CN108635087B - 下肢假肢关节扭转测试机及测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了下肢假肢关节扭转测试机，属于假肢生产技术领域，其技术方案要点是包括工作台，工作台上设置有支架，支架上设置有扭转装置，扭转装置包括带有扭矩传感器的扭转盘，扭转盘连接有伺服电机和减速机，伺服电机上设置有角度传感器，扭转盘上沿直径方向开设有滑槽，滑槽内滑移连接有滑块，工作台上还设置有安放小腿件的载物台，滑块连接有用于与大腿件连接的连动杆，提高了下肢假肢关节测试的便捷高效性和精度，本发明还公开了一种下肢假肢关节扭转测试系统，包括高低温箱，高低温箱内安放有上述下肢假肢关节扭转测试机，提高了测试的可控性和精度。

Description

下肢假肢关节扭转测试机及测试系统
技术领域
本发明涉及假肢生产领域，特别涉及下肢假肢关节扭转测试机及测试系统。
背景技术
下肢假肢关节是下肢截肢患者用以代偿缺损肢体部分功能的人造肢体，能够同时弥补患者生理和心理上的创伤，给患者带来福音。
如图1所示，下肢假肢关节6包括顶部设置有连接头611的大腿件61、小腿件63和连接前两者的膝关节，膝关节通常包括分别与大腿件61和小腿件63连接的气缸62。结合图6，气缸62分为第一腔室621和第二腔室622，下肢假肢关节6扭转过程中，第一腔室621和第二腔室622的容积不断跟随变化。
下肢假肢关节的扭转性能对下肢假肢的步态逼真程度起到了决定性的作用，故研发以及实际生产中，对于下肢假肢关节的扭转测试至关重要。现有的可参考申请公布号为CN707468387A的中国专利申请，其公开了一种假肢膝关节测试设备，包括支架体，支架体上设置有模拟正常人腿的假腿摆动装置和用于安装待测假肢膝关节的膝关节摆动装置，支架体底部设置有模拟假肢与地面相对运动的地面装置。该设备通过目测对比正常模拟人腿和待测膝关节的摆动来检测膝关节的性能。
随着科技的进步和患者需求的提升，下肢假肢关节的检测设备也处于不断的发展中，进一步开发便捷高效、高精度的下肢假肢关节扭转测试设备，是目前的开发重点。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供下肢假肢关节扭转测试机及测试系统，以达到提高下肢假肢关节测试的便捷高效性、精度和可控性的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
下肢假肢关节扭转测试机，包括工作台，所述工作台上设置有支架，支架上设置有扭转装置，扭转装置包括带有扭矩传感器的扭转盘，扭转盘连接有伺服电机和减速机，伺服电机上设置有角度传感器，扭转盘上沿直径方向开设有滑槽，滑槽内滑移连接有滑块，工作台上还设置有安放小腿件的载物台，滑块连接有用于与大腿件连接的连动杆。
通过采用上述方案，小腿件固定于载物台，大腿件通过连动杆与滑块连接，伺服电机通过减速机带动扭转盘正反向旋转，进而通过滑块和连动杆带动大腿件往复扭转，期间，滑块在滑槽中滑动，以配合大腿件扭转半径的变化，扭矩传感器和角度传感器分别输出扭矩和角度数据，用于分析下肢假肢关节的扭转性能，便捷高效，精度高。
较佳的，所述气缸的第一腔室和第二腔室中均安装有用于输出压力数据的压力传感器。
通过采用上述方案，下肢假肢扭转过程中，气缸中的两个腔室的处于不断变化中，内部的压力随之不断变化，通过在两个腔室中分别安放压力传感器，能够将不断变化的压力数据输出，配合扭矩数据、角度数据，更加深入地分析下肢假肢关节的扭转性能，进一步提高该测试机的分析精度。
较佳的，所述扭转盘、伺服电机、减速机负载于升降板，升降板与支架之间设置有配合升降板升降的滑移组件和固定升降板位置的锁紧组件。
通过采用上述方案，采用滑移组件调节升降板至合适位置，采用锁紧组件将升降板的位置高度固定，以此适应不同型号的下肢假肢关节的测试，提高测试机的实用性。
较佳的，所述滑移组件包括设置在支架上的导轨，导轨上滑移连接有滑板，滑板与升降板连接，锁紧组件包括螺纹连接在滑板上的锁紧螺栓，锁紧螺栓穿过滑板与支架抵接。
通过采用上述方案，升降板升降过程中，滑板沿导轨上下滑移，减小了滑移阻力，便于操作，升降板位置高度固定后，拧紧锁紧螺栓，锁紧螺栓的端头与支架紧密抵接，以此固定滑板和升降板的位置，操作便捷。
较佳的，所述载物台顶面固定连接有内径大于小腿件横截面最大宽度的固定筒，固定筒的圆周侧壁由外向内穿设并螺纹连接有多个固定螺栓。
通过采用上述方案，将下肢假肢关节的小腿件竖直置于固定筒内，拧紧固定螺栓，固定螺栓的端头与小腿件紧密抵接，以此固定小腿件，该种固定方式适应多种不同型号的下肢假肢关节的固定，固定性佳，且不受小腿件外形的限制，实用性较高。
较佳的，所述连动杆与大腿件之间、连动杆与滑块之间均为可拆卸固定连接。
通过采用上述方案，便于大腿件的拆装、连动杆的更换，提高测试机的可操作性。
较佳的，所述连动杆的两端均设置有U形板，U形板之间的空间为夹槽，夹槽的宽度大于大腿件上的连接头和滑块上的连接块的最大宽度，U形板上穿设并螺纹连接有连固螺栓。
通过采用上述方案，将连动杆两端的夹槽分别套入大腿件上的连接头和滑块上的连接块，拧紧连固螺栓，将连接头和连接块分别固定于对应的夹槽内，以此将连动杆与连接头、连动杆与连接块连接，进而将滑块与大腿件连接，连接性佳，便于拆装，提高可操作性。
较佳的，所述支架与工作台之间、载物台与工作台之间均为可拆卸固定连接。
通过采用上述方案，便于支架的维修更换、载物台的位置调节，更好的适应不同型号的下肢假肢关节的测试，提高测试机的可操作性。
较佳的，所述工作台顶面开设有贯穿的倒T形的调位槽，调位槽内设置有带有螺母的调位螺栓，调位螺栓穿出调位槽、穿过载物台与螺母螺纹连接。
通过采用上述方案，将调位螺栓沿调位槽划入，并穿出调位槽、穿过载物台，调整好载物台在工作台上的位置，拧紧螺母，载物台的位置即固定，能够实现载物台沿调位槽方向上的无级调整，操作方便。
本发明的目的二：一种包括所述下肢假肢关节扭转测试机的下肢假肢关节扭转测试系统，所述下肢假肢关节扭转测试系统包括高低温箱，下肢假肢关节扭转测试机安放于高低温箱内。
通过采用上述方案，便于调控试验温度，进一步提高试验的可控性和精准性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、伺服电机通过减速机带动扭转盘正反向旋转，进而通过滑块和连动杆带动大腿件往复扭转，扭转盘上的扭矩传感器和伺服电机上的角度传感器分别输出扭矩和角度数据，用于分析下肢假肢关节的扭转性能，便捷高效，精度高；
2、气缸的第一腔室和第二腔室中均安装有用于输出压力数据的压力传感器，配合扭矩数据、角度数据，更加深入地分析下肢假肢关节的扭转性能，进一步提高该测试机的分析精度；
3、通过固定筒配合固定螺栓的形式固定小腿件，固定性佳，且不受小腿件外形的限制，实用性较高；
4、连动杆分别与滑块、大腿件上的连接头的固定采用夹槽配合连固螺栓的形式，不受滑块、大腿件上的连接头外形的限制，实用性较高；
5、扭转装置的高度、支架的位置、载物台的位置均可调节，更好的适应不同型号的下肢假肢关节的测试；
6、本发明提供一种下肢假肢关节扭转测试系统，下肢假肢关节扭转测试机位于高低温箱内，便于调控试验温度，进一步提高试验的可控性和精准性。
附图说明
图1是下肢假肢关节扭转测试机的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大示意图；
图3是图1中B处的局部放大示意图；
图4是图1中C处的局部放大示意图；
图5是下肢假肢关节扭转测试机的另一视角的结构示意图；
图6是体现气缸内部结构的剖视图；
图7是下肢假肢关节扭转测试系统的结构示意图。
图中，1、工作台；11、调位槽；12、调位螺栓；121、螺母；2、支架；21、导轨；22、升降板；221、滑板；222、锁紧螺栓； 23、拆装螺栓；3、扭转装置；31、扭转盘；311、滑槽；312、滑块；313、连接块；314、扭矩传感器；32、伺服电机；321、角度传感器；33、减速机；4、连动杆；41、U形板；411、连固螺栓；42、夹槽；5、载物台；51、固定筒；511、固定螺栓；52、调距孔；6、下肢假肢关节；61、大腿件；611、连接头；62、气缸；621、第一腔室；622、第二腔室；623、压力传感器；63、小腿件；7、高低温箱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1所示，待检测的下肢假肢关节6包括顶部设置有连接头611的大腿件61、小腿件63和连接前两者的膝关节，膝关节通常包括分别与大腿件61和小腿件63连接的气缸62。结合图6，气缸62分为第一腔室621和第二腔室622，第一腔室621和第二腔室622中均安装有压力传感器623。下肢假肢关节6扭转过程中，第一腔室621和第二腔室622的容积不断跟随变化。
实施例1
下肢假肢关节扭转测试机，如图1所示，包括工作台1，工作台1上设置有支架2，支架2上设置有扭转装置3，扭转盘31一侧的工作台1上设置有连接小腿件63的载物台5，扭转装置3与大腿件61之间连接有连动杆4。
工作台1为水平放置的长方体结构，顶面设置有两个支架2。支架2呈竖直放置的三角板状，一条直角边位于竖直面内，底部通过拆装螺栓23与工作台1实现可拆卸固定连接，两个支架2平行设置。
两个支架2之间设置有升降板22，升降板22位于支架2竖直边的一侧。升降板22与支架2之间设置有滑移组件，滑移组件包括铺设在支架2竖直角边处的导轨21，导轨21的长度方向垂直于地面。结合图2，导轨21上滑移连接有滑板221，两个滑板221分别与升降板22靠近两个支架2的两侧固定连接。
升降板22与支架2之间还设置有锁紧组件，锁紧组件包括多个位于滑板221上的锁紧螺栓222。锁紧螺栓222与滑板221螺纹连接，并穿过滑板221与支架2抵接。
回看图1，升降板22靠近支架2的一侧设置有伺服电机32和减速机33，减速机33的输出轴穿过升降板22连接有扭转盘31，扭转盘31位于升降板22远离支架2的一侧。扭转盘31为圆盘状，轴线位于水平面内，靠近升降板22一侧的中心处与减速机33的输出轴固定连接。
结合图5，伺服电机32上安装有角度传感器321，为了便于接线，角度传感器321位于伺服电机32的尾部。扭转盘31上安装有扭矩传感器314，扭矩传感器314位于扭转盘31靠近升降板22的侧面，且位于靠近扭转盘31边缘的位置。
结合图3，扭转盘31远离升降板22的表面、沿扭转盘31的直径方向开设有滑槽311，滑槽311的横截面呈燕尾形。滑槽311内设置有相适配的滑块312，滑块312远离扭转盘31的一侧固定连接有长方体块状的连接块313。
回看图1，扭转盘31远离支架2一侧的工作台1上设置有载物台5，载物台5为水平放置的板状结构。载物台5底部的工作台1上开设有调位槽11，调位槽11为贯穿工作台1上表面的横截面为倒T型的长槽，长度方向与扭转盘31的转动轴线垂直。结合图4，调位槽11内设置有相适配的调位螺栓12，载物台5上开设有腰形孔状的调距孔52，调距孔52的长度方向垂直于调位槽11的长度方向。调位螺栓12由下向上穿过调距孔52与螺母121螺纹连接，调距孔52的设置便于进一步调节载物台5与扭转盘31之间的垂直距离。
载物台5顶面设置有固定筒51，固定筒51为竖直设置的圆筒形，底端与载物台5顶面固定连接。固定筒51的圆周侧壁上设置有多个固定螺栓511，多个固定螺栓511沿固定筒51的圆周侧壁的周向均匀设置。固定螺栓511的轴线与固定筒51的轴线垂直相交，由外向内穿过固定筒51并与固定筒51螺纹连接。
将小腿件63竖直置于固定筒51内，拧紧多个固定螺栓511，固定螺栓511靠近小腿件63的端头与小腿件63紧密抵接，以此固定小腿件63。
结合图3，大腿件61与连接块313之间连接有连动杆4，连动杆4为长杆状结构。连动杆4的两端均固定连接有两个U形板41，两个U形板41之间的空间为夹槽42。U形板41上螺纹连接有连固螺栓411，连固螺栓411由U形板41远离夹槽42的一侧穿过U形板41伸向夹槽42内。
将连接块313插入连动杆4的一个夹槽42内，拧紧连固螺栓411，连固螺栓411与连接块313紧密抵接，滑块312即可与连动杆4固定，按同样的方法将大腿件61上的连接头611固定于连动杆4的另一个夹槽42内，大腿件61即可与连动杆4固定，以此将滑块312与大腿件61连接。
本下肢假肢关节扭转测试机的使用过程如下：
将小腿件63固定于固定筒51内，连动杆4的两端分别与连接块313和连接头611连接，伺服电机32通过减速机33驱动扭转盘31正反向旋转，进而通过连动杆4带动大腿件61绕膝关节往复旋转，期间，滑块312在滑槽311中滑动，以配合大腿件61扭转半径的变化，压力传感器623、扭矩传感器314和角度传感器321分别输出压力数据、扭矩数据和角度数据，用于分析下肢假肢关节6的扭转性能，便捷高效，精度高。
实施例2
一种下肢假肢关节扭转测试系统，如图7所示，包括高低温箱7，高低温箱7内安放有实施例1中的下肢假肢关节扭转测试机，便于调控试验温度，进一步提高试验的可控性和精准性。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.下肢假肢关节扭转测试机，包括工作台(1)，其特征在于：所述工作台(1)上设置有支架(2)，支架(2)上设置有扭转装置(3)，扭转装置(3)包括带有扭矩传感器(314)的扭转盘(31)，扭转盘(31)连接有伺服电机(32)和减速机(33)，伺服电机(32)上设置有角度传感器(321)，扭转盘(31)上沿直径方向开设有滑槽(311)，滑槽(311)内滑移连接有滑块(312)，工作台(1)上还设置有安放小腿件(63)的载物台(5)，滑块(312)连接有用于与大腿件(61)连接的连动杆(4)，
其中，所述下肢假肢关节包括顶部设置有连接头(611)的大腿件(61)、小腿件(63)和连接大腿件(61)和小腿件(63)的膝关节，所述膝关节包括分别与大腿件(61)和小腿件(63)连接的气缸(62)，气缸(62)分为第一腔室(621)和第二腔室(622)，第一腔室(621)和第二腔室(622)中均安装有用于输出压力数据的压力传感器(623)，
所述载物台(5)设置于扭转盘(31)远离支架(2)一侧的工作台(1)上，为水平放置的板状结构，载物台(5)底部的工作台(1)上开设有调位槽(11)，调位槽(11)为贯穿工作台(1)上表面的横截面为倒T型的长槽，长度方向与扭转盘(31)的转动轴线垂直，调位槽(11)内设置有相适配的带有螺母(121)的调位螺栓(12)，载物台(5)上开设有腰形孔状的调距孔(52)，以调节载物台(5)与扭转盘(31)之间的垂直距离，调距孔(52)的长度方向垂直于调位槽(11)的长度方向，调位螺栓(12)由下向上穿出调位槽(11)、穿过载物台(5)、穿过调距孔(52)与螺母(121)螺纹连接，
所述连动杆(4)为长杆状结构，两端均固定连接有U形板(41)，U形板(41)之间的空间为夹槽(42)，所述滑块(312)上设置有连接块(313)，所述夹槽(42)的宽度大于连接头(611)和连接块(313)的最大宽度，U形板(41)上穿设并螺纹连接有连固螺栓(411)，连固螺栓(411)由U形板(41)远离夹槽(42)的一侧穿过U形板(41)伸向夹槽(42)内，
所述连固螺栓(411)用于当连接块(313)插入连动杆(4)的一个夹槽(42)内时，拧紧连固螺栓(411)以与连接块(313)紧密抵接，以将滑块(312)与连动杆(4)固定，以及当连接头(611)固定于连动杆(4)的另一个夹槽(42)内时，将大腿件(61)与连动杆(4)固定，以此将滑块(312)与大腿件(61)连接。
2.根据权利要求1所述的下肢假肢关节扭转测试机，其特征在于：所述扭转盘(31)、伺服电机(32)、减速机(33)负载于升降板(22)，升降板(22)与支架(2)之间设置有配合升降板(22)升降的滑移组件和固定升降板(22)位置的锁紧组件。
3.根据权利要求2所述的下肢假肢关节扭转测试机，其特征在于：所述滑移组件包括设置在支架(2)上的导轨(21)，导轨(21)上滑移连接有滑板(221)，滑板(221)与升降板(22)连接，锁紧组件包括螺纹连接在滑板(221)上的锁紧螺栓(222)，锁紧螺栓(222)穿过滑板(221)与支架(2)抵接。
4.根据权利要求1所述的下肢假肢关节扭转测试机，其特征在于：所述载物台(5)顶面固定连接有内径大于小腿件(63)横截面最大宽度的固定筒(51)，固定筒(51)的圆周侧壁由外向内穿设并螺纹连接有多个固定螺栓(511)。
5.一种包括权利要求1-4任一所述的下肢假肢关节扭转测试机的下肢假肢关节扭转测试系统，其特征在于：所述下肢假肢关节扭转测试系统包括高低温箱(7)，下肢假肢关节扭转测试机安放于高低温箱(7)内。
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