CN105092238A - 一种钢丝绳柔索传动的多动平台并联髋关节试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢丝绳柔索传动的多动平台并联髋关节试验机，特别涉及一种并联驱动方式，可同时驱动三个动平台的并联髋关节试验机。该并联髋关节试验机主要由框架部分、机械传动部分及液压加载部分组成；框架部分主要由底板、顶板和支柱等组成，用于支撑和安装整个试验机；机械传动部分主要由牵引装置、张紧装置、支撑板、套筒、钢丝绳、辅助板、钢丝绳紧固器等组成。该并联髋关节试验机可同时驱动三个动平台来实现人体髋关节的运动模拟，具有工作效率高、可控性强、价格低廉、操作方便，能够实现三动平台的同步联动等优点。

Description

一种钢丝绳柔索传动的多动平台并联髋关节试验机

技术领域

本发明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，并可实现三动平台联动的钢丝绳柔索传动髋关节试验机。

背景技术

随着人们生活节奏的日益加快，健康的人体关节对人们的日常生活变得越来越重要，人体关节的损坏会给人类带来巨大的影响。为了患者的生活质量的提高，医学工作者将把人工关节引入到人体中，从而来代替坏死的人体关节，这对人体关节的康复具有重要意义。

现如今一些人体髋关节试验机大都是刚性并联机构，且都是单动平台机构，在一些特殊场合就很难得以应用，钢丝绳牵引并联机构具有结构简单、惯性小、平动工作空间大和运动速度快等优点，在特殊场合具有及其诱人的应用前景。多动平台机构的同时联动，可提高其工作效率。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种钢丝绳柔索传动的多动平台并联髋关节试验机，该机构结构紧凑，布局合理，工作效率高，受力均匀，其应用背景值得期待。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钢丝绳柔索传动的多动平台并联髋关节试验机，包括液压缸、顶板、底板和边支柱构成的框架，所述框架内上、下分布设置的上中间支撑板和下中间支撑板，所述上中间支撑板与上辅助板同水平面固定设置，所述下中间支撑板与下辅助板同水平面固定设置，所述上辅助板和下辅助板上分别设有若干对应的通孔，对应所述上辅助板上的通孔内设置有上套筒，对应所述下辅助板上的通孔内设置有下套筒；所述上中间支撑板连接有滚珠花键套，从下至上，所述滚珠花键套与连接法兰一相连，所述连接法兰一与第一中间支柱固定连接，所述中间支柱内设有球面基座，所述球面基座上设有轴承座圈，所述轴承座圈与溶液盆相连，所述溶液盆内设置有关节头和球头座，所述溶液盆上设有与其盆缘固定连接的第一动平台；从上至下，所述滚珠花键套与连接法兰二连接，所述连接法兰二与第二中间支柱连接，所述第二中间支柱通过力传感器二和导向套与第二动平台驱动连接；所述第二动平台至第三动平台之间的结构与所述第一动平台至第二动平台之间的结构相同；所述液压缸与顶板相连，且所述液压缸通过导向套和力传感器一与第一动平台驱动连接；所述第三动平台下方通过第三中间支柱与底板固定；所述第一动平台、第二动平台和第三动平台上均匀设置若干个球铰连接端点，所述第一动平台上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳穿过对应的上套筒和下套筒，并经底板上的第二支撑板和张紧装置收紧后通过钢丝绳连接板与牵引装置连接，所述第二动平台上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳穿过对应的下套筒，并经底板上的第二支撑板和张紧装置收紧后通过钢丝绳连接板与牵引装置连接，所述第三动平台上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳，并依次经底板上的第一支撑板、第二支撑板以及张紧装置收紧后通过钢丝绳连接板与牵引装置连接，所述第一支撑板的高度小于第二支撑板的高度。

进一步的，所述球铰连接端点为设置在第一动平台、第二动平台或第三动平台角点上的球轴承球窝，所述球轴承球窝上设有球轴承球头，所述球轴承球头与钢丝绳紧固器连接。

进一步的，设置在所述钢丝绳紧固器与上套筒之间，或钢丝绳紧固器与下套筒之间的每根钢丝绳之间是相互平行的；设置在所述钢丝绳紧固器与上套筒之间，或钢丝绳紧固器与下套筒之间的钢丝绳为三根；可实现三动平台的同步联动。

进一步的，所述的牵引装置包括伺服电机、连接装置、抱闸装置、带传动装置、测量计、轴承、滚珠、丝杆以及推杆套筒，伺服电机通过连接装置和抱闸装置以及带传动装置将动力传递给滚珠丝杆，通过丝杆和推杆套筒之间连接的滚珠，将圆周旋转运动转换为直线往复运动，丝杆的另一端连接有测量计，用于实时测量推杆套筒的位置，并把位置信息显示出来，以便更好控制电动缸的运动，同时推杆套筒的另一端通过钢丝绳连接板与三根钢丝绳连接。

进一步的，所述张紧装置包括拉簧、支撑杆、第一构体、第二构体和小槽轮，所述支撑杆包括水平杆和竖直杆连接而成，所述竖直杆垂直固定在底板上，所述水平杆上套设有第一构件，且所述第一构件以水平杆为轴做圆周转动，所述第一构件远离支撑杆的一端通过拉簧与底板连接，所述第一构件的另一端固定连接第二构件一端，所述第一构件和第二构件之间的夹角为90°-180°之间，所述第二构件的另一端设置有小槽轮；钢丝绳穿过第二支撑板或第一支撑板和第二支撑板的通孔后，压经小槽轮后与牵引装置连接。

有益效果：本发明为多动平台并联试验机，可实现三动平台的同步联动，其工作效率高，采用钢丝绳柔索来牵引，适用于特殊场合，可操控性强，设计采用了张紧装置，实现了钢丝绳的有效张紧，提高运动误差，驱动部分采用电动缸驱动，提高了传动的精度及稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的张紧装置的结构示意图；

图3为本发明的牵引装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种钢丝绳柔索传动的多动平台并联髋关节试验机，包括液压缸12、顶板13、底板34和边支柱14构成的框架，所述框架内上、下分布设置的上中间支撑板7和下中间支撑板10，所述上中间支撑板7与上辅助板20同水平面固定设置，所述下中间支撑板10与下辅助板9同水平面固定设置，所述上辅助板20和下辅助板9上分别设有三个对应的通孔，对应所述上辅助板20上的通孔内设置有上套筒21，对应所述下辅助板9上的通孔内设置有下套筒27。

所述上中间支撑板7连接有滚珠花键套6，从下至上，所述滚珠花键套6与连接法兰一5相连，所述连接法兰一5与第一中间支柱4固定连接，所述中间支柱4内设有球面基座3，所述球面基座3上设有轴承座圈2，所述轴承座圈2与溶液盆1相连，所述溶液盆1内设置有关节头和球头座，所述溶液盆1上设有与其盆缘固定连接的第一动平台16。

从上至下，所述滚珠花键套6与连接法兰二22连接，所述连接法兰二22与第二中间支柱8连接，所述第二中间支柱8通过力传感器二23和导向套与第二动平台24驱动连接。

所述第二动平台24至第三动平台28之间的结构与所述第一动平台16至第二动平台24之间的结构相同；所述液压缸12与顶板13相连，且所述液压缸12通过导向套和力传感器一15与第一动平台16驱动连接；所述第三动平台28下方通过第三中间支柱35与底板34固定。

所述第一动平台16、第二动平台24和第三动平台28上均匀设置若干个球铰连接端点，且均为正三角形版式结构。所述球铰连接端点为设置在第一动平台16、第二动平台24或第三动平台28三角点上的球轴承球窝17，所述球轴承球窝17上设有球轴承球头18，所述球轴承球头18与钢丝绳紧固器19连接。所述第一动平台16上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳穿过对应的上套筒21和下套筒27，并经底板34上的第二支撑板30和张紧装置31收紧后通过钢丝绳连接板与牵引装置11连接，所述第二动平台24上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳穿过对应的下套筒27，并经底板34上的第二支撑板30和张紧装置31收紧后通过钢丝绳连接板与牵引装置11连接，所述第三动平台28上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳，并依次经底板34上的第一支撑板33、第二支撑板30以及张紧装置31收紧后通过钢丝绳连接板与牵引装置11连接，所述第一支撑板33的高度小于第二支撑板30的高度。设置在所述钢丝绳紧固器19与上套筒21之间，或钢丝绳紧固器19与下套筒27之间的三根钢丝绳之间是相互平行的，可实现第一动平台16、第二动平台24和第三动平台28之间的同步联动。所述牵引装置11为电动缸，通过所述电动缸的直线往复运动可实现三动平台的旋转及上下同步联动。

图2，具体阐述张紧装置31，张紧装置31是用来控制钢丝绳的松紧程度设计的。所述张紧装置31包括拉簧57、支撑杆52、第一构体55、第二构体54和小槽轮51，所述支撑杆52包括水平杆和竖直杆连接而成，所述竖直杆垂直固定在底板34上，所述水平杆上套设有第一构件55，且所述第一构件55以水平杆为轴做圆周转动，所述第一构件55远离支撑杆52的一端通过拉簧57与底板34连接，所述第一构件55的另一端固定连接第二构件54一端，所述第一构件55和第二构件54之间的夹角为90°-180°之间，所述第二构件54的另一端设置有小槽轮51，所述小槽轮51是通过小轴53转动式设置在第二构件54的另一端的U形端口中。钢丝绳穿过第二支撑板30或第一支撑板33和第二支撑板30的通孔后，压经小槽轮51后与牵引装置11连接。当钢丝绳绷紧时，会压着第二构件54向左下方转动，但由于拉簧57拉挂着第一钩件55，会阻止其进一步的转动，从而实现绳子的张紧，同样当钢丝绳比较松弛的时候，拉簧会起到绷紧钢丝绳的目的。

图3，具体阐述牵引装置11，牵引装置是整个机构的动力装置，用来驱动两个动平台的运动，所述的牵引装置11包括伺服电机60、连接装置61、抱闸装置62、带传动装置63、测量计64、轴承65、滚珠66、丝杆67以及推杆套筒68，伺服电机60通过连接装置61和抱闸装置62以及带传动装置63将动力传递给滚珠丝杆67，通过丝杆67和推杆套筒68之间连接的滚珠66，将圆周旋转运动转换为直线往复运动，丝杆的另一端连接有测量计64，用于实时测量推杆套筒68的位置，并把位置信息显示出来，以便更好控制电动缸的运动，同时推杆套筒68的另一端通过钢丝绳连接板与三根钢丝绳连接。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种钢丝绳柔索传动的多动平台并联髋关节试验机，其特征在于：包括液压缸(12)、顶板(13)、底板(34)和边支柱(14)构成的框架，所述框架内上、下分布设置的上中间支撑板(7)和下中间支撑板(10)，所述上中间支撑板(7)与上辅助板(20)同水平面固定设置，所述下中间支撑板(10)与下辅助板(9)同水平面固定设置，所述上辅助板(20)和下辅助板(9)上分别设有若干对应的通孔，对应所述上辅助板(20)上的通孔内设置有上套筒(21)，对应所述下辅助板(9)上的通孔内设置有下套筒(27)；

所述上中间支撑板(7)连接有滚珠花键套(6)，从下至上，所述滚珠花键套(6)与连接法兰一(5)相连，所述连接法兰一(5)与第一中间支柱(4)固定连接，所述中间支柱(4)内设有球面基座(3)，所述球面基座(3)上设有轴承座圈(2)，所述轴承座圈(2)与溶液盆(1)相连，所述溶液盆(1)内设置有关节头和球头座，所述溶液盆(1)上设有与其盆缘固定连接的第一动平台(16)；

从上至下，所述滚珠花键套(6)与连接法兰二(22)连接，所述连接法兰二(22)与第二中间支柱(8)连接，所述第二中间支柱(8)通过力传感器二(23)和导向套与第二动平台(24)驱动连接；

所述第二动平台(24)至第三动平台(28)之间的结构与所述第一动平台(16)至第二动平台(24)之间的结构相同；所述液压缸(12)与顶板(13)相连，且所述液压缸(12)通过导向套和力传感器一(15)与第一动平台(16)驱动连接；所述第三动平台(28)下方通过第三中间支柱(35)与底板(34)固定；

所述第一动平台(16)、第二动平台(24)和第三动平台(28)上均匀设置若干个球铰连接端点，所述第一动平台(16)上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳穿过对应的上套筒(21)和下套筒(27)，并经底板(34)上的第二支撑板(30)和张紧装置(31)收紧后与牵引装置(11)连接，所述第二动平台(24)上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳穿过对应的下套筒(27)，并经底板(34)上的第二支撑板(30)和张紧装置(31)收紧后与牵引装置(11)连接，所述第三动平台(28)上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳，并依次经底板(34)上的第一支撑板(33)、第二支撑板(30)以及张紧装置(31)收紧后与牵引装置(11)连接，所述第一支撑板(33)的高度小于第二支撑板(30)的高度。

2.根据权利要求1所述一种钢丝绳柔索传动的多动平台并联髋关节试验机，其特征在于：所述球铰连接端点为设置在第一动平台(16)、第二动平台(24)或第三动平台(28)角点上的球轴承球窝(17)，所述球轴承球窝(17)上设有球轴承球头(18)，所述球轴承球头(18)与钢丝绳紧固器(19)连接。

3.根据权利要求2所述一种钢丝绳柔索传动的多动平台并联髋关节试验机，其特征在于：设置在所述钢丝绳紧固器(19)与上套筒(21)之间，或钢丝绳紧固器(19)与下套筒(27)之间的每根钢丝绳之间是相互平行的。

4.根据权利要求3所述一种钢丝绳柔索传动的多动平台并联髋关节试验机，其特征在于：设置在所述钢丝绳紧固器(19)与上套筒(21)之间，或钢丝绳紧固器(19)与下套筒(27)之间的钢丝绳为三根。

5.根据权利要求1所述一种钢丝绳柔索传动的多动平台并联髋关节试验机，其特征在于：所述的牵引装置(11)包括伺服电机(60)、连接装置(61)、抱闸装置(62)、带传动装置(63)、测量计(64)、轴承(65)、滚珠(66)、丝杆(67)以及推杆套筒(68)，伺服电机(60)通过连接装置(61)和抱闸装置(62)以及带传动装置(63)将动力传递给滚珠丝杆(67)，通过丝杆(67)和推杆套筒(68)之间连接的滚珠(66)，将圆周旋转运动转换为直线往复运动，丝杆的另一端连接有测量计(64)，用于实时测量推杆套筒(68)的位置，并把位置信息显示出来，以便更好控制电动缸的运动，同时推杆套筒(68)的另一端通过钢丝绳连接板与三根钢丝绳连接。

6.根据权利要求1所述一种钢丝绳柔索传动的多动平台并联髋关节试验机，其特征在于：所述张紧装置(31)包括拉簧(57)、支撑杆(52)、第一构体(55)、第二构体(54)和小槽轮(51)，所述支撑杆(52)包括水平杆和竖直杆连接而成，所述竖直杆垂直固定在底板(34)上，所述水平杆上套设有第一构件(55)，且所述第一构件(55)以水平杆为轴做圆周转动，所述第一构件(55)远离支撑杆(52)的一端通过拉簧(57)与底板(34)连接，所述第一构件(55)的另一端固定连接第二构件(54)一端，所述第一构件(55)和第二构件(54)之间的夹角为90°-180°之间，所述第二构件(54)的另一端设置有小槽轮(51)；钢丝绳穿过第二支撑板(30)或第一支撑板(33)和第二支撑板(30)的通孔后，压经小槽轮(51)后与牵引装置(11)连接。