新型3-RUU型并聯(lián)機構(gòu)髖關節(jié)試驗機包括靜平臺1、框架3、液壓缸4、支撐連桿6、關節(jié)窩13、動平臺15、側(cè)連桿21、電機22和關節(jié)頭30，框架3通過螺栓2固定在靜平臺I上方，框架3上設有液壓缸4，通過螺栓5與框架3相連，液壓缸4伸出軸的末端加工成球形?？烧{(diào)平衡的關節(jié)窩13上端設有半球形凹槽，與液壓缸4伸出軸末端的球形裝配在一起。關節(jié)窩13通過螺桿12，螺母11、螺母14連接在框架3上，關節(jié)窩13下端與關節(jié)頭30的上端通過球面進行配合，關節(jié)頭30下方設有關節(jié)頭座29，通過螺紋連接在一起，關節(jié)頭座29下方設有動平臺15，動平臺15中心下端設有球窩27，通過螺栓28、螺母26將關節(jié)頭座29、動平臺15、球窩27連接在一起，動平臺15的端部下端設有連接架16，連接架16與動平臺15焊接在一起，連接架16通過軸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)動關節(jié)8，連接架16與轉(zhuǎn)動關節(jié)8焊接在一起，轉(zhuǎn)動關節(jié)8下端設有電機架9，轉(zhuǎn)動關節(jié)8與電機架9之間設有推力軸承24，電機架9通過螺栓10與靜平臺I連接。電機架9下端設有電機22，電機22通過螺栓23與電機架9連接，電機22通過鍵25與轉(zhuǎn)動關節(jié)8連接。支撐連桿6上端設有球頭，上端球頭與球窩27連接，下端通過螺栓7固定在靜平臺I上。
[0018]試驗機有三個相同的側(cè)連桿21共同與動平臺15連接，三個側(cè)連桿21間夾角為120°。電機22通過鍵25帶動轉(zhuǎn)動關節(jié)8旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動關節(jié)8通過連接架16、側(cè)連桿21等機構(gòu)帶動動平臺15運動，通過設定三個電機22的轉(zhuǎn)速即可以獲得相應的運動軌跡。
[0019]本實用新型利用液壓系統(tǒng)提供模擬人步行時髖關節(jié)所受的載荷，全部利用轉(zhuǎn)動副來實現(xiàn)功能需求，并通過壓力傳感器對施加載荷加以檢測和反饋，進一步修正所施加的載荷。球頭座為快換零件，方便與試驗機相連接。推力軸承可以承載支鏈傳遞過來的力，使電機軸受到的力減少，從而使電機在更好的狀態(tài)下運行。利用電機、轉(zhuǎn)動關節(jié)、連接架、支鏈等構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，便于控制及信息狀態(tài)的測量，可有效降低試驗成本及維護成本，增加試驗機的適用性。
[0020]本文雖然已經(jīng)給出了本實用新型的一些實施例，但是本領域的技術人員應當理解，在不脫離本實用新型精神的情況下，可以對本文的實施例進行改變。上述實施例只是示例性的，不應以本文的實施例作為本實用新型權利范圍的限定。
【權利要求】
1.一種3-RUU型并聯(lián)機構(gòu)髖關節(jié)試驗機，其特征在于:包括關節(jié)窩、關節(jié)頭、動平臺、側(cè)連桿和電機，所述關節(jié)窩下端與關節(jié)頭上端相連，關節(jié)頭下方連有關節(jié)頭座、動平臺，所述關節(jié)頭座與動平臺連接在一起，所述動平臺端部下端設有連接架，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)動關節(jié)，轉(zhuǎn)動關節(jié)下端設有電機架，轉(zhuǎn)動關節(jié)與電機架之間設有推力軸承，電機架下端設有電機并與電機架相連，電機通過鍵與轉(zhuǎn)動關節(jié)連接。
2.如權利要求1或所述3-RUU型并聯(lián)機構(gòu)髖關節(jié)試驗機，其特征在于:還包括框架、靜平臺、液壓缸和支撐連桿；所述框架在靜平臺上方，液壓缸在框架上方，液壓缸下端與所述關節(jié)窩相連，所述關節(jié)窩連接在框架上，動平臺中心下端設有球窩，所述關節(jié)頭座、動平臺、球窩連接在一起，所述支撐連桿上端設有球頭，與球窩連接，下端固定在靜平臺上，所述電機架與靜平臺連接。
3.如權利要求1或2所述3-RUU型并聯(lián)機構(gòu)髖關節(jié)試驗機，其特征在于:有三個相同的側(cè)連桿共同與所述動平臺連接，所述三個側(cè)連桿間夾角為120°。
4.如權利要求3所述3-RUU型并聯(lián)機構(gòu)髖關節(jié)試驗機，其特征在于:所述側(cè)連桿上端通過軸、軸擋、十字空心軸、軸承與動平臺上的連接架相連，下端通過相同結(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.如權利要求4所述3-RUU型并聯(lián)機構(gòu)髖關節(jié)試驗機，其特征在于:所述關節(jié)窩為可調(diào)平衡關節(jié)窩，上端設有半球形凹槽，下端設有關節(jié)窩。
【文檔編號】G01M13/00GK204128807SQ201420614274
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權日:2014年10月22日
【發(fā)明者】王松濤, 張斌, 李陽, 程剛, 袁欣 申請人:中國礦業(yè)大學