CN106913400B - 液压式三自由度人工髋关节试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压式三自由度人工髋关节试验机，液压式三自由度人工髋关节试验机包括：支架；加载液压缸，加载液压缸设在支架上；上驱动平台，上驱动平台与加载液压缸传动连接以在加载液压缸的驱动下可上下移动；两个横向驱动液压缸，两个横向驱动液压缸可转动地设在支架上且分别与上驱动平台传动连接；两个纵向驱动液压缸，两个纵向驱动液压缸可转动地设在支架上且分别与上驱动平台传动连接；下驱动平台，下驱动平台上设有适于安装人工髋关节的安装平面；驱动电机，驱动电机设在支架上且与下驱动平台传动连接。根据本发明实施例的液压式三自由度人工髋关节试验机具有使用方便，模拟效果好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及人工关节试验领域，具体而言，涉及一种液压式三自由度人工髋关节试验机。
背景技术
相关技术中的髋关节试验机，分为串联髋关节实验机和并联髋关节实验机两种。串联髋关节试验机的执行机构是串联机构，其在复杂运动轨迹模拟和变载荷动力加载等方面存在不足。并联髋关节实验机的执行机构是并联机构，其运动控制复杂，容易引起机构干涉。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种液压式三自由度人工髋关节试验机，该液压式三自由度人工髋关节试验机具有使用方便，模拟效果好等优点。
为实现上述目的，根据本发明的实施例提出一种液压式三自由度人工髋关节试验机，所述液压式三自由度人工髋关节试验机包括：支架；加载液压缸，所述加载液压缸设在所述支架上；上驱动平台，所述上驱动平台与所述加载液压缸传动连接以在所述加载液压缸的驱动下可上下移动，所述上驱动平台的下表面设有适于与所述人工髋关节配合的摩擦槽；两个横向驱动液压缸，所述两个横向驱动液压缸可转动地设在所述支架上且分别与所述上驱动平台传动连接，两个所述横向驱动液压缸与所述上驱动平台的连接处在所述上驱动平台的径向上相对；两个纵向驱动液压缸，所述两个纵向驱动液压缸可转动地设在所述支架上且分别与所述上驱动平台传动连接，两个所述纵向驱动液压缸与所述上驱动平台的连接处在所述上驱动平台的径向上相对且两个所述纵向驱动液压缸与所述上驱动平台的连接处的假想连线与两个所述横向驱动液压缸与所述上驱动平台的连接处的假想连线垂直；下驱动平台，所述下驱动平台上设有适于安装所述人工髋关节的安装平面；驱动电机，所述驱动电机设在所述支架上且与所述下驱动平台传动连接，所述驱动电机的电机轴的转动轴线沿竖直方向定向。
根据本发明实施例的液压式三自由度人工髋关节试验机，具有使用方便，模拟效果好等优点。
另外，根据本发明上述实施例的液压式三自由度人工髋关节试验机还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述支架包括：底座，所述驱动电机安装在所述底座上；横梁，所述横梁沿横向定向且两个所述横向驱动液压缸的上端分别设在所述横梁上；纵梁，所述纵梁沿纵向定向且两个所述纵向驱动液压缸的上端分别设在所述纵梁上；四个立柱，所述横梁的两端分别通过四个所述立柱中的两个支撑在所述底座上，所述纵梁的两端分别通过四个所述立柱中的另外两个支撑在所述底座上。这样便于提高所述液压式三自由度人工髋关节试验机的结构稳定性，便于所述纵向驱动液压缸、所述横向驱动液压缸和所述加载液压缸的设置。
进一步地，所述加载液压缸安装在所述支架的上方，所述横向驱动液压缸安装在所述横梁的下方，所述纵向液压缸安装在所述纵梁的下方。这样便于所述加载液压缸、所述横向驱动液压缸和所述纵向液压缸的设置，避免工作过程中相互影响。
根据本发明的另一个实施例，所述加载液压缸通过螺纹紧固件安装在所述支架上且通过十字联轴器与所述上驱动平台传动连接。这样可以将所述加载液压缸牢固的安装在所述支架上，保证所述加载液压缸和所述支架之间固定连接的可靠性和稳定性。
根据本发明进一步的实施例，所述加载液压缸的活塞杆和所述十字联轴器之间通过导向杆连接，所述支架上设有导向套，所述导向杆可上下移动地配合在所述导向套内。这样可以利用所述导向套和所述导向杆对所述加载液压缸的活塞杆进行定位和导向，防止所述活塞杆发生倾斜，便于所述活塞杆的顺畅运动。
根据本发明的又一个实施例，每个所述横向驱动液压缸的两端分别通过球头轴承与所述支架和所述上驱动平台相连，每个所述纵向驱动液压缸的两端分别通过球头轴承与所述支架和所述上驱动平台相连。这样便于所述横向驱动液压缸和所述纵向驱动液压缸的运动，进一步避免不同结构之间相互影响，便于保证所述横向驱动液压缸和所述纵向驱动液压缸运动的可靠性。
进一步地，每个所述球头轴承与所连接的所述横向驱动液压缸或所述纵向驱动液压缸螺纹连接且与所连接的支架或上驱动平台通过螺纹紧固件连接。这样可以将所述球头轴承牢固的进行安装，保证所述球头轴承可靠地固定连接，避免所述球头轴承松动脱落。
根据本发明的再一个实施例，所述下驱动平台的下表面设有安装孔，所述驱动电机的电机轴配合在所述安装孔内，所述电机的电机轴的外周面和所述安装孔的内周面上均设有键槽，所述驱动电机的电机轴和所述下驱动平台通过配合在两个键槽内的连接键传动连接。这样可以利用所述连接键对所述电机轴和所述下驱动平台的相对转动进行限位，避免两者之间发生相对转动。
可选地，所述驱动电机通过螺纹紧固件安装在所述支架上。这样可以将所述驱动电机牢固的安装在所述支架上，保证所述驱动电机和所述支架之间稳定地固定连接。
根据本发明的一个实施例，所述安装平面上设有多个固定杆，所述人工髋关节上设有多个固定孔，多个所述固定杆分别可插接地配合在多个所述固定孔内。这样可以利用所述固定杆和所述固定孔对所述人工髋关节的位置进行定位，防止所述人工髋关节发生移位，从而进一步保证所述液压式三自由度人工髋关节试验机的工作可靠性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的液压式三自由度人工髋关节试验机的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的液压式三自由度人工髋关节试验机的剖视图。
图3是图2中D处的放大图。
图4是图2中E处的放大图。
图5是图2中F处的放大图。
图6是根据本发明实施例的液压式三自由度人工髋关节试验机的下驱动平台的结构示意图。
附图标记：液压式三自由度人工髋关节试验机1、支架100、底座110、横梁120、纵梁130、立柱140、导向套150、加载液压缸200、上驱动平台300、摩擦槽310、人工髋关节400、横向驱动液压缸500、纵向驱动液压缸600、下驱动平台700、安装孔710、安装平面720、固定杆721、驱动电机800、电机轴810、导向杆900、球头轴承1000、螺纹紧固件1100、连接键1200、十字联轴器1300。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例的液压式三自由度人工髋关节试验机1。
如图1-图6所示，根据本发明实施例的液压式三自由度人工髋关节试验机1包括支架100、加载液压缸200、上驱动平台300、横向驱动液压缸500、纵向驱动液压缸600、下驱动平台700和驱动电机800。
加载液压缸200设在支架100上。上驱动平台300与加载液压缸200传动连接以在加载液压缸200的驱动下可上下移动(上下方向如图1-图2中的箭头A所示)，上驱动平台300的下表面设有适于与人工髋关节400配合的摩擦槽310。两个横向驱动液压缸500(横向方向如图1-图2所示)可转动地设在支架100上且分别与上驱动平台300传动连接，两个横向驱动液压缸500与上驱动平台300的连接处在上驱动平台300的径向上相对。两个纵向驱动液压缸600(纵向方向如图1-图2所示)可转动地设在支架100上且分别与上驱动平台300传动连接，两个纵向驱动液压缸600与上驱动平台300的连接处在上驱动平台300的径向上相对且两个纵向驱动液压缸600与上驱动平台300的连接处的假想连线与两个横向驱动液压缸500与上驱动平台300的连接处的假想连线垂直。下驱动平台700上设有适于安装人工髋关节400的安装平面720。驱动电机800设在支架100上且与下驱动平台700传动连接，驱动电机800的电机轴的转动轴线沿竖直方向定向。
根据本发明实施例的液压式三自由度人工髋关节试验机1，通过设置加载液压缸200，可以利用加载液压缸200控制人工髋关节400上的负载大小，从而便于对人工髋关节400在不同负载下的磨损程度进行实验，提高液压式三自由度人工髋关节试验机1的实验范围，保证液压式三自由度人工髋关节试验机1的适用性。
具体而言，两个横向驱动液压缸500控制上驱动平台300在沿纵向定向的转动轴线上的自由度，实现人工髋关节400和摩擦槽310在横向上的相对运动，两个纵向驱动液压缸600控制上驱动平台300在沿横向定向的转动轴线上的自由度，实现人工髋关节400和摩擦槽310在纵向上的相对运动，驱动电机800控制下驱动平台700在沿竖直方向定向的转动轴线上的自由度，实现人工髋关节400在水平方向上的转动，由此可以使液压式三自由度人工髋关节试验机1具有与人体髋关节相同的三个转动自由度，通过控制试验机1的运动，可以模拟人体运动时髋关节的运动状态，模拟人工髋关节在人体生理环境中的特性，测试人体髋关节的磨损模式，预测其实际磨损过程，便于研究人工髋关节材料的临床性能。
并且，通过设置两个横向驱动液压缸500和两个纵向驱动液压缸600相并联，实现并联的液压式三自由度人工髋关节试验机1。相比相关技术中执行机构相串联的人工髋关节试验机，试验机1的刚度大，能够模拟实际人体髋关节的各种运动轨迹，并且能够施加动载荷，提高液压式三自由度人工髋关节试验机1复杂运动轨迹模拟和变载荷动力加载的能力，从而提高试验机1的模拟效果。
此外，通过设置两个横向驱动液压缸500和两个纵向驱动液压缸600相并联，实现四个液压缸驱动，相比相关技术中三个执行机构相并联的人工髋关节试验机，四个液压缸之间两两独立驱动，不会产生相互影响，控制简单，不需要复杂的程序进行控制，可以避免三个液压缸并联驱动导致液压缸之间的相互干扰，避免液压式三自由度人工髋关节试验机1出现失去运动自由的位置形态，提高试验机1的模拟准确性，同时便于用户的控制和操作，提高用户的使用舒适性。
进一步地，液压式三自由度人工髋关节试验机1的执行机构和加载装置全部采用液压驱动，便于进行集中控制，简化控制过程。同时试验机1具有结构对称性，便于简化试验机1的生产和装配，便于提高试验机1的集成度。
因此，根据本发明实施例的液压式三自由度人工髋关节试验机1具有使用方便，模拟效果好等优点。
下面参考附图描述根据本发明具体实施例的液压式三自由度人工髋关节试验机1。
在本发明的一些具体实施例中，如图1-图6所示，根据本发明实施例的液压式三自由度人工髋关节试验机1包括支架100、加载液压缸200、上驱动平台300、横向驱动液压缸500、纵向驱动液压缸600、下驱动平台700和驱动电机800。
具体地，如图1和图2所示，支架100包括底座110、横梁120、纵梁130和四个立140柱。驱动电机800安装在底座110上。横梁120沿横向定向且两个横向驱动液压缸500的上端分别设在横梁120上。纵梁130沿纵向定向且两个纵向驱动液压缸600的上端分别设在纵梁130上。横梁120的两端分别通过四个立柱140中的两个支撑在底座110上，纵梁130的两端分别通过四个立柱140中的另外两个支撑在底座110上。这样便于提高液压式三自由度人工髋关节试验机1的结构稳定性，便于纵向驱动液压缸600、横向驱动液压缸500和加载液压缸200的设置。
更为具体地，如图1和图2所示，加载液压缸200安装在支架100的上方，横向驱动液压缸500安装在横梁120的下方，纵向液压缸600安装在纵梁130的下方。这样便于加载液压缸200、横向驱动液压缸500和纵向液压缸600的设置，避免工作过程中相互影响。
可选地，如图2所示，加载液压缸200通过螺纹紧固件1100安装在支架100上且通过十字联轴器1300与上驱动平台300传动连接。这样可以将加载液压缸200牢固的安装在支架100上，保证加载液压缸200和支架100之间固定连接的可靠性和稳定性。同时，可以便于加载液压缸200的安装，提高加载液压缸200的安装和拆卸效率，不仅能够提高液压式三自由度人工髋关节试验机1的生产效率，而且在加载液压缸200发生故障时，可以快速地进行更换，降低试验机1的维护成本。
进一步地，如图1和图2所示，加载液压缸200的活塞杆和十字联轴器1300之间通过导向杆900连接，支架100上设有导向套150，导向杆900可上下移动地配合在导向套150内。这样可以利用导向套150和导向杆900对加载液压缸200的活塞杆进行定位和导向，防止所述活塞杆发生倾斜，便于所述活塞杆的顺畅运动，避免加载在人工髋关节400上的力产生预期加载环境以外的分力，保证液压式三自由度人工髋关节试验机1进行试验的准确性。
图1-图6示出了根据本发明的液压式三自由度人工髋关节试验机1。如图2-图4所示，每个横向驱动液压缸500的两端分别通过球头轴承1000与支架100和上驱动平台300相连，每个纵向驱动液压缸600的两端分别通过球头轴承1000与支架100和上驱动平台300相连。由于球头轴承1000具有传动和导向的作用，有较大的载荷能力和抗冲击能力，运动时可以在任意角度旋转摆动。这样便于横向驱动液压缸500和纵向驱动液压缸600的运动，进一步避免不同结构之间相互影响，便于保证横向驱动液压缸500和纵向驱动液压缸600运动的可靠性，进一步提高液压式三自由度人工髋关节试验机1进行试验的准确性。
具体地，如图3和图4所示，每个球头轴承1000与所连接的横向驱动液压缸500或纵向驱动液压缸600螺纹连接且与所连接的支架100或上驱动平台300通过螺纹紧固件连接。这样可以将球头轴承1000牢固的进行安装，保证球头轴承1000可靠地固定连接，避免球头轴承1000松动脱落。同时，可以便于球头轴承1000的安装和拆卸，便于提高液压式三自由度人工髋关节试验机1的生产效率和维护成本。
可选地，如图5所示，下驱动平台700的下表面设有安装孔710，驱动电机800的电机轴810配合在安装孔710内，电机800的电机轴810的外周面和安装孔710的内周面上均设有键槽，驱动电机800的电机轴810和下驱动平台700通过配合在两个键槽内的连接键1200传动连接。这样可以利用连接键1200对电机轴810和下驱动平台700的相对转动进行限位，避免两者之间发生相对转动，可以便于提高驱动平台700和驱动电机800之间的传动效率，保证下驱动平台700转动的可靠性。
图1-图6示出了根据本发明的液压式三自由度人工髋关节试验机1。如图5所示，驱动电机800通过螺纹紧固件1100安装在支架100上。这样可以将驱动电机800牢固的安装在支架100上，保证驱动电机800和支架100之间稳定地固定连接。同时，可以便于驱动电机800的安装，提高驱动电机800的安装和拆卸效率，提高驱动电机800的维护更换效率，从而提高试验机1的装配效率，降低试验机1的维护成本。
可选地，如图5和图6所示，安装平面720上设有多个固定杆721，人工髋关节400上设有多个固定孔，多个固定杆721分别可插接地配合在多个所述固定孔内。这样可以利用固定杆721和所述固定孔对人工髋关节400的位置进行定位，防止人工髋关节400发生移位，从而进一步保证液压式三自由度人工髋关节试验机1的工作可靠性，从而提高液压式三自由度人工髋关节试验机1进行试验的准确性。
根据本发明实施例的液压式三自由度人工髋关节试验机1的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种液压式三自由度人工髋关节试验机，其特征在于，包括：
支架；
加载液压缸，所述加载液压缸设在所述支架上；
上驱动平台，所述上驱动平台与所述加载液压缸传动连接以在所述加载液压缸的驱动下可上下移动，所述上驱动平台的下表面设有适于与所述人工髋关节配合的摩擦槽；
两个横向驱动液压缸，所述两个横向驱动液压缸可转动地设在所述支架上且分别与所述上驱动平台传动连接，两个所述横向驱动液压缸与所述上驱动平台的连接处在所述上驱动平台的径向上相对；
两个纵向驱动液压缸，所述两个纵向驱动液压缸可转动地设在所述支架上且分别与所述上驱动平台传动连接，两个所述纵向驱动液压缸与所述上驱动平台的连接处在所述上驱动平台的径向上相对且两个所述纵向驱动液压缸与所述上驱动平台的连接处的假想连线与两个所述横向驱动液压缸与所述上驱动平台的连接处的假想连线垂直；
下驱动平台，所述下驱动平台上设有适于安装所述人工髋关节的安装平面，所述安装平面上设有多个固定杆，所述人工髋关节上设有多个固定孔，多个所述固定杆分别可插接地配合在多个所述固定孔内；
驱动电机，所述驱动电机设在所述支架上且与所述下驱动平台传动连接，所述驱动电机的电机轴的转动轴线沿竖直方向定向。
2.根据权利要求1所述的液压式三自由度人工髋关节试验机，其特征在于，所述支架包括：
底座，所述驱动电机安装在所述底座上；
横梁，所述横梁沿横向定向且两个所述横向驱动液压缸的上端分别设在所述横梁上；
纵梁，所述纵梁沿纵向定向且两个所述纵向驱动液压缸的上端分别设在所述纵梁上；
四个立柱，所述横梁的两端分别通过四个所述立柱中的两个支撑在所述底座上，所述纵梁的两端分别通过四个所述立柱中的另外两个支撑在所述底座上。
3.根据权利要求2所述的液压式三自由度人工髋关节试验机，其特征在于，所述加载液压缸安装在所述支架的上方，所述横向驱动液压缸安装在所述横梁的下方，所述纵向液压缸安装在所述纵梁的下方。
4.根据权利要求1所述的液压式三自由度人工髋关节试验机，其特征在于，所述加载液压缸通过螺纹紧固件安装在所述支架上且通过十字联轴器与所述上驱动平台传动连接。
5.根据权利要求4所述的液压式三自由度人工髋关节试验机，其特征在于，所述加载液压缸的活塞杆和所述十字联轴器之间通过导向杆连接，所述支架上设有导向套，所述导向杆可上下移动地配合在所述导向套内。
6.根据权利要求1所述的液压式三自由度人工髋关节试验机，其特征在于，每个所述横向驱动液压缸的两端分别通过球头轴承与所述支架和所述上驱动平台相连，每个所述纵向驱动液压缸的两端分别通过球头轴承与所述支架和所述上驱动平台相连。
7.根据权利要求6所述的液压式三自由度人工髋关节试验机，其特征在于，每个所述球头轴承与所连接的所述横向驱动液压缸或所述纵向驱动液压缸螺纹连接且与所连接的支架或上驱动平台通过螺纹紧固件连接。
8.根据权利要求1所述的液压式三自由度人工髋关节试验机，其特征在于，所述下驱动平台的下表面设有安装孔，所述驱动电机的电机轴配合在所述安装孔内，所述驱动电机的所述电机轴的外周面和所述安装孔的内周面上均设有键槽，所述驱动电机的电机轴和所述下驱动平台通过配合在两个键槽内的连接键传动连接。
9.根据权利要求1所述的液压式三自由度人工髋关节试验机，其特征在于，所述驱动电机通过螺纹紧固件安装在所述支架上。
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