CN111568612B - 一种膝关节假肢测试系统及测试方法 - Google Patents

一种膝关节假肢测试系统及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于假肢测试装置技术领域，具体涉及一种膝关节假肢测试系统及测试方法；测试系统包括髋关节驱动系统，仿生大腿，框架，水平运动模块，地反力模块；本假肢测试平台通过自动控制系统，实现在一个步态周期内，模拟截肢患者残肢的运动，同时为被测假肢提供地反力，匹配真实人体下肢运动曲线，为组装在接口的智能膝关节提供准确的测试环境。与之前的假肢测试设备相比，这种测试平台能主动为假肢提供地反力，假肢测试过程中的地反力输入更加准确；同时可实现不同速度水平行走，上下坡，上下楼梯等环境下的假肢测试。

Description

一种膝关节假肢测试系统及测试方法
技术领域
本发明属于假肢测试装置技术领域，具体涉及一种膝关节假肢测试系统及测试方法。
背景技术
佩戴假肢是解决众多行动障碍患者的主要手段。近些年来，能够帮助患者实现上下楼梯，上下坡，坐起转换，快步走等功能的智能假肢尤其受到人们青睐。所谓智能假肢，是指利用各种传感器信息融合、微处理器控制等技术，使之能够根据用户意图进行运动，并具有主动适应外部条件变化能力的假肢。
但是假肢的测试成为限制智能假肢发展的问题之一，目前大多数假肢研发机构仍然采用招募截肢患者佩戴假肢成品的方法测试假肢，而智能假肢的设计与制造不同于传统被动机械假肢，往往是集机、电或机、电、液于一体的复杂机电系统，传统的测试方法难以胜任智能假肢的测试。
现有的智能假肢测试系统都仅能进行水平行走测试，在测试过程中，要么未考虑假肢受到的地反力大小是否准确，要么地反力通过控制系统控制髋关节的上下运动间接控制脚部与跑步机产生，但这种控制系统非常复杂，实现的难度大，另外现有智能假肢测试系统无法胜任智能假肢上下楼梯及上下坡行走的测试需要。假肢测试系统的出现提升了假肢测试的准确性，为智能假肢的研发带来了便利。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供一种膝关节假肢测试系统及测试方法，根据正常人体的身高与身材比例进行设计，模仿人类匀速水平行走、上下坡、上下楼梯时髋关节的转动，同时利用伺服电机与滚珠丝杆机构主动为假肢脚部提供地反力；实现模拟大腿截肢群体行走时人体对假肢的作用，为多功能智能假肢提供实验测试条件。
一种膝关节假肢测试系统，包括框架1，髋关节驱动系统2，仿生大腿3，水平运动模块4和地反力模块5；其中髋关节驱动系统2安装在框架1顶部，水平运动模块4安装在框架1下方，地反力模块5安装在水平运动模块4上方，且能够在水平运动模块4的驱动下沿着水平运动模块4前后移动；
所述框架1顶端固定有门型架13，门型架13上固定有仿生大腿安装杆101，框架1的两侧分别固定有竖直安装杆102，且框架1两侧的竖直安装杆102之间可选择的固定连接有水平运动模块安装杆103，框架1前侧可选择的固定连接有伺服电机安装架104，且伺服电机安装架104位于水平运动模块安装杆103下方，水平运动模块安装杆103后端伸出框架1外部；
所述髋关节驱动系统2包括电机安装板201、直流无刷电机202和减速器203；其中电机安装板201固定在框架1顶部，电机202与减速器203分别安装在电机安装板201的两端，且电机202的输出轴与减速器203的转轴连接；
仿生大腿3包括仿生大腿联轴器301，轴承座302，转轴303，传动架304，大腿框架305，调节螺杆安装板306，调节螺杆307和假肢连接盘308，其中转轴303通过轴承座302连接在仿生大腿安装杆101上，转轴303通过仿生大腿连轴器301与减速器203输出轴连接，传动架304一端套置在转轴303外部，另一端的两侧下方分别固定有大腿框架305，大腿框架305的下方固定有调节螺杆安装板306，调节螺杆307可选择地固定在调节螺杆安装板306上，假肢连接盘308固定在调节螺杆307的底端，假肢连接盘308四周设有均匀分布的用于与假肢螺栓连接的螺栓孔；
水平运动模块4包括水平运动伺服电机402，滚珠丝杆模块、水平运动导轨410，水平运动L形连接座412和水平运动拉压传感器413，其中水平运动伺服电机402通过L型电机安装架401固定在伺服电机安装架104上，带有滑块411的水平运动导轨410固定在框架1的水平运动模块安装杆103上，滚珠丝杆模块位于水平运动导轨410内侧，且滚珠丝杆模块的两端分别固定在水平运动模块安装杆103上，水平运动伺服电机402的输出轴通过水平运动联轴器403与滚珠丝杆模块的丝杆连接，滚珠丝杆模块的丝杆螺母座上固定有水平运动L型连接座412，水平运动L型连接座412上安装有水平运动拉压传感器413，水平运动拉压传感器413与地反力运动模块5相连；
地反力模块5包括地反力伺服电机501，安装板502，滚珠丝杆机构，滑道，地反力地反力支撑座安装板507，地反力L型连接座512，地反力拉压传感器513，测力板514，测力安装板515和传感器连接板516；其中安装板502的底部设有地反力伺服电机501，地反力伺服电机501通过地反力联轴器503与滚珠丝杆机构底端的丝杆端连接，安装板502上方的两端均设有滑道，安装板502一侧的滑道上固定连接有地反力支撑座安装板507，滚珠丝杆机构的两端均固定在地反力支撑座安装板507上，滚珠丝杆机构的丝杆螺母座上固定有地反力L型连接座512，地反力拉压传感器513固定连接在地反力L型连接座512上，测力安装板515的两端分别活动连接在安装板502两端设置的滑道上，且测力安装板515同时还与地反力拉压传感器513固定连接，测力板514固定在测力安装板515上；传感器连接板516通过角码固定在地反力模块安装板502上，地反力模块安装板502固定在水平运动导轨410上的滑块411上，水平运动拉压传感器413未与水平运动L型连接座412连接的一端固定在传感器连接板516上。
所述的框架1包括顶部的长方形架体11和长杆12，其中长方形架体11的四角处分别固定有长杆12，长方形架体11的上方固定有门型架13，仿生大腿安装杆101固定在门型架13上，且与长方形架体11的长边平行。
所述框架1前侧的两个长杆12之间以及后侧的两个长杆12之间均固定有连接杆14，每个连接杆14下方均固定有两个竖直安装杆102。
所述的水平运动模块4还包括水平运动支撑座安装板408和水平运动垫块409，水平运动模块安装杆103前后两端的下方均固定有水平运动支撑座安装板408，且在水平运动支撑座安装板408与水平运动模块安装杆103之间设有垫块409。
所述水平运动模块4的滚珠丝杆模块包括水平运动丝杆404，水平运动丝杆螺母405，水平运动丝杆螺母座406，水平运动丝杆支撑座407，其中水平运动丝杆404的两端分别通过水平运动丝杆支撑座407安装在水平运动支撑座安装板408上，水平运动伺服电机402的输出轴通过水平运动联轴器403与水平运动丝杆404的一端连接，水平运动丝杆螺母座406通过水平运动丝杆螺母405安装在水平运动丝杆404上，水平运动L型连接座412固定在水平运动丝杆螺母座406上，水平运动L型连接座412上安装有水平运动拉压传感器413，水平运动拉压传感器413与地反力运动模块5相连。
所述地反力模块5的滑道包括模块安装杆504和地反力导轨506，其中地反力模块安装杆504分别固定在安装板502的两端，每个地反力模块安装杆504上均固定有带有导轨滑块505的地反力导轨506，其中位于安装板502一端的地反力模块安装杆504的上下两端分别固定连接有地反力支撑座安装板507。
所述地反力模块5的滚珠丝杆机构包括地反力丝杆支撑座508，地反力丝杆509，地反力丝杆螺母510和地反力丝杆螺母座511，其中地反力伺服电机501通过地反力联轴器503与地反力丝杆509一端连接，地反力丝杆509的两端均通过地反力丝杆支撑座508固定在地反力支撑座安装板507上，地反力丝杆螺母座511通过丝杆螺母510安装在地反力丝杆509上，地反力丝杆螺母座511上固定有地反力L型连接座512，测力安装板515的两端分别固定在安装板502两端滑道的导轨滑块505上。
所述的地反力模块安装板502上设有缺口，水平运动L型连接板412卡接在该缺口处。
本发明装置能够实现假肢水平匀速行走，坡道行走，上下楼梯的测试，具体为：
采用上述膝关节假肢测试系统对被测膝关节假肢进行平地匀速行走状态测试的方法，包括以下步骤：
步骤一，将被测假肢固定在仿生大腿3的假肢连接盘308上，根据被测假肢的不同长度，将仿生大腿3调整至相应角度，且将被测假肢调整至步态周期起始位置，即被测假肢的膝关节伸直向前伸，足部处于脚跟触地的工作状态；
步骤二，水平运动模块4将地反力模块5带到被测假肢的足部下方，使得地反力模块5的测力板514与被测假肢足部的脚跟接触，此状态为当被测假肢处于步态周期起始位置时本膝关节假肢测试系统的对应位置；
步骤三：由被测假肢的步态周期起始位置开始，首先进入支撑相，被测假肢处于支撑相时，髋关节驱动系统2带动仿生大腿3进行支撑相的动作，即在矢状面内按照人体运动的角速度先向后摆动，再向前摆动，被测假肢相应按照人体在支撑相的动作运动，地反力模块5与水平运动模块4协同工作，测力板514始终与被测假肢足部接触，并且地反力模块5的滚珠丝杆机构通过调节测力板514的工作高度调节被测假肢工作时的阻尼力，进而调节被测假肢足部受到的地反力；水平运动模块4带动地反力模块5跟随被测假肢足部运动，保持地反力模块5的测力板514一直在被测假肢足部下方，被测假肢的足部始终踩在测力板514上，整个过程被测假肢的足部从脚跟与测力板514接触变为整个脚掌与测力板514接触，再变到脚尖与测力板514接触，测力板514与被测假肢足部脱离时支撑相结束，进入摆动相；
摆动相时，髋关节驱动系统2带动仿生大腿3进行摆动相的动作，即在矢状面内按照人体运动的角速度向前摆动，被测假肢相应按照人体在摆动相的动作运动，当摆动相动作结束时，被测假肢也回到步态周期起始位置，运动模块4带动地反力模块5运动至被测假肢处于步态周期起始位置时对应的位置，测力板514也被地反力模块5的滚珠丝杆机构带回被测假肢处于步态周期起始位置时对应的位置，被测假肢在完成摆动相的动作时，被测假肢足部也运动到步态周期起始位置，即被测假肢足部脚跟与测力板514接触，摆动相结束，这个步态周期结束，同时下一个步态周期开始，如此反复进行，模拟人连续行走时被测假肢的工作状态。
采用上述膝关节假肢测试系统对被测膝关节假肢进行坡道行走测试的方法，包括如下步骤：
步骤一，首先进行坡道的构建：调节转向连接板105，通过转向连接板105调节水平运动模块安装杆103在竖直安装杆102上的安装位置与角度以及伺服电机安装杆104在框架1前侧的安装位置与角度，水平运动模块4也就随之发生倾斜，产生所需的测试角度，完成坡道的构建；
步骤二，步骤二，将被测假肢固定在仿生大腿3的假肢连接盘308上，根据被测假肢的不同长度，将仿生大腿(3)调整至与水平运动模块安装杆(103)之间呈50°到70°，且将被测假肢调整至上下坡步态周期起始位置，即被测假肢的膝关节伸直向前伸，被测假肢足部处于脚跟触地的工作状态；
步骤三，水平运动模块(4)将地反力模块(5)带到被测假肢的足部下方，使得地反力模块(5)的测力板(514)与被测假肢足部的脚跟接触，此状态为当被测假肢处于上下坡步态周期起始位置时本膝关节假肢测试系统的对应位置；
步骤四，由被测假肢处于上下坡步态周期起始位置开始，首先进入支撑相，被测假肢处于支撑相时，髋关节驱动系统(2)带动仿生大腿(3)进行支撑相的动作，即在矢状面内按照人体运动的角速度先向后摆动，再向前摆动，被测假肢相应按照人体在上下坡时支撑相的动作运动，地反力模块(5)与水平运动模块(4)协同工作，测力板(514)始终与被测假肢足部接触，并且地反力模块(5)的滚珠丝杆机构通过调节测力板(514)的工作高度调节被测假肢工作时的阻尼力，进而调节被测假肢足部受到的地反力，保证被测假肢足部受到的地反力与正常人上下坡时受到的地反力一致；水平运动模块(4)带动地反力模块(5)跟随被测假肢足部运动，保持地反力模块(5)的测力板(514)一直在被测假肢足部下方，被测假肢的足部始终踩在测力板(514)上，整个过程被测假肢的足部从脚跟与测力板(514)接触变为整个脚掌与测力板(514)接触，再变到脚尖与测力板(514)接触，测力板(514)与被测假肢足部脱离时支撑相结束，进入摆动相；
摆动相时，髋关节驱动系统(2)带动仿生大腿3进行摆动相的动作，即在矢状面内按照人体运动的角速度向前摆动，被测假肢相应按照人体在上下坡时摆动相的动作运动，当摆动相动作结束时，被测假肢也回到上下坡步态周期起始位置，运动模块(4)带动地反力模块(5)运动至被测假肢处于上下坡步态周期起始位置时对应的位置，测力板(514)也被地反力模块(5)的滚珠丝杆机构带回被测假肢处于上下坡步态周期起始位置时对应的位置，被测假肢在完成摆动相的动作时，被测假肢足部也运动到上下坡步态周期起始位置，即被测假肢足部脚跟与测力板(514)接触，摆动相结束，这个步态周期结束，同时下一个步态周期开始，如此反复进行步骤四，模拟人在坡道行走时被测假肢的工作状态。
采用上述膝关节假肢测试系统对被测膝关节假肢进行上楼梯测试的方法，包括如下步骤：
步骤一，将被测假肢固定在仿生大腿(3)的假肢连接盘(308)上，根据被测假肢的不同长度与测试要求，将仿生大腿3调整至与垂直方向之间呈40°到60°，且将被测假肢调整至上楼梯步态周期起始位置，即被测假肢的膝关节弯曲40°到60°，使得被测假肢小腿与竖直方向平行；
步骤二，水平运动模块4带动地反力模块5使地反力模块5处于被测假肢足部正下方，地反力模块5的滚珠丝杆机构将测力板514带至顶端位置，使得被测假肢足部的脚掌全部踩在测力板514上，此时水平运动模块4带动地反力模块5在被测假肢足部正下方，此为被测假肢处于上楼梯步态周期起始位置时本膝关节假肢测试系统的起始位置；
步骤三，由被测假肢处于上楼梯步态周期起始位置开始，首先进入支撑相，髋关节驱动系统2带动仿生大腿3在矢状面内按照人体运动的角速度内向后摆动，被测假肢相应按照人体在上楼梯支撑相的动作运动，与此同时，水平运动模块4带动地反力模块5跟随被测假肢足部移动，保证地反力模块5的测力板514一直位于被测假肢足部下方，运动过程中被测假肢足部一直保持全脚掌踩在测力板514上，同时地反力模块5的滚珠丝杆机构带动测力板514向下运动，通过地反力拉压传感器513测得测力板514与被测假肢足部产生的地反力，根据该地反力大小，地反力模块5调节测力板514的工作位置，从而调节被测假肢受到的地反力，使其一直与正常人上楼梯时的地反力一致，直到仿生大腿3与竖直方向平行，被测假肢膝盖处弯曲角度为零，且被测假肢的整个脚掌踩在测力板514上时，此过程，被测假肢相对于测力板514向前上方运动，模拟了上楼梯行走支撑相的动作，随后，髋关节驱动系统2继续带动仿生大腿3在矢状面内按照人体运动的角速度向后摆动，被测假肢继续动作，被测假肢足部与测力板514自然脱离，支撑相结束，被测假肢进入摆动相，髋关节驱动系统2带动仿生大腿3进行摆动相的动作，在矢状面内按照人体运动的角速度向前摆，同时，被测假肢相应按照人体在上楼梯摆动相的动作运动，同时，水平运动模块4和地反力模块5上的测力板514也向膝关节假肢测试系统的起始位置移动，被测假肢也回到上楼梯步态周期起始位置，本膝关节假肢测试系统也回到被测假肢处于上楼梯步态周期起始位置时对应的起始位置，此刻被测假肢足部再次与测力板514接触，摆动相结束，本步态周期结束，下一个步态周期开始，如此反复运行步骤三，对被测假肢进行上楼梯测试。
采用上述膝关节假肢测试系统对被测膝关节假肢进行下楼梯测试的方法，包括如下步骤：
步骤一，将被测假肢固定在仿生大腿3的假肢连接盘308上，仿生大腿3与竖直方向平行，被测假肢的膝关节弯曲角度为0，完全伸直，被测假肢小腿与竖直方向平行，此为被测假肢下楼梯步态周期起始位置；
步骤二，水平运动模块4将地反力模块5带到被测假肢的足部下方，使得地反力模块5的测力板514与被测假肢足部的全脚掌接触，且被测假肢小腿与测力板514垂直，此状态为当被测假肢处于下楼梯步态周期起始位置时本膝关节假肢测试系统对应的起始位置；
步骤三，被测假肢由下楼梯步态周期起始位置开始，首先进入支撑相，髋关节驱动系统2带动仿生大腿3在矢状面内按照人体运动的角速度向后摆动，被测假肢相应按照人体在下楼梯支撑相的动作运动，与此同时，水平运动模块4带动地反力模块5跟随被测假肢足部移动，保证地反力模块5的测力板514一直位于被测假肢足部下方，运动过程中被测假肢足部一直踩在测力板514上，同时地反力模块5的滚珠丝杆机构带动测力板514向上运动，通过地反力拉压传感器513测得测力板514与被测假肢足部产生的地反力，根据该地反力大小，地反力模块5调节测力板514的工作位置，从而调节被测假肢受到的地反力，使其一直与正常人下楼梯时的地反力一致，直到按照被测假肢长度与测试要求不同，将仿生大腿3调整至相应角度，被测假肢的膝关节弯曲至相应角度，此过程，被测假肢相对于测力板514向下前方运动，模拟了下楼梯行走支撑相的动作，随后，髋关节驱动系统2继续带动仿生大腿3在矢状面内按照人体运动的角速度向后摆动，被测假肢继续动作，被测假肢足部脚尖与测力板514脱离，支撑相结束，被测假肢进入摆动相；
髋关节驱动系统2带动仿生大腿3进行摆动相的动作，在矢状面内按照人体运动的角速度向前摆，被测假肢相应按照人体在下楼梯摆动相的动作运动，同时，水平运动模块4和地反力模块5上的测力板514也向膝关节假肢测试系统的起始位置移动，当被测假肢回到下楼梯步态周期起始位置，本膝关节假肢测试系统也回到被测假肢处于下楼梯步态周期起始位置时对应的起始位置，此刻被测假肢足部再次与测力板514接触，摆动相结束，本步态周期结束，下一个步态周期开始，如此反复运行步骤三，对假肢进行下楼梯测试。
本发明的有益效果：
1.本发明膝关节假肢测试系统主动为假肢提供地反力，即地反力由地反力模块上测力板与假肢脚部直接接触产生，相似测试假肢机构一般通过控制髋关节的上下运动间接控制脚部与跑步机产生地反力，相比传统方案，本发明产生地反力的方式更加直接，控制更方便。
2.本发明膝关节假肢测试系统可以构建假肢处于坡道行走，上下楼梯时的测试条件。
3.本发明膝关节假肢测试系统的仿生大腿的工作长度，水平运动系统的工作高度，地反力模块测力板的工作位置均可调节，可以胜任不同长度假肢的测试。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的框架结构示意图。
图3是本发明的髋关节驱动系统结构示意图。
图4是本发明的仿生大腿结构示意图。
图5是本发明的水平运动模块结构示意图。
图6是本发明的部分结构示意图。
图7是本发明的地反力模块结构示意图。
图8是本发明的部分结构示意图。
图9是本本发明的结构示意图。
图10是本本发明的结构示意图。
图11是本发明进行水平匀速行走测试状态示意图。
图12是本发明进行上下坡道测试状态示意图。
图13是本发明进行上楼梯行走测试状态示意图。
图14是本发明进行下楼梯行走测试状态示意图。
其中：1框架；11长方形架体；12长杆；13门型架；14连接杆；101仿生大腿安装杆；102竖直安装杆；103水平运动模块安装杆；104伺服电机安装杆；105转向连接板；2髋关节驱动系统；201电机安装板；202直流无刷电机；203减速器；3仿生大腿；301仿生大腿联轴器；302轴承座；303转轴；304传动架；305大腿框架；306调节螺杆安装板；307调节螺杆；308假肢连接盘；4水平运动模块；401L型电机安装架；402水平运动伺服电机；403水平运动联轴器；404水平运动丝杆；405水平运动丝杆螺母；406水平运动丝杆螺母座；407水平运动丝杆支撑座；408水平运动支撑座安装板；409水平运动垫块；410水平运动导轨；411滑块；412水平运动L形连接座；413水平运动拉压传感器；5地反力模块；501地反力伺服电机；502安装板；503地反力联轴器；504地反力模块安装杆；505导轨滑块；506地反力导轨；507支撑座安装板；508地反力丝杆支撑座；509地反力丝杆；510地反力丝杆螺母；511地反力丝杆螺母座；512地反力L型连接座；513地反力拉压传感器；514测力板；515测力安装板；516传感器连接板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种膝关节假肢测试系统，如图1，图9和图10所示，包括框架1，髋关节驱动系统2，仿生大腿3，水平运动模块4和地反力模块5；其中髋关节驱动系统2安装在框架1顶部，水平运动模块4安装在框架1下方，地反力模块5安装在水平运动模块4上方，能够在水平运动模块4的驱动下沿着水平运动模块4前后移动；
如图2所示，所述框架1由铝合金型材拼接而成，通过角码实现杆之间的连接，框架1顶端固定有两个门型架13，仿生大腿安装杆101固定在两个门型架13之间，且与框架1顶端长方形架体11的长边平行，框架1的两侧分别固定有竖直安装杆102，且框架1两侧的竖直安装杆102之间可选择固定连接有水平运动模块安装杆103，具体为：框架1前侧的竖直安装杆102与框架1后侧对应的竖直安装杆102之间可选择的固定连接有水平运动模块安装杆103，可选择的固定连接是指水平运动模块安装杆103的两端分别通过转向连接板105连接在框架1两侧的竖直安装杆102上，通过调节转向连接板105在竖直安装杆102上的位置，从而实现水平运动模块安装杆103连接在竖直安装杆102上不同高度处；框架1前侧的长杆12外侧可选择的固定连接有伺服电机安装架104，具体为：伺服电机安装架104的两端分别通过转向连接板105连接在两个长杆12上，通过调节转向连接板105在长杆12上的位置，从而实现伺服电机安装架104连接在长杆12上不同高度处；且伺服电机安装架104位于水平运动模块安装杆103下方，水平运动模块安装杆103后端伸出框架1外部；
在框架1顶部设有仿生大腿安装杆101，用来固定仿生大腿转轴，在框架1前后面各安装竖直安装杆102两根，两根水平运动模块安装杆103安装在竖直安装杆102的内侧，用来安装水平运动模块4的导轨410与丝杆404，水平运动模块安装杆103略长于框架1，是为后续坡道调节留出长度余量，前面的竖直安装杆102外侧安装伺服电机安装架104，伺服电机安装架104用来安装驱动水平运动模块4的伺服电机一402。
如图3所示，所述髋关节驱动系统2包括电机安装板201、直流无刷电机202和减速器203；其中电机安装板201固定在框架1顶部长方形架体11的一长边上，电机安装板201的两端分别通过门型架13固定在长方形架体11的一长边上，电机202与减速器203分别安装在电机安装板201的两端，且电机202的输出轴与减速器203的转轴连接；减速器203带动仿生大腿3转动。
如图4所示，仿生大腿3包括仿生大腿联轴器301，轴承座302，转轴303，传动架304，大腿框架305，调节螺杆安装板306，调节螺杆307和假肢连接盘308，其中转轴303通过轴承座302连接在仿生大腿安装杆101下方，轴承座302安装在框架1上的仿生大腿安装杆101上，用来固定转轴303，转轴303一端通过仿生大腿连轴器301与减速器203输出轴连接，传动架304为丁字型架，一端套置在转轴303外部，另一端的两侧下方分别固定有大腿框架305，大腿框架305为铝合金型材，大腿框架305的下方固定有调节螺杆安装板306，调节螺杆307可选择地固定在调节螺杆安装板306上，具体地：调节螺杆307螺纹连接在调节螺杆安装板306上，并通过两个螺母紧固在调节螺杆安装板306上，转动调节螺杆307就可实现调节长度的功能。假肢连接盘308固定在调节螺杆307的底端，假肢连接盘308四周设有均匀分布的用于与假肢螺栓连接的螺栓孔；用于与假肢顶部的连接盘螺栓连接。
如图5和图6所示，水平运动模块4包括水平运动伺服电机402，滚珠丝杆模块、水平运动导轨410，水平运动L形连接座412和水平运动拉压传感器413，其中水平运动伺服电机402通过L型电机安装架401固定在伺服电机安装架104上，具体地：水平运动伺服电机402安装在L型电机安装架401上，L型电机安装架401固定在框架1上的伺服电机安装架104上，带有滑块411的水平运动导轨410固定在框架1的水平运动模块安装杆103上，滚珠丝杆模块位于水平运动导轨410内侧，且滚珠丝杆模块的两端分别固定在水平运动模块安装杆103上，水平运动伺服电机402的输出轴通过水平运动联轴器403与滚珠丝杆模块的丝杆连接，滚珠丝杆模块的丝杆螺母座上固定有水平运动L型连接座412，水平运动L型连接座412上安装有水平运动拉压传感器413，水平运动拉压传感器413与地反力运动模块5相连。
如图7和图8所示，地反力模块5包括地反力伺服电机501，安装板502，滚珠丝杆机构，滑道，地反力支撑座安装板507，地反力L型连接座512，地反力拉压传感器513，测力板514，测力安装板515和传感器连接板516；
其中安装板502的底部设有地反力伺服电机501，地反力伺服电机501通过地反力联轴器503与滚珠丝杆机构底端的丝杆端连接，安装板502上方的两端均设有滑道，安装板502一侧的滑道上固定连接有地反力支撑座安装板507，滚珠丝杆机构两端均固定在地反力支撑座安装板507上，滚珠丝杆机构的丝杆螺母座上固定有地反力L型连接座512，地反力拉压传感器513固定连接在地反力L型连接座512上，测力安装板515的两端分别活动连接在安装板502两端设置的滑道上，能够沿着滑道上下滑动，且测力安装板515同时还与地反力拉压传感器513固定连接，测力板514固定在测力安装板515上；地反力拉压传感器513用来测量地反力模块5为假肢脚步提供的地反力大小；
传感器连接板516通过角码固定在地反力模块安装板502上，地反力模块安装板502固定在水平运动导轨410上的滑块411上，使得地反力模块安装板502能够通过滑块411在水平运动导轨410上运动，水平运动拉压传感器413未与水平运动L型连接座412连接的一端固定在传感器连接板516上。
所述的框架1包括顶部的长方形架体11和长杆12，其中长方形架体11的四角处分别固定有长杆12，长方形架体11的上方固定有两个门型架13，仿生大腿安装杆101固定在两个门型架13之间，且与长方形架体11的长边平行。
所述框架1前侧的两个长杆12之间以及后侧的两个长杆12之间均固定有连接杆14，每个连接杆14下方均固定有两个竖直安装杆102。
所述的水平运动模块4还包括水平运动支撑座安装板408和水平运动垫块409，水平运动模块安装杆103前后两端的下方均固定有水平运动支撑座安装板408，且在水平运动支撑座安装板408与水平运动模块安装杆103之间设有垫块409，防止水平运动丝杆404与地反力模块5干涉。
所述水平运动模块4的滚珠丝杆模块包括水平运动丝杆404，水平运动丝杆螺母405，水平运动丝杆螺母座406，水平运动丝杆支撑座407，其中水平运动丝杆404的两端分别通过水平运动丝杆支撑座407安装在水平运动支撑座安装板408上，水平运动伺服电机402的输出轴通过水平运动联轴器403与水平运动丝杆404的一端连接，水平运动丝杆螺母座406固定水平运动丝杆螺母405上，水平运动丝杆螺母405安装在水平运动丝杆404上，水平运动L型连接座412固定在水平运动丝杆螺母座406上，水平运动L型连接座412上安装有水平运动拉压传感器413，水平运动拉压传感器413与地反力运动模块5中的传感器连接板516相连；此拉压传感器413用来测量水平运动模块4给地反力模块5水平方向力的大小。
所述地反力模块5的滑道包括地反力模块安装杆504和地反力导轨506，其中地反力模块安装杆504分别固定在安装板502的两端，每个地反力模块安装杆504上均固定有带有导轨滑块505的地反力导轨506，其中位于安装板502一端的地反力模块安装杆504的上下两端分别固定连接有地反力支撑座安装板507。
所述地反力模块5的滚珠丝杆机构包括地反力丝杆支撑座508，地反力丝杆509，地反力丝杆螺母510和地反力丝杆螺母座511，其中地反力伺服电机501通过地反力联轴器503与地反力丝杆509一端连接，具体为：一端与安装板502底面安装的地反力伺服电机501的输出轴连接，另一端连接有地反力丝杆509，地反力丝杆509的两端均通过地反力丝杆支撑座508固定在地反力支撑座安装板507上，地反力丝杆螺母座511固定在地反力丝杆螺母510上，丝杆螺母510安装在地反力丝杆509上，地反力丝杆螺母座511上固定有地反力L型连接座512，测力安装板515的两端分别固定在安装板502两端滑道的导轨滑块505上。地反力拉压传感器513用来测量地反力模块5为假肢脚步提供的地反力大小；
所述的地反力模块安装板502上设有缺口，水平运动L型连接板412卡接在该缺口处。
上述膝关节假肢测试系统，可实现假肢水平匀速行走，坡道行走，上下楼梯的测试，具体为：
首先在使用时，减速器203输出轴带动仿生大腿3摆动，被测膝关节假肢螺栓连接在仿生大腿3的假肢连接盘308上。
如图11所示，被测膝关节假肢进行平地匀速行走状态测试：(被测膝关节假肢以下简称被测假肢)
将被测假肢固定在仿生大腿3的假肢连接盘308上，根据被测假肢的不同长度，将仿生大腿3调整至与竖直方向之间呈20°到40°，且将被测假肢调整至步态周期起始位置，即被测假肢的足部处于脚跟触地的工作状态，膝关节伸直向前伸，
水平运动模块4的水平运动伺服电机402启动，驱动滚珠丝杆模块的丝杆运转，进而带动水平运动拉压传感器413运动，水平运动拉压传感器413通过传感器连接板516带动地反力模块5在水平运动导轨410上前后滑动，最终水平运动模块4将地反力模块5带到被测假肢的足部下方，使得地反力模块5的测力板514与被测假肢足部的脚跟接触，此状态为当被测假肢处于步态周期起始位置时本膝关节假肢测试系统的起始位置，每当整个系统处于此状态时，标志着被测假肢上一个步态周期结束，下一个步态周期开始。
一个步态周期由支撑相和摆动相组成，测试时由支撑相开始到摆动相再到下一个周期的支撑相和摆动相；一个步态周期的摆动相结束，这个步态周期就结束了，同时下一个周期开始，无缝衔接。对于单腿来说，支撑相和摆动相交替进行。
由被测假肢的步态周期起始位置开始，首先进入支撑相，被测假肢处于支撑相时，髋关节驱动系统2带动仿生大腿3进行支撑相的动作，即在矢状面内按照人体运动的角速度先向后摆动，再向前摆动，具体为：髋关节驱动系统2的直流无刷电机202转动，进而带动转轴303转动，进而带动大腿框架305运动，再带动调节螺杆307运动，进而使得固定在假肢连接盘308上的被测假肢运动，髋关节驱动系统2带动仿生大腿3摆动，被测假肢相应按照人体在摆动相的动作运动，地反力模块5的地反力伺服电机501启动，进而驱动滚珠丝杆机构的丝杆运转，进而通过地反力L型连接座512和地反力拉压传感器513带动测力安装板515在滑道上滑动，从而使得测力板514上下运动，与水平运动模块4协同工作，测力板514始终与被测假肢足部接触，并通过调节测力板514的工作高度调节被测假肢工作时的阻尼力，进而调节被测假肢足部受到的地反力；如测力板514与被测假肢足部之间的地反力过大(过小)，则地反力模块5带动测力板514在与被测假肢足部保持接触的前提下向下(向上)运动，随之被测假肢阻尼力减小(增大)，被测假肢足部与测力板514之间地反力减小(增大)，直到地反力达到目标值。
其中测力板514的工作高度是通过地反力模块5的丝杆机构改变测力安装板515在滑道上的位置来调节的；
水平运动模块4带动地反力模块5跟随被测假肢足部向后运动，保持地反力模块5的测力板514一直在被测假肢足部下方，被测假肢的足部始终踩在测力板514上，整个过程被测假肢的足部从脚跟与测力板514接触变为整个脚掌与测力板514接触，再变到脚尖与测力板514接触，被测假肢的膝关节按照假肢长度与测试要求不同，膝关节成25°到45°时，脚尖与测力板脱离，测力板514与被测假肢足部脱离时支撑相结束，进入摆动相；
摆动相时，髋关节驱动系统2的直流无刷电机202转动，进而带动转轴303转动，进而带动大腿框架305运动，再带动调节螺杆307运动，进而使得固定在假肢连接盘308上的被测假肢运动。髋关节驱动系统2带动仿生大腿3进行摆动相的动作，即在矢状面内按照人体运动的角速度向前摆动，被测假肢相应按照人体在摆动相的动作运动，当摆动相动作结束时，被测假肢也回到步态周期起始位置，运动模块4带动地反力模块5运动至被测假肢处于步态周期起始位置时对应的位置，测力板514也被地反力模块5的动力机构返带回被测假肢处于步态周期起始位置时对应的位置，被测假肢在完成摆动相的动作时，被测假肢足部也运动到步态周期起始位置，即被测假肢足部与测力板514接触，此时摆动相结束，这个步态周期结束，同时下一个步态周期开始，如此反复进行，模拟人连续行走时被测假肢的工作状态。
如图12所示，被测假肢进行坡道行走测试时：
首先进行坡道的构建：调节转向连接板105，通过转向连接板105调节水平运动模块安装杆103在竖直安装杆102上的安装位置与角度以及伺服电机安装杆104在框架1前侧的长杆12的安装位置与角度，水平运动模块4也就随之发生倾斜，产生所需的测试角度，完成坡道的构建；
将被测假肢固定在仿生大腿3的假肢连接盘308上，根据被测假肢的不同长度，将仿生大腿3调整至与水平运动模块安装杆103之间呈50°到70°，且将被测假肢调整至上下坡步态周期起始位置，即被测假肢的膝关节伸直向前伸，被测假肢足部处于脚跟触地的工作状态；
水平运动模块4将地反力模块5带到被测假肢的足部下方，使得地反力模块5的测力板514与被测假肢足部的脚跟接触，此状态为当被测假肢处于上下坡步态周期起始位置时本膝关节假肢测试系统的对应位置；
由被测假肢处于上下坡步态周期起始位置开始，首先进入支撑相，被测假肢处于支撑相时，髋关节驱动系统2带动仿生大腿3进行支撑相的动作，即在矢状面内按照人体运动的角速度先向后摆动，再向前摆动，被测假肢相应按照人体在上下坡时支撑相的动作运动，地反力模块5与水平运动模块4协同工作，测力板514始终与被测假肢足部接触，并且地反力模块5的滚珠丝杆机构通过调节测力板514的工作高度调节被测假肢工作时的阻尼力，进而调节被测假肢足部受到的地反力，保证被测假肢足部受到的地反力与正常人上下坡时受到的地反力一致；水平运动模块4带动地反力模块5跟随被测假肢足部运动，保持地反力模块5的测力板514一直在被测假肢足部下方，被测假肢的足部始终踩在测力板514上，整个过程被测假肢的足部从脚跟与测力板514接触变为整个脚掌与测力板514接触，再变到脚尖与测力板514接触，测力板514与被测假肢足部脱离时支撑相结束，进入摆动相；
摆动相时，髋关节驱动系统2带动仿生大腿3进行摆动相的动作，即在矢状面内按照人体运动的角速度向前摆动，被测假肢相应按照人体在上下坡时摆动相的动作运动，当摆动相动作结束时，被测假肢也回到上下坡步态周期起始位置，运动模块4带动地反力模块5运动至被测假肢处于上下坡步态周期起始位置时对应的位置，测力板514也被地反力模块5的滚珠丝杆机构带回被测假肢处于上下坡步态周期起始位置时对应的位置，被测假肢在完成摆动相的动作时，被测假肢足部也运动到上下坡步态周期起始位置，即被测假肢足部脚跟与测力板514接触，摆动相结束，这个步态周期结束，同时下一个步态周期开始，模拟人在坡道行走时被测假肢的工作状态。
如图13所示，被测假肢进行上楼梯测试时：
根据被测假肢的不同长度与测试要求，将仿生大腿3调整至与竖直方向之间呈40°到60°，且将被测假肢调整至上楼梯步态周期起始位置，即被测假肢的膝关节弯曲40°到60°，使得被测假肢小腿与竖直方向平行；
水平运动模块4带动地反力模块5处于被测假肢足部正下方，地反力模块5的滚珠丝杆机构将测力板514带至顶端位置，使得被测假肢足部的脚掌全部踩在测力板514上，此为被测假肢处于上楼梯步态周期起始位置时本膝关节假肢测试系统的起始位置；
每当处于此状态时，标志着上一个步态周期结束，下一个步态周期开始。
由被测假肢处于上楼梯步态周期起始位置开始，首先进入支撑相，髋关节驱动系统2带动仿生大腿3在矢状面内按照人体运动的角速度内向后摆动，被测假肢相应按照人体在上楼梯支撑相的动作运动，与此同时，水平运动模块4带动地反力模块5跟随被测假肢足部移动，保证地反力模块5的测力板514一直位于被测假肢足部下方，运动过程中被测假肢足部一直保持全脚掌踩在测力板514上，同时地反力模块5的滚珠丝杆机构带动测力板514向下运动，通过地反力拉压传感器513测得测力板514与被测假肢足部产生的地反力，根据该地反力大小，地反力模块5调节测力板514的工作位置，从而调节被测假肢受到的地反力，使其一直与正常人上楼梯时的地反力一致，直到仿生大腿3与竖直方向平行，被测假肢膝盖处弯曲角度为零，且被测假肢的整个脚掌踩在测力板514上时，此过程，被测假肢相对于测力板514向前上方运动，模拟了上楼梯行走支撑相的动作，随后，髋关节驱动系统2继续带动仿生大腿3在矢状面内按照人体运动的角速度向后摆动，被测假肢继续动作，被测假肢足部与测力板514自然脱离，支撑相结束，被测假肢进入摆动相，髋关节驱动系统2带动仿生大腿3进行摆动相的动作，在矢状面内按照人体运动的角速度向前摆，被测假肢相应按照人体在上楼梯摆动相的动作运动，当摆动相动作结束时，被测假肢也回到步态周期起始位置，同时，水平运动模块4和地反力模块5上的测力板514快速运动到被测假肢处于步态周期起始位置时对应的位置，当被测假肢足部再次与测力板514接触时，摆动相结束，本步态周期结束，下一个步态周期开始，如此反复，对假肢进行上楼梯测试。
被测假肢回到上楼梯起始位置时与被测假肢足部再次与测力板(514)接触是同一时刻。被测假肢摆动相的时候两个模块同时运动，被测假肢回到上楼梯的起始位置两个模块回到对应位置，在测力板与假肢足部接触时摆动相也刚好结束，这个步态周期结束，下个步态周期开始。
上楼梯时人体质心，即髋关节，相对于楼梯台阶向上方，前方移动，本发明髋关节不动，水平运动模块与地反力模块向后，下方动作，相当于被测假肢的髋关节相对的向前上方移动，模拟假肢上楼梯的工作状态
如图14，被测假肢进行下楼梯测试时：
仿生大腿3与竖直方向平行，被测假肢的膝关节弯曲角度为0，完全伸直，被测假肢小腿与竖直方向平行，此为被测假肢下楼梯步态周期起始位置；
水平运动模块(4)将地反力模块(5)带到被测假肢的足部下方，使得地反力模块(5)的测力板(514)与被测假肢足部的全脚掌接触，且被测假肢小腿与测力板(514)垂直，此状态为当被测假肢处于下楼梯步态周期起始位置时本膝关节假肢测试系统对应的起始位置；
地反力模块5的测力板514位置恰好能让仿生大腿3与被测假肢处于上述状态。
每当整个系统处于此状态时，标志着上一个步态周期结束，下一个步态周期开始；
被测假肢由下楼梯步态周期起始位置开始，首先进入支撑相，髋关节驱动系统2带动仿生大腿3在矢状面内按照人体运动的角速度向后摆动，测假肢相应按照人体在下楼梯支撑相的动作运动，与此同时，水平运动模块4带动地反力模块5跟随被测假肢足部移动，保证地反力模块5的测力板514一直位于被测假肢足部下方，运动过程中被测假肢足部一直踩在测力板514上，同时测力板514向上运动，通过地反力拉压传感器513测得测力板514与被测假肢足部产生的地反力，根据该地反力大小，快速的主动地反力模块5调节测力板514的工作位置，从而调节被测假肢受到的地反力，使其一直与正常人下楼梯时的地反力一致，直到按照假肢长度与测试要求不同，仿生大腿3与竖直方向成15°到20°，被测假肢的膝关节弯曲30°到40°时，此过程，被测假肢相对于测力板514向下前方运动，模拟了下楼梯行走支撑相的动作，随后，髋关节驱动系统2继续带动仿生大腿3在矢状面内按照人体运动的角速度向后摆动，被测假肢继续动作，被测假肢足部脚尖与测力板514脱离，支撑相结束，被测假肢进入摆动相；
髋关节驱动系统2带动仿生大腿3进行摆动相的动作，在矢状面内按照人体运动的角速度向前摆，被测假肢相应的完成摆动相动作，即被测假肢相应按照人体在下楼梯摆动相的动作运动，当摆动相动作结束时，被测假肢也回到步态周期起始位置，同时，水平运动模块4和地反力模块5快速运动到被测假肢处于步态周期起始位置时对应的位置，当被测假肢脚部再次与测力板514再次接触时，摆动相结束，本步态周期结束，下一个步态周期开始，如此反复，对假肢进行下楼梯测试。
测试假肢处于上下楼梯状态时，均从上下楼梯步态周期起始位置开始测试，水平运动模块4与地反力模块5模拟人上下楼梯行走时腿部、脚部与楼梯面的相对运动，摆动相时，水平运动模块4迅速返回下一个测试周期的起始位置，如此反复进行，模拟被测假肢处于上下楼梯时的工作状态。
在对不同被测假肢进行测试时，通过调节仿生大腿3上的调节螺杆307的位置，即旋转调节螺杆307，调节螺杆307就位于螺杆安装板306上的不同高度处，从而调节仿生大腿3的工作长度，通过调节测力板514的工作位置调节被测假肢足部到仿生大腿3之间的工作距离，当调节测力板514的工作位置不能满足工作要求时，可以调节水平运动模块4的安装高度来扩大工作距离。

Claims (10)

1.一种膝关节假肢测试系统，包括框架(1)，其特征在于，还包括髋关节驱动系统(2)，仿生大腿(3)，水平运动模块(4)和地反力模块(5)；其中髋关节驱动系统(2)安装在框架(1)顶部，水平运动模块(4)安装在框架(1)下方，地反力模块(5)安装在水平运动模块(4)上方，且能够在水平运动模块(4)的驱动下沿着水平运动模块(4)前后移动；
所述框架(1)顶端固定有门型架(13)，门型架(13)上固定有仿生大腿安装杆(101)，框架(1)的两侧分别固定有竖直安装杆(102)，且框架(1)两侧的竖直安装杆(102)之间固定连接有水平运动模块安装杆(103)，框架(1)前侧固定连接有伺服电机安装架(104)，且伺服电机安装架(104)位于水平运动模块安装杆(103)下方，水平运动模块安装杆(103)后端伸出框架(1)外部；
所述髋关节驱动系统(2)包括电机安装板(201)、直流无刷电机(202)和减速器(203)；其中电机安装板(201)固定在框架(1)顶部，电机(202)与减速器(203)分别安装在电机安装板(201)的两端，且电机(202)的输出轴与减速器(203)的转轴连接；
仿生大腿(3)包括仿生大腿联轴器(301)，轴承座(302)，转轴(303)，传动架(304)，大腿框架(305)，调节螺杆安装板(306)，调节螺杆(307)和假肢连接盘(308)，其中转轴(303)通过轴承座(302)连接在仿生大腿安装杆(101)上，转轴(303)通过仿生大腿连轴器(301)与减速器(203)输出轴连接，传动架(304)一端套置在转轴(303)外部，另一端的两侧下方分别固定有大腿框架(305)，大腿框架(305)的下方固定有调节螺杆安装板(306)，调节螺杆(307)固定在调节螺杆安装板(306)上，假肢连接盘(308)固定在调节螺杆(307)的底端，假肢连接盘(308)四周设有均匀分布的用于与假肢螺栓连接的螺栓孔；
水平运动模块(4)包括水平运动伺服电机(402)，滚珠丝杆模块、水平运动导轨(410)，水平运动L形连接座(412)和水平运动拉压传感器(413)，其中水平运动伺服电机(402)通过L型电机安装架(401)固定在伺服电机安装架(104)上，带有滑块(411)的水平运动导轨(410)固定在框架(1)的水平运动模块安装杆(103)上，滚珠丝杆模块位于水平运动导轨(410)内侧，且滚珠丝杆模块的两端分别固定在水平运动模块安装杆(103)上，水平运动伺服电机(402)的输出轴通过水平运动联轴器(403)与滚珠丝杆模块的丝杆连接，滚珠丝杆模块的丝杆螺母座上固定有水平运动L型连接座(412)，水平运动L型连接座(412)上安装有水平运动拉压传感器(413)，水平运动拉压传感器(413)与地反力运动模块(5)相连；
地反力模块(5)包括地反力伺服电机(501)，安装板(502)，滚珠丝杆机构，滑道，地反力支撑座安装板(507)，地反力L型连接座(512)，地反力拉压传感器(513)，测力板(514)，测力安装板(515)和传感器连接板(516)；其中安装板(502)的底部设有地反力伺服电机(501)，地反力伺服电机(501)通过地反力联轴器(503)与滚珠丝杆机构底端的丝杆端连接，安装板(502)上方的两端均设有滑道，安装板(502)一侧的滑道上固定连接有地反力支撑座安装板(507)，滚珠丝杆机构的两端均固定在地反力支撑座安装板(507)上，滚珠丝杆机构的丝杆螺母座上固定有地反力L型连接座(512)，地反力拉压传感器(513)固定连接在地反力L型连接座(512)上，测力安装板(515)的两端分别活动连接在安装板(502)两端设置的滑道上，且测力安装板(515)同时还与地反力拉压传感器(513)固定连接，测力板(514)固定在测力安装板(515)上；传感器连接板(516)通过角码固定在地反力模块安装板(502)上，地反力模块安装板(502)固定在水平运动导轨(410)上的滑块(411)上，水平运动拉压传感器(413)未与水平运动L型连接座(412)连接的一端固定在传感器连接板(516)上。
2.根据权利要求1所述的一种膝关节假肢测试系统，其特征在于所述的框架(1)包括顶部的长方形架体(11)和长杆(12)，其中长方形架体(11)的四角处分别固定有长杆(12)，长方形架体(11)的上方固定有门型架(13)，仿生大腿安装杆(101)固定在门型架(13)上，且与长方形架体(11)的长边平行。
3.根据权利要求2所述的一种膝关节假肢测试系统，其特征在于所述框架(1)前侧的两个长杆(12)之间以及后侧的两个长杆(12)之间均固定有连接杆(14)，每个连接杆(14)下方均固定有两个竖直安装杆(102)。
4.根据权利要求3所述的一种膝关节假肢测试系统，其特征在于所述的水平运动模块(4)还包括水平运动支撑座安装板(408)和水平运动垫块(409)，水平运动模块安装杆(103)前后两端的下方均固定有水平运动支撑座安装板(408)，且在水平运动支撑座安装板(408)与水平运动模块安装杆(103)之间设有垫块(409)。
5.根据权利要求4所述的一种膝关节假肢测试系统，其特征在于所述水平运动模块(4)的滚珠丝杆模块包括水平运动丝杆(404)，水平运动丝杆螺母(405)，水平运动丝杆螺母座(406)，水平运动丝杆支撑座(407)，其中水平运动丝杆(404)的两端分别通过水平运动丝杆支撑座(407)安装在水平运动支撑座安装板(408)上，水平运动伺服电机(402)的输出轴通过水平运动联轴器(403)与水平运动丝杆(404)的一端连接，水平运动丝杆螺母座(406)通过水平运动丝杆螺母405安装在水平运动丝杆(404)上，水平运动L型连接座(412)固定在水平运动丝杆螺母座(406)上，水平运动L型连接座(412)上安装有水平运动拉压传感器(413)，水平运动拉压传感器(413)与地反力运动模块(5)相连。
6.根据权利要求5所述的一种膝关节假肢测试系统，其特征在于所述地反力模块(5)的滑道包括模块安装杆(504)和地反力导轨(506)，其中地反力模块安装杆(504)分别固定在安装板(502)的两端，每个地反力模块安装杆(504)上均固定有带有导轨滑块(505)的地反力导轨(506)，其中位于安装板(502)一端的地反力模块安装杆(504)的上下两端分别固定连接有地反力支撑座安装板(507)。
7.根据权利要求6所述的一种膝关节假肢测试系统，其特征在于所述地反力模块(5)的滚珠丝杆机构包括地反力丝杆支撑座(508)，地反力丝杆(509)，地反力丝杆螺母(510)和地反力丝杆螺母座(511)，其中地反力伺服电机(501)通过地反力联轴器(503)与地反力丝杆(509)连接，地反力丝杆(509)的两端均通过地反力丝杆支撑座(508)固定在地反力支撑座安装板(507)上，地反力丝杆螺母座(511)通过地反力丝杆螺母(510)安装在地反力丝杆(509)上，地反力丝杆螺母座(511)上固定有地反力L型连接座(512)，测力安装板(515)的两端分别固定在安装板(502)两端滑道的导轨滑块(505)上。
8.根据权利要求7所述的一种膝关节假肢测试系统，其特征在于所述的地反力模块安装板(502)上设有缺口，水平运动L型连接板(412)卡接在该缺口处。
9.采用权利要求1-8任意一项所述的膝关节假肢测试系统对被测膝关节假肢进行平地匀速行走状态测试的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，将被测假肢固定在仿生大腿(3)的假肢连接盘(308)上，根据被测假肢的不同长度，将仿生大腿(3)调整至相应角度，且将被测假肢调整至步态周期起始位置，即被测假肢的足部处于脚跟触地的工作状态，膝关节伸直向前伸；
步骤二，水平运动模块(4)将地反力模块(5)带到被测假肢的足部下方，使得地反力模块(5)的测力板(514)与被测假肢足部的脚跟接触，此状态为当被测假肢处于步态周期起始位置时本膝关节假肢测试系统的起始位置；
步骤三：由被测假肢的步态周期起始位置开始，首先进入支撑相，被测假肢处于支撑相时，髋关节驱动系统(2)带动仿生大腿(3)进行支撑相的动作，即在矢状面内按照人体运动的角速度先向后摆动，再向前摆动，被测假肢相应按照人体在支撑相的动作运动，地反力模块(5)与水平运动模块(4)协同工作，测力板(514)始终与被测假肢足部接触，并且，地反力模块(5)的滚珠丝杆机构通过调节测力板(514)的工作高度调节被测假肢工作时的阻尼力，进而调节被测假肢足部受到的地反力；水平运动模块(4)带动地反力模块(5)跟随被测假肢足部运动，保持地反力模块(5)的测力板(514)一直在被测假肢足部下方，被测假肢的足部始终踩在测力板(514)上，整个过程被测假肢的足部从脚跟与测力板(514)接触变为整个脚掌与测力板(514)接触，再变到脚尖与测力板(514)接触，测力板(514)与被测假肢足部脱离时支撑相结束，进入摆动相；
摆动相时，髋关节驱动系统(2)带动仿生大腿(3)进行摆动相的动作，即在矢状面内按照人体运动的角速度向前摆动，被测假肢相应按照人体在摆动相的动作运动，当摆动相动作结束时，被测假肢回到步态周期起始位置，水平运动模块(4)带动地反力模块(5)运动至被测假肢处于步态周期起始位置时对应的位置，测力板(514)也被地反力模块(5)带回被测假肢处于步态周期起始位置时对应的位置，被测假肢在完成摆动相的动作时，被测假肢足部也运动到步态周期起始位置，即被测假肢足部脚跟与测力板(514)接触，摆动相结束，这个步态周期结束，同时下一个步态周期开始，如此反复进行步骤三，模拟人连续行走时被测假肢的工作状态。
10.采用权利要求1-8任意一项所述的膝关节假肢测试系统对被测膝关节假肢进行坡道行走及上下楼梯测试的方法，其特征在于其中进行坡道行走测试的方法包括如下步骤：
步骤一，首先进行坡道的构建：调节水平运动模块安装杆(103)在竖直安装杆(102)上的安装位置与角度以及伺服电机安装架(104)在框架(1)前侧的安装位置与角度，水平运动模块(4)也就随之发生倾斜，产生所需的测试角度，完成坡道的构建；
步骤二，将被测假肢固定在仿生大腿(3)的假肢连接盘(308)上，根据被测假肢的不同长度，将仿生大腿(3)调整至与水平运动模块安装杆(103)之间呈50°到70°，且将被测假肢调整至上下坡步态周期起始位置，即被测假肢的膝关节伸直向前伸，被测假肢足部处于脚跟触地的工作状态；
步骤三，水平运动模块(4)将地反力模块(5)带到被测假肢的足部下方，使得地反力模块(5)的测力板(514)与被测假肢足部的脚跟接触，此状态为当被测假肢处于上下坡步态周期起始位置时本膝关节假肢测试系统的对应位置；
步骤四，由被测假肢处于上下坡步态周期起始位置开始，首先进入支撑相，被测假肢处于支撑相时，髋关节驱动系统(2)带动仿生大腿(3)进行支撑相的动作，即在矢状面内按照人体运动的角速度先向后摆动，再向前摆动，被测假肢相应按照人体在上下坡时支撑相的动作运动，地反力模块(5)与水平运动模块(4)协同工作，测力板(514)始终与被测假肢足部接触，并且地反力模块(5)的滚珠丝杆机构通过调节测力板(514)的工作高度调节被测假肢工作时的阻尼力，进而调节被测假肢足部受到的地反力，保证被测假肢足部受到的地反力与正常人上下坡时受到的地反力一致；水平运动模块(4)带动地反力模块(5)跟随被测假肢足部运动，保持地反力模块(5)的测力板(514)一直在被测假肢足部下方，被测假肢的足部始终踩在测力板(514)上，整个过程被测假肢的足部从脚跟与测力板(514)接触变为整个脚掌与测力板(514)接触，再变到脚尖与测力板(514)接触，测力板(514)与被测假肢足部脱离时支撑相结束，进入摆动相；
摆动相时，髋关节驱动系统(2)带动仿生大腿3进行摆动相的动作，即在矢状面内按照人体运动的角速度向前摆动，被测假肢相应按照人体在上下坡时摆动相的动作运动，当摆动相动作结束时，被测假肢也回到上下坡步态周期起始位置，运动模块(4)带动地反力模块(5)运动至被测假肢处于上下坡步态周期起始位置时对应的位置，测力板(514)也被地反力模块(5)的滚珠丝杆机构带回被测假肢处于上下坡步态周期起始位置时对应的位置，被测假肢在完成摆动相的动作时，被测假肢足部也运动到上下坡步态周期起始位置，即被测假肢足部脚跟与测力板(514)接触，摆动相结束，这个步态周期结束，同时下一个步态周期开始，如此反复进行步骤四，模拟人在坡道行走时被测假肢的工作状态；
其中进行上楼梯测试的方法，包括如下步骤：
步骤一，将被测假肢固定在仿生大腿(3)的假肢连接盘(308)上，根据被测假肢的不同长度与测试要求，将仿生大腿(3)调整至相应角度，且将被测假肢调整至上楼梯步态周期起始位置，即被测假肢的膝关节弯曲相应角度，使得被测假肢小腿与竖直方向平行；
步骤二，水平运动模块(4)带动地反力模块(5)使地反力模块(5)处于被测假肢足部正下方，地反力模块(5)的滚珠丝杆机构将测力板(514)带至顶端位置，使得被测假肢足部的脚掌全部踩在测力板(514)上，此为被测假肢处于上楼梯步态周期起始位置时本膝关节假肢测试系统的起始位置；
步骤三，由被测假肢处于上楼梯步态周期起始位置开始，首先进入支撑相，髋关节驱动系统(2)带动仿生大腿(3)在矢状面内按照人体运动的角速度向后摆动，被测假肢相应按照人体在上楼梯支撑相的动作运动，与此同时，水平运动模块(4)带动地反力模块(5)跟随被测假肢足部移动，保证地反力模块(5)的测力板(514)一直位于被测假肢足部下方，运动过程中被测假肢足部一直保持全脚掌踩在测力板(514)上，同时地反力模块(5)的滚珠丝杆机构带动测力板(514)向下运动，通过地反力拉压传感器(513)测得测力板(514)与被测假肢足部产生的地反力，根据该地反力大小，地反力模块(5)调节测力板(514)的工作位置，从而调节被测假肢受到的地反力，使其一直与正常人上楼梯时的地反力一致，直到仿生大腿(3)与竖直方向平行，被测假肢膝盖处弯曲角度为零，此过程，被测假肢相对于测力板(514)向前上方运动，模拟了上楼梯行走支撑相的动作，随后，髋关节驱动系统(2)继续带动仿生大腿(3)在矢状面内按照人体运动的角速度向后摆动，被测假肢足部与测力板(514)自然脱离，支撑相结束，被测假肢进入摆动相，髋关节驱动系统(2)带动仿生大腿(3)进行摆动相的动作，在矢状面内按照人体运动的角速度向前摆，被测假肢相应按照人体在上楼梯摆动相的动作运动，同时，水平运动模块(4)和地反力模块(5)上的测力板(514)也向膝关节假肢测试系统的起始位置移动，当被测假肢回到上楼梯步态周期起始位置，本膝关节假肢测试系统也回到被测假肢处于上楼梯步态周期起始位置时对应的起始位置，此刻被测假肢足部再次与测力板(514)接触，摆动相结束，本步态周期结束，下一个步态周期开始，如此反复运行步骤三，对被测假肢进行上楼梯测试；
其中进行下楼梯测试的方法，包括如下步骤：
步骤一，将被测假肢固定在仿生大腿(3)的假肢连接盘(308)上，仿生大腿(3)与竖直方向平行，被测假肢的膝关节弯曲角度为0，完全伸直，被测假肢小腿与竖直方向平行，此为被测假肢下楼梯步态周期起始位置；
步骤二，水平运动模块(4)将地反力模块(5)带到被测假肢的足部下方，使得地反力模块(5)的测力板(514)与被测假肢足部的全脚掌接触，且被测假肢小腿与测力板(514)垂直，此状态为当被测假肢处于下楼梯步态周期起始位置时本膝关节假肢测试系统对应的起始位置；
步骤三，被测假肢由下楼梯步态周期起始位置开始，首先进入支撑相，髋关节驱动系统(2)带动仿生大腿(3)在矢状面内按照人体运动的角速度向后摆动，被测假肢相应按照人体在下楼梯支撑相的动作运动，与此同时，水平运动模块(4)带动地反力模块(5)跟随被测假肢足部移动，保证地反力模块(5)的测力板(514)一直位于被测假肢足部下方，运动过程中被测假肢足部一直踩在测力板(514)上，同时地反力模块(5)的滚珠丝杆机构带动测力板(514)向上运动，通过地反力拉压传感器(513)测得测力板(514)与被测假肢足部产生的地反力，根据该地反力大小，地反力模块(5)调节测力板(514)的工作位置，从而调节被测假肢受到的地反力，使其一直与正常人下楼梯时的地反力一致，直到按照被测假肢长度与测试要求不同，将仿生大腿(3)调整至相应角度，被测假肢的膝关节弯曲至相应角度，此过程，被测假肢相对于测力板(514)向下前方运动，模拟了下楼梯行走支撑相的动作，随后，髋关节驱动系统(2)继续带动仿生大腿(3)在矢状面内按照人体运动的角速度向后摆动，被测假肢继续动作，被测假肢足部脚尖与测力板(514)脱离，支撑相结束，被测假肢进入摆动相；
髋关节驱动系统(2)带动仿生大腿(3)进行摆动相的动作，在矢状面内按照人体运动的角速度向前摆，被测假肢相应按照人体在下楼梯摆动相的动作运动，同时，水平运动模块(4)和地反力模块(5)上的测力板(514)也向膝关节假肢测试系统的起始位置移动，当被测假肢回到下楼梯步态周期起始位置，本膝关节假肢测试系统也回到被测假肢处于下楼梯步态周期起始位置时对应的起始位置，此刻被测假肢足部再次与测力板(514)接触，摆动相结束，本步态周期结束，下一个步态周期开始，如此反复运行步骤三，对假肢进行下楼梯测试。
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