3-ruu型并联机构髋关节试验的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种3-RUU型并联机构髋关节试验机，集机、电、液技术于一体，能模拟人体髋关节的实际运动工况，准确、可靠地测试人工关节材料的生物摩擦学特性参数，为医学临床应用提供指导性试验数据。试验机主要由支撑部分、机械传动部分、液压加载系统等部分组成，其中机械传动部分包括电机、转动关节、连杆、动平台等，在电机的带动下，通过侧连杆的共同作用带动平台及关节球头完成交叉状的多向复合滑动及旋转运动；液压加载系统由固定于顶板上的加载油缸导向带动关节窝向关节球头施加载荷。本实用新型结构紧凑，价格低廉，操作方便。
【专利说明】3-RUU型并联机构髋关节试验机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种人工关节试验机，尤其是一种能够在试验室环境中正确模拟人体髋关节的实际运动工况，并能可靠地测试人工关节材料的生物摩擦学特性参数的3-RUU型并联机构髋关节试验机。
【背景技术】
[0002]随着人类社会步入高龄化阶段，各种与高龄有关的关节疾病，如大腿骨骨折、关节炎等病症，将会大量发生，因此对人工关节的需求也会日益增加。目前，全球已有约3000万人植入了人工关节，每年的置换量约为200万例。人工关节在体内受力是相当恶劣的，如人工髋关节，每年要经受约3.6X106次可能数倍于人体体重的载荷冲击和磨损。同时由于正常人的骨骼在造骨细胞和噬骨细胞的复杂平衡中不断调整其外型，来自假体摩擦表面的碎屑在关节附近积聚，会造成身体中的噬骨细胞增加，打破噬骨细胞和成骨细胞之间的平衡，使假体松动，因此，磨损和磨损颗粒播散仍是影响人工髋关节耐久性的主要问题。人工关节试验机对人工关节材料进行摩擦磨损试验,通过实验数据分析人工关节材料的摩擦磨损性能，这对于提高人工关节的使用质量，延长其临床寿命和减轻患者痛苦具有重要的现实意义。
[0003]目前髋关节模拟试验机按照所模拟运动方式的不同，大致可分为三类:(I)摆轴型(Biaxial-Hip-Simulator) ； (2)销盘型(Pin-on-Disk) ； (3)多轴型(Mult1-Hip-Simulator)。摆轴型主要是依靠基座与斜面底座之间的相对运动来模拟髋关节在三个不同平面的摆动动作。赫尔辛基技术大学研制的摆轴型HUT-BRMhip-jointsimulator试验机，由于条件的限制,设计者省略了在横截面上的运动。中国矿业大学摩擦学与可靠性工程研究所设计并制造的第一代人工髋关节模拟试验机按结构和运动原理也属于摆轴型试验机。销盘型摩擦磨损试验机是人工关节摩擦学常规试验设备，以滑动接触方式进行摩擦磨损试验，通过圆盘与加工成销状的试验样品之间所形成的相对运动来研究材料的摩擦性能和滑液的润滑性能，通常采用三种接触方式，但这类试验机的接触方式与人体髋关节的运动方式差别较大。多轴型主要是通过将不同轴系所形成的单个运动进行合成来模拟人工髋关节的运动形态。英国Leeds大学和Durham大学的MK系制造了多轴型人工骸关节模拟实验机，设计中同样省略了冠状面上的摆动。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种结构紧凑、性能稳定、价格低廉的能够实现交叉状多向复合运动的3-RUU型并联机构髋关节试验机，该试验机在合成运动的方式上属于多轴型人工关节模拟实验机。
[0005]本实用新型提供一种3-RUU型并联机构髋关节试验机包括关节窝、关节头、动平台、侧连杆和电机。关节窝下端与关节头上端相连，关节头下方连有关节头座、动平台，关节头座与动平台连接在一起，动平台端部下端设有连接架，连接架与侧连杆上端相连，侧连杆下端与下端连接架相连，此下端连接架下连有转动关节，转动关节下端设有电机架，转动关节与电机架之间设有推力轴承，电机架下端设有电机并与电机架相连，电机通过键与转动关节连接。
[0006]所述髋关节试验机还包括框架、静平台、液压缸和支撑连杆。框架在静平台上方，液压缸在框架上方，液压缸下端与所述关节窝相连，关节窝连接在框架上，动平台中心下端设有球窝，关节头座、动平台、球窝连接在一起，支撑连杆上端设有球头，与球窝连接，下端固定在静平台上，电机架与静平台连接。
[0007]所述试验机设有三个相同的侧连杆共同与动平台连接，三个侧连杆间夹角为120。。
[0008]所述侧连杆上端通过轴、轴挡、十字空心轴、轴承与动平台上的连接架相连，下端通过相同结构的轴、轴挡、十字空心轴、轴承与下端的连接架相连接。
[0009]所述的可调平衡关节窝上端设有半球形凹槽，下端设有关节窝。
[0010]有益效果:本实用新型利用液压系统提供模拟人步行时髋关节所受的载荷，全部利用转动副来实现功能需求，并通过压力传感器对施加载荷加以检测和反馈，进一步修正所施加的载荷。球头座为快换零件，方便与试验机相连接。推力轴承可以承载支链传递过来的力，使电机轴受到的力减少，从而使电机在更好的状态下运行。利用电机、转动关节、连接架、支链等构成转动副，便于控制及信息状态的测量，可有效降低试验成本及维护成本，增加试验机的适用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型的透视图。
[0012]图2是本实用新型的主视图。
[0013]图3是本实用新型的局部放大图。
[0014]图4是本实用新型的局部放大图。
[0015]图中:1-静平台，2-螺栓，3-框架，4-液压缸，5-螺栓，6_支撑连杆，7_螺栓，8_转动关节，9-电机架，10-螺栓，11-螺母，12-螺杆，13-关节窝，14-螺母，15-动平台，16-连接架，17-轴，18-轴挡，19-轴承，20-十字空心轴，21-侧连杆，22-电机，23-螺栓，24-推力轴承，25-键，26-螺母，27-球窝，28-螺栓，29-关节头座，30-关节头具体实施例
[0016]下文将结合附图详细描述本实用新型的实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合和相互结合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
[0017]如图1-图4所示，本实用新型3-RUU型并联机构髋关节试验机包括静平台1、框架3、液压缸4、支撑连杆6、关节窝13、动平台15、侧连杆21、电机22和关节头30，框架3通过螺栓2固定在静平台I上方，框架3上设有液压缸4，通过螺栓5与框架3相连，液压缸4伸出轴的末端加工成球形。可调平衡的关节窝13上端设有半球形凹槽，与液压缸4伸出轴末端的球形装配在一起。关节窝13通过螺杆12，螺母11、螺母14连接在框架3上，关节窝13下端与关节头30的上端通过球面进行配合，关节头30下方设有关节头座29，通过螺纹连接在一起，关节头座29下方设有动平台15，动平台15中心下端设有球窝27，通过螺栓28、螺母26将关节头座29、动平台15、球窝27连接在一起，动平台15的端部下端设有连接架16，连接架16与动平台15焊接在一起，连接架16通过轴17、轴挡18、十字空心轴19、轴承20与侧连杆21上端连接在一起，侧连杆21下端通过相同结构的轴17、轴挡18、十字空心轴19、轴承20与侧连杆21下端的连接架16相连接，侧连杆21下端的连接架16下端连有转动关节8，连接架16与转动关节8焊接在一起，转动关节8下端设有电机架9，转动关节8与电机架9之间设有推力轴承24，电机架9通过螺栓10与静平台I连接。电机架9下端设有电机22，电机22通过螺栓23与电机架9连接，电机22通过键25与转动关节8连接。支撑连杆6上端设有球头，上端球头与球窝27连接，下端通过螺栓7固定在静平台I上。
[0018]试验机有三个相同的侧连杆21共同与动平台15连接，三个侧连杆21间夹角为120°。电机22通过键25带动转动关节8旋转，转动关节8通过连接架16、侧连杆21等机构带动动平台15运动，通过设定三个电机22的转速即可以获得相应的运动轨迹。
[0019]本实用新型利用液压系统提供模拟人步行时髋关节所受的载荷，全部利用转动副来实现功能需求，并通过压力传感器对施加载荷加以检测和反馈，进一步修正所施加的载荷。球头座为快换零件，方便与试验机相连接。推力轴承可以承载支链传递过来的力，使电机轴受到的力减少，从而使电机在更好的状态下运行。利用电机、转动关节、连接架、支链等构成转动副，便于控制及信息状态的测量，可有效降低试验成本及维护成本，增加试验机的适用性。
[0020]本文虽然已经给出了本实用新型的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本实用新型权利范围的限定。
【权利要求】
1.一种3-RUU型并联机构髋关节试验机，其特征在于:包括关节窝、关节头、动平台、侧连杆和电机，所述关节窝下端与关节头上端相连，关节头下方连有关节头座、动平台，所述关节头座与动平台连接在一起，所述动平台端部下端设有连接架，连接架与侧连杆上端相连，侧连杆下端与下端连接架相连，所述下端连接架下连有转动关节，转动关节下端设有电机架，转动关节与电机架之间设有推力轴承，电机架下端设有电机并与电机架相连，电机通过键与转动关节连接。
2.如权利要求1或所述3-RUU型并联机构髋关节试验机，其特征在于:还包括框架、静平台、液压缸和支撑连杆；所述框架在静平台上方，液压缸在框架上方，液压缸下端与所述关节窝相连，所述关节窝连接在框架上，动平台中心下端设有球窝，所述关节头座、动平台、球窝连接在一起，所述支撑连杆上端设有球头，与球窝连接，下端固定在静平台上，所述电机架与静平台连接。
3.如权利要求1或2所述3-RUU型并联机构髋关节试验机，其特征在于:有三个相同的侧连杆共同与所述动平台连接，所述三个侧连杆间夹角为120°。
4.如权利要求3所述3-RUU型并联机构髋关节试验机，其特征在于:所述侧连杆上端通过轴、轴挡、十字空心轴、轴承与动平台上的连接架相连，下端通过相同结构的轴、轴挡、十字空心轴、轴承与下端的连接架相连接。
5.如权利要求4所述3-RUU型并联机构髋关节试验机，其特征在于:所述关节窝为可调平衡关节窝，上端设有半球形凹槽，下端设有关节窝。
【文档编号】G01M13/00GK204128807SQ201420614274
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】王松涛, 张斌, 李阳, 程刚, 袁欣 申请人:中国矿业大学