一种辅助机器臂—万用传感器测试系统实现膝关节生物力学测试的夹具的制作方法

本发明涉及一种辅助生物力学测量的夹具，更特别地说，是指一种辅助机器臂—万用传感器测试系统实现膝关节生物力学测试的夹具。
背景技术：
：膝关节是人体最大、最复杂的关节，也是韧带损伤发病率最高的关节。膝关节韧带是维持膝关节稳定性与运动学特性的主要结构，膝关节韧带损伤的治疗已经成为目前运动创伤领域的主要内容。测量膝关节韧带损伤重建后膝关节的稳定性与运动学特性可以对手术方法进行客观评估，以往在术式创立与改进过程中仅有解剖学依据，在解剖学方面合理即可，解剖学研究属于形态学研究，不能代表功能学，因此仅靠解剖学依据进行手术的创立与改进必然有很大的盲目性，该类手术的效果只能依靠临床研究来验证，给患者带来不必要的高风险。机器臂—万用传感器系统是目前国际上膝关节韧带损伤研究领域内最先进的测试系统。具有空间轨迹高精密度重复的能力，可以在六个自由度条件下控制和精确重复关节的运动，并进行各种加载与同步测量。利用机器臂—万用传感器系统在进行不同状态下膝关节的测试过程中，对膝关节的不同状态的测量位置是不能随意改变的，而膝关节标本在安装条件下是不能改变状态的，因此，需要对膝关节标本进行反复拆卸与安装。再次安装的精确度是决定测量精度的关键因素，否则膝关节标本在不同状态下的测量结果就不具备可比较性，导致测试失败。技术实现要素：为了实现机器臂—万用传感器系统在同一测量位置对膝关节标本进行不同状态的生物力学性能测试，本发明设计了能够与所述机器臂—万用传感器系统配合的、用于夹持膝关节标本的夹具。所述夹具利用两个倾斜面的重合后形成精确的咬合，形成具有高位置精度的组合。本发明夹具解决了机器臂—万用传感器系统测试过程中，膝关节标本拆卸后再安装的位置精度问题。保证了不同状态下膝关节标本测试在位置标定方面的统一，保证了测试的精确度。本发明是一种辅助机器臂—万用传感器测试系统实现膝关节生物力学测试的夹具，其特征在于：包括有机器臂—万用传感器测试系统、胫骨干固定机构和股骨干固定机构；胫骨干固定机构与股骨干固定机构通过膝关节标本(10)结合成一体；所述胫骨干固定机构由上支撑件(1)、上底板(2)、上夹持件(3)、aa楔块(4)、ab楔块(5)、上顶块(6)、上螺纹套筒(7)和上顶紧螺钉(8)组成；所述股骨干固定机构由下夹持件(11)、下底板(12)、下基座(13)、ba楔块(14)、bb楔块(15)、下顶块(16)、下螺纹套筒(17)和下顶紧螺钉(18)组成；下基座(13)安装在工作台(20)上；上支撑件(1)上支撑件(1)的一端是圆盘端平板(1a)，上支撑件(1)的另一端是斜臂挡板(1b)，圆盘端平板(1a)与斜臂挡板(1b)之间是定位面板(1e)；所述定位面板(1e)处用于安装上底板(2)；定位面板(1e)的下面板上设有aa沉头腔(1e1)；定位面板(1e)的一侧边上设有用于固定ab楔块(5)的a限位槽(1f)；斜臂挡板(1b)上设有用于安装上螺纹套筒(7)的aa通孔(1b1)；所述上螺纹套筒(7)为内螺纹，所述上螺纹套筒(7)用于上顶紧螺钉(8)穿过，且通过螺纹配合实现上顶紧螺钉(8)在上螺纹套筒(7)内运动，从而推动上顶块(6)的ad斜行滑槽面板(61)与上底板(2)的aa斜行滑槽面板(21)接触后成直角相交；圆盘端平板(1a)的下面板上设有aa挡板(1c)和a加强筋(1d)，所述aa挡板(1c)处固定有aa楔块(4)；上底板(2)上底板(2)的上面板(24)为平整面板，上底板(2)的下面板(25)上设有ab沉头腔(2c)；ab沉头腔(2c)用于放置上夹持件(3)的连接端，且通过螺钉穿过的ae通孔(2d)后固定；上底板(2)的侧面上设有aa斜行滑槽面板(21)、aa直角面板(2a)、ac斜行滑槽面板(23)、ab斜行滑槽面板(22)和ab直角面板(2b)，aa直角面板(2a)与ab直角面板(2b)之间是aa斜行滑槽面板(21)；aa斜行滑槽面板(21)用于与上顶块(6)的ad斜行滑槽面板(61)重合；所述aa斜行滑槽面板(21)设置在ac斜行滑槽面板(23)与ab斜行滑槽面板(22)的相交直角的对面；ab斜行滑槽面板(22)用于与ab楔块(5)的ae斜行滑槽面板(51)重合；ac斜行滑槽面板(23)用于与aa楔块(4)的af斜行滑槽面板(41)重合；上夹持件(3)上夹持件(3)的上部是连接端(31)，上夹持件(3)的下部是胫骨夹持端(32)；连接端(31)与胫骨夹持端(32)的结合部位是aa弧形部(33)和ab弧形部(34)；aa弧形部(33)上间隔设有aa凹槽(33a)和aa凸起(33b)；ab弧形部(34)上间隔设有ab凹槽(34a)和ab凸起(34b)；间隔设置的凹槽与凸起配合，有利于弧形部在受力时的变形；采用一螺钉穿过上底板(2)的ae通孔(2d)后螺纹连接在a连接端(31)上设有aa螺纹孔(31a)中，实现将上底板(2)与上夹持件(3)的固定；胫骨夹持端(32)的下部设有aa开口(3c)、ac通孔(3d)和ad通孔(3e)，ac通孔(3d)用于放置aa拧紧螺钉(9a)，ad通孔(3e)用于放置ab拧紧螺钉(9b)；aa楔块(4)aa楔块(4)在同一面上设有ac直角面板(42)和af斜行滑槽面板(41)；af斜行滑槽面板(41)与上底板(2)的ac斜行滑槽面板(23)重合；ac直角面板(42)置于上支撑件(1)的a限位槽(1f)中且通过螺钉固定；ab楔块(5)ab楔块(5)上设有ae斜行滑槽面板(51)，与ae斜行滑槽面板(51)相对的面是ad直角面板(52)；ad直角面板(52)与上支撑件(1)的aa挡板(1c)重合；ab楔块(5)通过螺钉固定在上支撑件(1)的定位面板(1e)上；上顶块(6)上顶块(6)上设有ad斜行滑槽面板(61)和af通孔(62)，ad斜行滑槽面板(61)与上底板(2)的aa斜行滑槽面板(21)重合，af通孔(62)用于放置上顶紧螺钉(8)的光标段端，上顶紧螺钉(8)的螺纹段与上螺纹套筒(7)的内螺纹配合后，通过拧动上顶紧螺钉(8)达到推动上顶块(6)向上底板(2)的aa斜行滑槽面板(21)接近；上螺纹套筒(7)设有的是内螺纹；上顶紧螺钉(8)上设有螺纹段和光标段，螺纹段用于与上螺纹套筒(7)的内螺纹配合实现上顶紧螺钉(8)的转动，光标段置于上顶块(6)的af通孔(62)中；下夹持件(11)下夹持件(11)由夹持固定体(11a)和夹持转动体(11b)组成，夹持固定体(11a)与夹持转动体(11b)通过合页铰链(11f)活动连接，且夹持固定体(11a)的另一端与夹持转动体(11b)的另一端通过拧紧螺钉(19a、19b)固定；合并后的夹持固定体(11a)与夹持转动体(11b)形成有用于固定安装膝关节股骨的bb通孔(11c)；合并后的夹持固定体(11a)与夹持转动体(11b)之间存在有ba开口(11d)，所述ba开口(11d)用于调节夹持的膝关节股骨的大小；夹持固定体(11a)的下部设有ba螺纹孔(11e)，所述ba螺纹孔(11e)用于放置螺钉实现与下底板(12)的固定；夹持固定体(11a)的侧边设有bc通孔(11a1)和bd通孔(11a2)，bc通孔(11a1)用于放置ba拧紧螺钉(19a)，bd通孔(11a2)用于放置bb拧紧螺钉(19b)；下底板(12)下底板(12)的上面板(124)上设有bb沉头腔(12c)，bb沉头腔(12c)内设有be通孔(12d)；bb沉头腔(12c)用于放置下夹持件(11)的夹持固定体(11a)，且通孔一螺钉穿过be通孔(12d)后螺纹连接在夹持固定体(11a)的ba螺纹孔(11e)中；下底板(12)的侧面上设有ba斜行滑槽面板(121)、ba直角面板(12a)、bb斜行滑槽面板(122)、bc斜行滑槽面板(123)和bb直角面板(12b)，ba直角面板(12a)与bb直角面板(12b)之间是ba斜行滑槽面板(121)；ba斜行滑槽面板(121)用于与下顶块(16)的bd斜行滑槽面板(161)重合；所述ba斜行滑槽面板(121)设置在bc斜行滑槽面板(123)与bb斜行滑槽面板(122)的相交直角的对面；bb斜行滑槽面板(122)用于与bb楔块(15)的be斜行滑槽面板(151)重合；bc斜行滑槽面板(123)用于与ba楔块(14)的bf斜行滑槽面板(141)重合；下基座(13)下基座(13)的一斜角处设有斜臂挡板(13b)，下基座(13)的定位面板(13e)用于安装下底板(12)；定位面板(13e)上设有ba沉头腔(13e1)；下底板(12)与下基座(13)的连接端通过螺钉固定，一螺钉穿过下底板(12)上的be通孔(12d)后，置于此ba沉头腔(13e1)中；下基座(13)的一侧边上设有用于固定bb楔块(15)的ba凸台(13a)；下基座(13)的另一侧边上设有用于固定ba楔块(14)的bb凸台(13c)；斜臂挡板(13b)上设有用于安装下螺纹套筒(17)的ba通孔(13b1)；所述下螺纹套筒(17)为内螺纹，所述下螺纹套筒(17)用于下顶紧螺钉(18)穿过，且通过螺纹配合实现下顶紧螺钉(18)在下螺纹套筒(17)内运动，从而推动下顶块(16)的bd斜行滑槽面板(161)与下底板(12)的ba斜行滑槽面板(121)重合；ba楔块(14)ba楔块(14)在同一面上设有bc直角面板(142)和bf斜行滑槽面板(141)；bf斜行滑槽面板(141)与下底板(12)的bc斜行滑槽面板(123)重合；bc直角面板(142)通过螺钉固定在下基座(13)的bb凸台(13c)上；bb楔块(15)bb楔块(15)在同一面上设有bd直角面板(152)和be斜行滑槽面板(151)；be斜行滑槽面板(151)与下底板(12)的bb斜行滑槽面板(122)接触；bd直角面板(152)通过螺钉固定在下基座(13)的ba凸台(13a)上；下顶块(16)下顶块(16)上设有bd斜行滑槽面板(161)和bf通孔(162)，bd斜行滑槽面板(161)与下底板(12)的ba斜行滑槽面板(121)重合，bf通孔(162)用于放置下顶紧螺钉(18)的光标段端，下顶紧螺钉(18)的螺纹段与下螺纹套筒(17)的内螺纹配合后，通过拧动下顶紧螺钉(18)达到推动下顶块(16)向下底板(2)的ba斜行滑槽面板(121)接近；下螺纹套筒(17)设有的是内螺纹；下顶紧螺钉(18)上设有螺纹段和光标段，螺纹段用于与下螺纹套筒(17)的内螺纹配合实现下顶紧螺钉(18)的转动，光标段置于下顶块(16)的bf通孔(162)中。本发明实现膝关节生物力学测试夹具的优点在于：①本发明夹具设计为分体结构，包括胫骨干固定机构和股骨干固定机构，能够方便固定或拆卸膝关节的胫骨和股骨，方便进行不同状态下膝关节标本测试时的安装、拆卸与再安装，且保持在同一测量位置。②在胫骨干固定机构安装膝关节标本中，首先人工辅助使上底板(2)的ab斜行滑槽面板与aa楔块(4)的af斜行滑槽面板接触，同时上底板(2)的ac斜行滑槽面板与ab楔块(5)的ac斜行滑槽面板接触；然后调节上顶紧螺丝(8)推进上顶块(6)，进而推动上底板(2)沿双斜面与楔块(4、5)的斜面相咬合，两个重合的斜面形成直角相交，在压力条件下可形成具有高位置精度的组合，能够保证拆卸后再安装的测量位置精度。从而保证了膝关节标本胫骨部分再安装的位置精度，保证了不同状态下膝关节标本测试在胫骨位置标定方面的统一，保证了测试的精确度。在胫骨干固定机构拆卸膝关节标本中，与安装膝关节标本胫骨部分相反的方向调节上顶紧螺丝(8)，人工握住上夹持件(3)向上顶紧螺丝(8)方向牵拉，即可拆卸胫骨端。③在股骨干固定机构安装膝关节标本中，首先人工辅助使下底板(12)的bc斜行滑槽面板与ba楔块(14)的bf斜行滑槽面板接触，同时下底板(12)的bb斜行滑槽面板与bb楔块(15)的be斜行滑槽面板接触；然后调节下顶紧螺丝(18)推进下顶块(16)，进而推动下底板(12)沿双斜面与楔块(14、15)的斜面相咬合，两个重合的斜面形成直角相交，在压力条件下可形成具有高位置精度的组合，能够保证拆卸后再安装的测量位置精度。从而保证了膝关节标本股骨部分再安装的位置精度，保证了不同状态下膝关节标本测试在股骨位置标定方面的统一，保证了测试的精确度。在股骨干固定机构拆卸膝关节标本中，与安装膝关节标本股骨部分相反的方向调节下顶紧螺丝(18)，人工握住下夹持件(11)向下顶紧螺丝(18)方向牵拉，即可拆卸股骨端。④本发明夹具通过沿x轴和y轴布局的设计有斜面的楔块来限制底板推进的位置，从而达到测量位置的复位，使底板精确的复位才能保证不同状态下膝关节标本生物力学性能的测试，使得测量获得的参数具有可比性。附图说明图1是本发明设计的辅助机器臂—万用传感器系统实现膝关节生物力学测试的夹具的外部结构图。图1a是本发明设计的辅助机器臂机器臂—万用传感器系统实现膝关节生物力学测试的夹具的另一视角外部结构图。图1b是未装配膝关节标本的本发明实现膝关节生物力学测试的夹具结构图。图1c是膝关节标本的结构图。图1d是本发明测量位置的分离示意图。图2是本发明胫骨干固定机构的结构图。图2a是本发明胫骨干固定机构的另一视角结构图。图2b是本发明胫骨干固定机构未装配上支撑件的结构图。图2c是本发明胫骨干固定机构的分解图。图2d是本发明胫骨干固定机构中上支撑件的结构图。图2e是本发明胫骨干固定机构中上底板的结构图。图2f是本发明胫骨干固定机构中上底板的上面板的正视图。图2g是本发明胫骨干固定机构中上夹持件的结构图。图3是本发明实现膝关节生物力学测试夹具中股骨干固定机构的结构图。图3a是本发明实现膝关节生物力学测试夹具中股骨干固定机构的正视图。图3b是本发明股骨干固定机构中下夹持件与下底板的连接结构图。图3c是本发明实现膝关节生物力学测试夹具中股骨干固定机构的分解图。图4是本发明股骨干固定机构中下基座的结构图。图4a是本发明股骨干固定机构中下基座的另一视角结构图。图5是本发明股骨干固定机构中下底板的结构图。图5a是本发明股骨干固定机构中下底板的正视图。图6是本发明股骨干固定机构中下夹持件的结构图。图7是本发明夹具、膝关节标本、机器臂—万用传感器系统三者的使用状态照片。1.上支撑件1a.圆盘端平板1b.斜臂挡板1b1.aa通孔1c.aa挡板1d.a加强筋1e.定位面板1e1.aa沉头腔1f.a限位槽2.上底板21.aa斜行滑槽面板22.ab斜行滑槽面板23.ac斜行滑槽面板24.上面板25.下面板2a.aa直角面板2b.ab直角面板2c.ab沉头腔2d.ae通孔3.上夹持件31.连接端31a.aa螺纹孔32.胫骨夹持端33.aa弧形部33a.aa凹槽33b.aa凸起34.ab弧形部34a.ab凹槽34b.ab凸起3a.ab通孔3b.减重孔3c.aa开口3d.ac通孔3e.ad通孔4.aa楔块41.af斜行滑槽面板42.ac直角面板5.ab楔块51.ae斜行滑槽面板52.ad直角面板6.上顶块61.ad斜行滑槽面板62.af通孔7.上螺纹套筒8.上顶紧螺钉9a.aa拧紧螺钉9b.ab拧紧螺钉10.膝关节标本10a.胫骨干端10b.股骨干端10c.a金属护套10d.b金属护套11.下夹持件11a.夹持固定体11a1.bc通孔11a2.bd通孔11b.夹持转动体11b1.bg通孔11b2.bh通孔11c.bb通孔11d.ba开口11e.ba螺纹孔11f.合页铰链12.下底板121.ba斜行滑槽面板122.bb斜行滑槽面板123.bc斜行滑槽面板124.上面板12a.ba直角面板12b.bb直角面板12c.bb沉头腔12d.be通孔13.下基座13a.ba凸台13b.斜臂挡板13b1.ba通孔13c.bb凸台13e.定位面板13e1.ba沉头腔14.ba楔块141.bf斜行滑槽面板142.bc直角面板15.bb楔块151.be斜行滑槽面板152.bd直角面板16.下顶块161.bd斜行滑槽面板162.bf通孔17.下螺纹套筒18.下顶紧螺钉19a.ba拧紧螺钉19b.bb拧紧螺钉20.工作台具体实施方式下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。参见图1、图1a、图1b、图7所示，本发明设计了一种配合机器臂—万用传感器测试系统使用的实现膝关节生物力学测试的夹具，所述夹具由胫骨干固定机构和股骨干固定机构组成，胫骨干固定机构与股骨干固定机构通过膝关节标本10(膝关节的一端是胫骨干，另一端是股骨干)结合成一体(如图7所示)。本发明夹具通过上支撑件1固定在机器臂—万用传感器系统的机械臂上，当将本发明夹具应用于机器臂—万用传感器系统中，可以作为所述系统的辅助工具。所述胫骨干固定机构由上支撑件1、上底板2、上夹持件3、aa楔块4、ab楔块5、上顶块6、上螺纹套筒7和上顶紧螺钉8组成。所述股骨干固定机构由下夹持件11、下底板12、下基座13、ba楔块14、bb楔块15、下顶块16、下螺纹套筒17和下顶紧螺钉18组成。下基座13安装在工作台20上，所述工作台20固定在一能够调节所述股骨干固定机构上下高度的升降机构上，为了方便所述股骨干固定机构的安装，工作台20上设有沿x轴和y轴陈列布置的多个安装孔。在本发明中，以工作台20满足右手定则设计坐标系o—xyz(如图1所示)，工作台20在升降机构提供的上下运动则为调节的是股骨干固定机构的z轴方向，也是股骨干固定机构相对于胫骨干固定机构的相对距离。所述相对距离也是膝关节的胫骨与股骨之间的长短了。由于人体的个体特征不同则膝关节上的胫骨与股骨也有所不同，设计为分体的上下两部分夹持体，有利于进行不同人体的膝关节生物力学测试。参见图1c所示，膝关节标本10是指在膝关节的两端分别安装上金属护套(胫骨干端10a安装是a金属护套10c，股骨干端10b安装是b金属护套10d)，然后分别用多颗2毫米钢针成交叉状将金属护套(10c、10d)与膝关节的两端(10a、10b)固定，最后在金属护套与膝关节间隙中填入树脂(如骨水泥)，凝固后与膝关节成一体，即得到膝关节标本10。在本发明中，膝关节两端分别固定如水桶结构的金属护套，是为保护膝关节在加载力的条件下进行测量时出现被夹具损坏。上支撑件1参见图1、图1a、图1b、图2、图2a、图2b、图2c、图2d所示，上支撑件1为一体加工成型结构件。上支撑件1的一端是圆盘端平板1a，上支撑件1的另一端是斜臂挡板1b，圆盘端平板1a与斜臂挡板1b之间是定位面板1e；所述定位面板1e处用于安装上底板2；定位面板1e的下面板上设有aa沉头腔1e1，aa沉头腔1e1用于存储部分空气，有空气时有利于上底板2与定位面板1e的下面板接触后的紧配合，也可以说利用一个空腔解决上底板2的上面板与定位面板1e的下面板在加工上出现的平板不平整缺陷。上底板2与上夹持件3的连接端通过螺钉固定，一螺钉穿过上底板2上的螺纹孔后，置于此aa沉头腔1e1中。定位面板1e的一侧边上设有用于固定ab楔块5的a限位槽1f。斜臂挡板1b上设有用于安装上螺纹套筒7的aa通孔1b1。所述上螺纹套筒7为内螺纹，所述上螺纹套筒7用于上顶紧螺钉8穿过，且通过螺纹配合实现上顶紧螺钉8在上螺纹套筒7内运动，从而推动上顶块6的ad斜行滑槽面板61与上底板2的aa斜行滑槽面板21重合。圆盘端平板1a的下面板上设有aa挡板1c和a加强筋1d，所述aa挡板1c处固定有aa楔块4，所述a加强筋1d的设计有利于上支撑件1的圆盘端平板1a与机器臂—万用传感器系统的机械臂固定后，出现圆盘端平板1a太薄导致的上支撑件1扭动时的扭力变形。圆盘端平板1a上设有多个螺纹孔，通过螺钉与螺纹孔的配合实现胫骨干固定机构与机器臂—万用传感器系统的机械臂固定。上底板2参见图1、图1a、图1b、图2、图2a、图2b、图2c、图2e、图2f所示，上底板2为一体成型结构件。上底板2的上面板24为平整面板，上底板2的下面板25上设有ab沉头腔2c。ab沉头腔2c用于放置上夹持件3的连接端。上底板2上设有用于与上夹持件3的连接端31固定用的螺钉穿过的ae通孔2d。如图2e、图2f所示，上底板2的侧面上设有aa斜行滑槽面板21、aa直角面板2a、ac斜行滑槽面板23、ab斜行滑槽面板22和ab直角面板2b，aa直角面板2a与ab直角面板2b之间是aa斜行滑槽面板21。aa斜行滑槽面板21用于与上顶块6的ad斜行滑槽面板61重合。所述aa斜行滑槽面板21设置在ac斜行滑槽面板23与ab斜行滑槽面板22的相交直角(因为上底板2的上面板24为五边形，ac斜行滑槽面板23与ab斜行滑槽面板22的相交正好是直角)的对面，这有利于上顶块6在受到上顶紧螺钉8的推动下，使上底板2的两个斜行滑槽面板同时沿坐标系o—xyz的x轴和y轴滑动，精确到达测量位置。如图1d、图2b、图2c所示，ab斜行滑槽面板22用于与ab楔块5的ae斜行滑槽面板51重合。较佳设计可以是将ab斜行滑槽面板22与ae斜行滑槽面板51重合接触后呈一平面(如图2b所示)，既上底板2与ab楔块5的切割角度互补为180度。如图1d、图2b、图2c所示，ac斜行滑槽面板23用于与aa楔块4的af斜行滑槽面板41重合。较佳设计可以是将ac斜行滑槽面板23与af斜行滑槽面板41重合接触后呈一平面。在本发明中，采用两两斜行滑槽面板重合接触后呈一平面为推进位置限制，同时利用位于直角相对的斜行滑槽面板作为推力输入端，方便了膝关节标本的多次安装、拆卸，同时不改变测试时的测量位置。上夹持件3参见图1、图1a、图1b、图2、图2a、图2b、图2c、图2g所示，上夹持件3为一体成型结构件。上夹持件3的上部是连接端31，上夹持件3的下部是胫骨夹持端32。连接端31与胫骨夹持端32的结合部位是aa弧形部33和ab弧形部34。aa弧形部33上间隔设有aa凹槽33a和aa凸起33b。ab弧形部34上间隔设有ab凹槽34a和ab凸起34b。间隔设置的凹槽与凸起配合，有利于弧形部在受力时的变形。连接端31上设有aa螺纹孔31a的减重孔3b。采用一螺钉穿过上底板2的ae通孔2d后螺纹连接在aa螺纹孔31a中，实现将上底板2与上夹持件3的固定。胫骨夹持端32的下部设有aa开口3c、ac通孔3d和ad通孔3e，ac通孔3d用于放置aa拧紧螺钉9a，ad通孔3e用于放置ab拧紧螺钉9b。在本发明中，通过拧紧螺钉与一螺母的配合，使得aa开口3c的间隙缩小的同时两个弧形部(33、34)变形，达到夹紧膝关节标本的胫骨的目的。aa楔块4参见图1a、图1d、图2a、图2b、图2c所示，aa楔块4为一体成型结构件。aa楔块4在同一面上设有ac直角面板42和af斜行滑槽面板41。af斜行滑槽面板41与上底板2的ac斜行滑槽面板23重合。ac直角面板42置于上支撑件1的a限位槽1f中且通过螺钉固定。ab楔块5参见图1、图1d、图1a、图2、图2a、图2b、图2c所示，ab楔块5为一体成型结构件。ab楔块5上设有ae斜行滑槽面板51，与ae斜行滑槽面板51相对的面是ad直角面板52。ad直角面板52与上支撑件1的aa挡板1c重合。ab楔块5通过螺钉固定在上支撑件1的定位面板1e上。上顶块6参见图1、图1d、图1a、图1b、图2、图2a、图2b、图2c所示，上顶块6为一体成型结构件。如图2c所示，上顶块6上设有ad斜行滑槽面板61和af通孔62，ad斜行滑槽面板61与上底板2的aa斜行滑槽面板21重合，af通孔62用于放置上顶紧螺钉8的光标段端，上顶紧螺钉8的螺纹段与上螺纹套筒7的内螺纹配合后，通过拧动上顶紧螺钉8达到推动上顶块6向上底板2的aa斜行滑槽面板21接近。上螺纹套筒7设有的是内螺纹，且内螺纹与上顶紧螺钉8的螺纹段配合，实现上顶紧螺钉8推动上顶块6向上底板2的aa斜行滑槽面板21靠近或远离。上顶紧螺钉8上设有螺纹段和光标段，螺纹段用于与上螺纹套筒7的内螺纹配合实现上顶紧螺钉8的转动，光标段置于上顶块6的af通孔62中。如图1d所示，将aa楔块4、ab楔块5、上顶块6、上螺纹套筒7、上顶紧螺钉8和上支撑件1经固定装配后得到上部分定位结构体。下夹持件11参见图1、图1a、图1b、图3、图3a、图3b、图3c、图6所示，下夹持件11由夹持固定体11a和夹持转动体11b组成，夹持固定体11a与夹持转动体11b通过合页铰链11f活动连接，且夹持固定体11a的另一端与夹持转动体11b的另一端通过拧紧螺钉(19a、19b)固定。合并后的夹持固定体11a与夹持转动体11b形成有用于固定安装膝关节股骨的bb通孔11c。合并后的夹持固定体11a与夹持转动体11b之间存在一ba开口11d，所述ba开口11d用于调节夹持的膝关节股骨的大小。夹持固定体11a的下部设有ba螺纹孔11e，所述ba螺纹孔11e用于放置螺钉实现与下底板12的固定。夹持固定体11a的侧边设有bc通孔11a1和bd通孔11a2，bc通孔11a1用于放置ba拧紧螺钉19a，bd通孔11a2用于放置bb拧紧螺钉19b。在本发明中，通过拧紧螺钉与一螺母的配合，使得ba开口11d的间隙缩小，达到夹紧膝关节标本的股骨的目的。下底板12参见图1、图1d、图1a、图1b、图3、图3a、图3b、图3c、图5、图5a所示，下底板12为一体成型结构件。下底板12的下面板为平整面板，为了实现与下基座13的定位面板13e固定，设有用于放置螺钉的螺纹孔；下底板12的上面板124上设有bb沉头腔12c，bb沉头腔12c内设有be通孔12d。bb沉头腔12c用于放置下夹持件11的夹持固定体11a，且通孔一螺钉穿过be通孔12d后螺纹连接在夹持固定体11a的ba螺纹孔11e中(如图3b、图6所示)。如图5、图5a所示，下底板12的侧面上设有ba斜行滑槽面板121、ba直角面板12a、bb斜行滑槽面板122、bc斜行滑槽面板123和bb直角面板12b，ba直角面板12a与bb直角面板12b之间是ba斜行滑槽面板121。ba斜行滑槽面板121用于与下顶块16的bd斜行滑槽面板161重合。所述ba斜行滑槽面板121设置在bc斜行滑槽面板123与bb斜行滑槽面板122的相交直角(因为下底板12的上面板24为五边形，bc斜行滑槽面板123与bb斜行滑槽面板122的相交正好是直角)的对面，这有利于下顶块16在受到下顶紧螺钉18的推动下，使下底板12的两个斜行滑槽面板同时沿坐标系o—xyz的x轴和y轴滑动，精确到达测量位置。如图1d、图3、图3a所示，bb斜行滑槽面板122用于与bb楔块15的be斜行滑槽面板151重合。较佳设计可以是将bb斜行滑槽面板122与be斜行滑槽面板151重合接触后呈一平面，既下底板12与bb楔块15的切割角度互补为180度。如图1d、图3、图3a所示，bc斜行滑槽面板123用于与ba楔块14的bf斜行滑槽面板141重合。较佳设计可以是将bc斜行滑槽面板123与bf斜行滑槽面板141重合接触后呈一平面(如图3b所示)，既下底板12与ba楔块14的切割角度互补为180度。在本发明中，采用两两斜行滑槽面板重合接触后呈一平面为推进位置限制，同时利用位于直角相对的斜行滑槽面板作为推力输入端，方便了膝关节标本的多次安装、拆卸，同时不改变测试时的测量位置。下基座13参见图1、图1a、图1b、图3、图3a、图3b、图3c、图4、图4a所示，下基座13为一体加工成型结构件。下基座13的一斜角处设有斜臂挡板13b，下基座13的定位面板13e用于安装下底板12；定位面板13e上设有ba沉头腔13e1，ba沉头腔13e1用于存储部分空气，有空气时有利于下底板12与定位面板13e的上面板接触后的紧配合，也可以说利用一个空腔解决下底板12的下面板与定位面板13e的上面板在加工上出现的平板不平整缺陷。下底板12与下基座13的连接端通过螺钉固定，一螺钉穿过下底板12上的be通孔12d后，置于此ba沉头腔13e1中。下基座13的一侧边上设有用于固定bb楔块15的ba凸台13a。下基座13的另一侧边上设有用于固定ba楔块14的bb凸台13c。斜臂挡板13b上设有用于安装下螺纹套筒17的ba通孔13b1。所述下螺纹套筒17为内螺纹，所述下螺纹套筒17用于下顶紧螺钉18穿过，且通过螺纹配合实现下顶紧螺钉18在下螺纹套筒17内运动，从而推动下顶块16的bd斜行滑槽面板161与下底板12的ba斜行滑槽面板121重合。ba楔块14参见图1、图1d、图1a、图1b、图3、图3a、图3c所示，ba楔块14为一体成型结构件。ba楔块14在同一面上设有bc直角面板142和bf斜行滑槽面板141。bf斜行滑槽面板141与下底板12的bc斜行滑槽面板123重合。bc直角面板142通过螺钉固定在下基座13的bb凸台13c上。在本发明中，aa楔块4、ba楔块14和bb楔块15的结构是相同的。bb楔块15参见图1、图1d、图1a、图1b、图3、图3a、图3c所示，bb楔块15为一体成型结构件。bb楔块15在同一面上设有bd直角面板152和be斜行滑槽面板151。be斜行滑槽面板151与下底板12的bb斜行滑槽面板122重合。bd直角面板152通过螺钉固定在下基座13的ba凸台13a上。下顶块16参见图1、图1d、图1a、图1b、图3、图3a、图3c所示，下顶块16为一体成型结构件，上顶块6与下顶块16的结构相同。下顶块16的也可以参考图2c，下顶块16上设有bd斜行滑槽面板161和bf通孔162，bd斜行滑槽面板161与下底板12的ba斜行滑槽面板121重合，bf通孔162用于放置下顶紧螺钉18的光标段端，下顶紧螺钉18的螺纹段与下螺纹套筒17的内螺纹配合后，通过拧动下顶紧螺钉18达到推动下顶块16向下底板2的ba斜行滑槽面板121接近。下螺纹套筒17设有的是内螺纹，且内螺纹与下顶紧螺钉18的螺纹段配合，实现下顶紧螺钉18推动下顶块16向下底板12的ba斜行滑槽面板121靠近或远离。下顶紧螺钉18上设有螺纹段和光标段，螺纹段用于与下螺纹套筒17的内螺纹配合实现下顶紧螺钉18的转动，光标段置于下顶块16的bf通孔162中。如图1d所示，将ba楔块14、bb楔块15、下顶块16、下螺纹套筒17、下顶紧螺钉18和下基座13经固定装配后得到下部分定位结构体。所述下部分定位结构体通过工作台20实现在坐标系o—xyz中的三个自由度调节。(一)膝关节完整状态的生物力学测试：(11)如图1c所示的将完整状态的膝关节与两个金属护套装配完好，待用；(12)将带有金属护套的胫骨干端安装在上夹持件3的ab通孔3a中，且通过拧紧螺钉(9a、9b)夹紧；(13)将上底板2与上夹持件3的连接端31固定；在完成(11)、(12)和(13)后得到膝关节标本的上部分组合体；(14)将膝关节标本的上部分组合体人工辅助移动至上部分定位结构体的下方，且使上底板2的两个斜行滑槽面板靠近楔块(4、5)的斜行滑槽面板，且重合，调节上顶紧螺钉8使上顶块6推动上底板2沿楔块(4、5)的斜行滑槽面板推进，到达测量位置；(15)将带有金属护套的股骨干端安装在下夹持件11的bb通孔11c中，且通过拧紧螺钉(19a、19b)夹紧；调节下顶紧螺钉18使下顶块16推动下底板12，且使下底板12沿楔块(14、15)的斜行滑槽面板推进，到达测量位置；(16)调节工作台20使膝关节中胫骨与股骨的接合处尽量保持垂直状态；上述(11)～(16)则是完成了膝关节标本完整状态的安装过程。(17)如图7所示，操作机器臂—万用传感器系统，记录下膝关节标本完整状态的坐标位置参数，记为标定位置(x,y,z)。在所述标定位置(x,y,z)下进行膝关节完整状态的各个生物力学参数测试。(二)膝关节前交叉韧带切断状态的生物力学测试：为了将完整状态的膝关节进行前交叉韧带切断状态的测试，需要将膝关节标本从夹具上取下，然后对膝关节进行前交叉韧带切断破坏，破坏后的膝关节标本将再次安装在夹具上进行生物力学测试。(21)人工辅助抱紧膝关节标本；(22)与推动上底板2的相反方向调节上顶紧螺钉8，使上顶块6离开上底板2；人工辅助取下膝关节标本的上部分组合体，随后将带有金属护套的胫骨干端从上夹持件3的ab通孔3a中取出；(23)与推动下底板12的相反方向调节下顶紧螺钉18，使下顶块16离开下底板12；人工辅助将带有金属护套的股骨干端从下夹持件11的bb通孔11c中取出；(24)破坏处理完整状态的膝关节，得到前交叉韧带切断的膝关节标本，简称为韧带切断—膝关节标本；(25)将韧带切断—膝关节标本的带有金属护套的胫骨干端安装在上夹持件3的ab通孔3a中，且通过拧紧螺钉(9a、9b)夹紧；(26)人工辅助将韧带切断—膝关节标本移动至上部分定位结构体的下方，且使上底板2的两个斜行滑槽面板靠近楔块(4、5)的斜行滑槽面板，且重合，调节上顶紧螺钉8使上顶块6推动上底板2沿楔块(4、5)的斜行滑槽面板推进，到达测量位置；(27)人工辅助将韧带切断—膝关节标本的带有金属护套的股骨干端安装在下夹持件11的bb通孔11c中，且通过拧紧螺钉(19a、19b)夹紧；调节下顶紧螺钉18使下顶块16推动下底板12，且使下底板12沿楔块(14、15)的斜行滑槽面板推进，到达测量位置；(28)如图7所示，操作机器臂—万用传感器系统，调整本发明夹具使韧带切断—膝关节标本的测试位置与标定位置(x,y,z)重合。在所述标定位置(x,y,z)下进行膝关节前交叉韧带切断状态的各个生物力学参数测试。(三)膝关节前交叉韧带重建状态的生物力学测试：通过医学分析膝关节前交叉韧带切断状态的各项生物力学参数，对出现前交叉韧带断裂的膝关节进行医学上的重建，重建后的膝关节称为重建—膝关节标本。(31)将重建—膝关节标本的带有金属护套的胫骨干端安装在上夹持件3的ab通孔3a中，且通过拧紧螺钉(9a、9b)夹紧；(32)人工辅助将重建—膝关节标本移动至上部分定位结构体的下方，且使上底板2的两个斜行滑槽面板靠近楔块(4、5)的斜行滑槽面板，且重合，调节上顶紧螺钉8使上顶块6推动上底板2沿楔块(4、5)的斜行滑槽面板推进，到达测量位置；(33)人工辅助将重建—膝关节标本的带有金属护套的股骨干端安装在下夹持件11的bb通孔11c中，且通过拧紧螺钉(19a、19b)夹紧；调节下顶紧螺钉18使下顶块16推动下底板12，且使下底板12沿楔块(14、15)的斜行滑槽面板推进，到达测量位置；(34)如图7所示，操作机器臂—万用传感器系统，调整本发明夹具使重建—膝关节标本的测试位置与标定位置(x,y,z)重合。在所述标定位置(x,y,z)下进行膝关节前交叉韧带重建状态的各个生物力学参数测试。在本发明中，利用机器臂—万用传感器测试系统具有的空间轨迹高精密度可重复能力，可以在六个自由度条件下控制和精确重复关节的运动，并进行各种加载与同步测量。在配合本发明设计的夹具装置下，能够将同一标本的不同状态(膝关节的完整状态、前交叉韧带切断状态、前交叉韧带重建状态)安装到该系统上进行测试，得到不同状态间的差别，从而明确膝关节标本中某个韧带的功能或者某个术式的效果。例如，将一个膝关节标本的完整状态、前交叉韧带切断状态、前交叉韧带重建状态分别放到该系统中测试，可以获得膝关节标本在上述三种状态下的稳定性与运动学特性的测量结果，由于三种状态的膝关节标本是在高度一致的测试条件下进行的，因此，具有可比较性。通过比较研究膝关节标本完整状态与前交叉韧带切断状态，可以明确膝关节前交叉韧带的功能；通过比较研究膝关节标本前交叉韧带切断状态与前交叉韧带重建后状态，可以明确膝关节前交叉韧带重建的效果；通过比较研究膝关节标本前交叉韧带完整状态与前交叉韧带重建后状态，可以明确膝关节前交叉韧带重建的不足及改良方向。本发明设计的实现膝关节生物力学测试的夹具，所述夹具安装在机器臂—万用传感器测试系统中，所要解决的是膝关节在机器臂上进行生物力学性能测试时，变换不同状态(膝关节的完整状态、前交叉韧带切断状态、前交叉韧带重建状态)位置时造成的测量位置变动，从而使测量参数不精确技术问题；本发明应用分体的上下两部分夹具分别与膝关节的胫骨和股骨固定，通过挤压螺丝推动顶块，进而推动上下的底板通过两两斜行滑槽面板重合后呈一平面，达到测量位置复位，从而完成膝关节标本变换不同状态下在所述系统中的生物力学性能测试的技术手段，从而实现对膝关节标本在所述系统上的现场实时检测，获得精确的膝关节生物力学性能参数的技术效果。当前第1页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