CN113984258A - 一种自动切换的主被动膝关节假肢扭矩测量平台 - Google Patents
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Abstract
一种自动切换的主被动膝关节假肢扭矩测量平台属假肢生产领域，本发明由电机控制器组、移动控制平台、扭矩测量机构、夹具、固定平台和工作台组成，测量平台基于膝关节假肢的运动特征，可分别进行主动型膝关节假肢驱动扭矩和被动型膝关节假肢阻尼扭矩测试；测量平台的三个运动控制机构，可实现主动型膝关节假肢和被动型膝关节假肢测试模式的自动切换，能简化做功部件更换的繁琐流程，提高假肢测试的工作效率；测量平台中位置可调的膝关节假肢夹具，可充分适应不同尺寸结构的膝关节假肢，提高平台的适用范围。
Description
技术领域
本发明属假肢生产技术领域，具体涉及一种自动切换的主被动膝关节假肢扭矩测量平台。
背景技术
膝关节假肢能够帮助膝上截肢患者重建行走的运动功能，提高生活自理水平，正常参与社会和经济活动，弥补截肢给患者带来的生理和心理上的伤害。随着大健康理念的发展与人民生活水平的提升，截肢者对膝关节假肢穿戴舒适度、步态自然性和运动能耗的要求也在不断提高。膝关节假肢的本身的扭矩特性是影响假肢步态自然性、舒适性和能耗的关键因素，体现在假肢运动学特征、动力学特征与健康关节的拟合程度。因此，在膝关节假肢的研发过程中，关节的扭矩测试变得尤为重要。现有的膝关节假肢种类繁多，根据假肢自身产生驱动扭矩或阻尼扭矩可将其分为主动型和被动型。主动型和被动型扭矩测试中的主要做功部件亦完全不同。针对现有测试设备不同时具备两种类型膝关节假肢扭矩测量的情况，我们开发了一款具有主/被动双模式的扭矩测量平台。在此基础上，我们还开发了测试台做功部件自动切换结构与夹具位置自动调节结构，简化了测试流程，提升了测试效率与假肢测试的适用性范围。
发明内容
本发明的目的是为了对主动型和被动型膝关节假肢进行扭矩测试，设计了一种自动切换的主被动膝关节假肢扭矩测量平台，将主动型膝关节假肢和被动型膝关节假肢的测量模式集成到一台设备，且利用电机和滚珠丝杠等结构实现两种模式之间的自动切换，简化了测试流程，提升了测试效率。
本发明的一种自动切换的主被动膝关节假肢扭矩测量平台，由工作台A、移动控制平台B、扭矩测量机构C、夹具D、固定平台E和电机控制器组1组成，其中工作台A由前台4和后台2固接而成，后台2设有桌柜3，前台4上面设有螺纹孔组Ⅱ4a，前台4前面设有螺纹孔组Ⅲ4b和螺纹孔组Ⅳ4c，后台2上面设有螺纹孔组Ⅰ2a；移动控制平台B由运动控制机构ⅠF1、运动控制机构ⅡF2、电机架5、螺栓组Ⅰ6、螺栓组Ⅱ7、磁粉制动器8、行星减速机9、螺栓组Ⅲ10、伺服电机11、螺栓组Ⅳ12、螺栓组Ⅴ13组成；扭矩测量机构C由联轴器Ⅱ52、支撑架53、扭矩传感器54、螺栓组a55、联轴器Ⅲ56组成；夹具D由转轴57、导向轴支座58、滑轨Ⅲ59、滑块60、四螺栓Ⅰ61、转换座62、支柱固定夹63、四螺栓Ⅱ64、螺栓对65组成；固定平台E由螺栓组b66、电机Ⅱ67、联轴器Ⅳ68、联轴器座69、滚珠丝杠支座Ⅰ70、滑轨Ⅳ71、滑块a72、滑块b73、螺栓组c74、螺栓组d75、滚珠丝杠c76、滚珠丝杠支座Ⅱ77、螺栓组e78、滑轨Ⅴ79、螺栓组f80、螺栓组g81、螺栓组h82、下端夹具83、T型螺母组84、支撑台85、螺帽c86、螺栓组i87组成；电机控制器组1固接于工作台A的桌柜3中；移动控制平台B中运动控制机构ⅠF1的传动架Ⅰ18的底板Ⅰ18d经螺栓组aⅧ21、螺栓组aⅨ22和螺栓组aⅩ24固接于工作台A的后台2上面；扭矩测量机构C中支撑架53的底板53e经螺栓组a55固接于工作台A的前台4上面后部；夹具D的转轴57固接于扭矩测量机构C的联轴器Ⅲ56；固定平台E的滑轨Ⅳ71、滚珠丝杠支座Ⅱ77、滑轨Ⅴ79和滚珠丝杠支座Ⅰ70经螺栓组c74、螺栓组e78、螺栓组g81和螺栓组i87固接于工作台A的前台4前面。
所述的移动控制平台B中运动控制机构ⅠF1由螺栓组aⅥ14、电机aⅠ15、联轴器aⅠ16、无油衬套aⅠ17、传动架Ⅰ18、滑轨aⅠ19、螺栓组aⅦ20、螺栓组aⅧ21、螺栓组aⅨ22、滑块aⅠ23、螺栓组aⅩ24、无油衬套aⅡ25、螺帽a26、支撑件a27、螺栓组aⅪ28、滚珠丝杠a29、螺栓组aⅫ30、滑轨aⅡ31和滑块aⅡ32组成，其中传动架Ⅰ18由右支架18a、右板Ⅰ18b、后板Ⅰ18c、底板Ⅰ18d、前板Ⅰ18e和左板Ⅰ18f组成，其中右板Ⅰ18b、后板Ⅰ18c、底板Ⅰ18d、前板Ⅰ18e和左板Ⅰ18f构成长方形框架结构，右支架18a固接于右板Ⅰ18b的右面；右支架18a、右板Ⅰ18b和左板Ⅰ18f上均设有中心孔，且孔心在一条水平线上；联轴器aⅠ16右端固接于电机aⅠ15的输出轴，电机aⅠ15左端经螺栓组aⅥ14固接于传动架Ⅰ18中右支架18a右端；联轴器aⅠ16左端与滚珠丝杠a29右端固接；滚珠丝杠a29中部与支撑件a27螺纹连接；滚珠丝杠a29近右端与无油衬套aⅠ17活动连接；滚珠丝杠a29近左端与无油衬套aⅡ25活动连接；无油衬套aⅠ17外圈与传动架Ⅰ18中右板Ⅰ18b的中心孔固接；无油衬套aⅡ25外圈与传动架Ⅰ18中左板Ⅰ18f的中心孔固接；滑块aⅠ23与滑轨aⅠ19滑动连接，滑轨aⅠ19经螺栓组aⅦ20固接于传动架Ⅰ18中后板Ⅰ18c的顶面；滑块aⅡ32与滑轨aⅡ31滑动连接，滑轨aⅡ31经螺栓组aⅫ30固接于传动架Ⅰ18中前板Ⅰ18e的顶面；支撑件a27下侧法兰盘通过螺栓组aⅪ28固接于螺帽a26左端面法兰盘；运动控制机构ⅡF2由螺栓组bⅥ33、电机bⅠ34、联轴器bⅠ35、无油衬套bⅠ36、传动架Ⅱ37、滑轨bⅠ38、螺栓组bⅦ39、螺栓组bⅧ40、螺栓组bⅨ41、滑块bⅠ42、螺栓组bⅩ43、无油衬套bⅡ44、螺帽b45、支撑件b46、螺栓组bⅪ47、滚珠丝杠b48、螺栓组bⅫ49、滑轨bⅡ50和滑块bⅡ51组成，其中传动架Ⅱ37由后支架37a、后板Ⅱ37b、左板Ⅱ37c、底板Ⅱ37d、右板Ⅱ37e和前板Ⅱ37f组成，其中后板Ⅱ37b、左板Ⅱ37c、底板Ⅱ37d、右板Ⅱ37e和前板Ⅱ37f构成长方形框架结构，后支架37a固接于后板Ⅱ37b的后面；后支架37a、前板Ⅱ37f和后板Ⅱ37b上均设有中心孔，且孔心在一条水平线上；联轴器bⅠ35后端固接于电机bⅠ34的输出轴，电机bⅠ34前端经螺栓组bⅥ33固接于传动架Ⅱ37中后支架37a后端；联轴器bⅠ35前端与滚珠丝杠b48后端固接；滚珠丝杠b48近后端与无油衬套bⅠ36活动连接；滚珠丝杠b48中部与支撑件b46螺纹连接；滚珠丝杠b48近前端与无油衬套bⅡ44活动连接；无油衬套bⅠ36外圈与传动架Ⅱ37中后板Ⅱ37b的中心孔固接；无油衬套bⅡ44外圈与传动架Ⅱ37中前板Ⅱ37f的中心孔固接；滑块bⅠ42与滑轨bⅠ38滑动连接，滑轨bⅠ38经螺栓组bⅦ39固接于传动架Ⅱ37中左板Ⅱ37c的顶面；滑块bⅡ51与滑轨bⅡ50滑动连接，滑轨bⅡ50经螺栓组bⅫ49固接于传动架bⅠ37中右板Ⅱ37e的顶面；支撑件b46下侧法兰盘通过螺栓组bⅪ47固接于螺帽b45前端面法兰盘；运动控制机构ⅡF2和运动控制机构ⅠF1呈十字形上下排列，运动控制机构ⅡF2的传动架Ⅱ37的底板Ⅱ37d经螺栓组bⅧ40、螺栓组bⅨ41和螺栓组bⅩ43固接于运动控制机构ⅠF1的滑块aⅠ23、支撑件a27和滑块aⅡ32；电机架5由底板5a、圆形凹槽5b和带孔立板5c组成，圆形凹槽5b固接于底板5a的前端左边，带孔立板5c固接于底板5a的前端右边；行星减速机6前端经螺栓组Ⅲ7固接于电机架2的带孔立板5c后面，行星减速机6和伺服电机8前后排列，并经螺栓组Ⅳ9固接；磁粉制动器5固接于电机架2的圆形凹槽5b。
所述的扭矩测量机构C中支撑架53为由带孔后板53a、左板53b、右板53c和底板53e组成的框架结构，底板53e上固接有垫块53d，扭矩传感器54位于支撑架53内，扭矩传感器54下面固接于垫块53d上面，扭矩传感器54后端与联轴器Ⅱ52前端固接，扭矩传感器54前端与联轴器Ⅲ56后端固接。
所述的夹具D中转轴对57、导向轴支座58、滑轨Ⅲ59、转换座62和支柱固定夹63自后至前顺序排列，导向轴支座58后端与转轴57前端固接，导向轴支座58前端经螺栓对65固接于滑轨Ⅲ59下部；滑块60与滑轨Ⅲ59滑动连接；转换座62后端经四螺栓Ⅰ61与滑块60固接，转换座62前端经四螺栓Ⅱ64与支柱固定夹63固接。
所述的固定平台E中平板85e前部设有前后平行的滑槽对85d，平板85e后侧中心设有螺纹孔85b；下端夹具83经螺栓组f80和T型螺母组84，与平板85e的滑槽对85d连接；支撑板Ⅰ85a固接于平板85e的后侧右部；支撑板Ⅱ85c固接于平板85e的后侧左部；电机Ⅱ67、联轴器Ⅳ68、联轴器座69、滚珠丝杠支座Ⅰ70、螺帽c86、支撑台85、滚珠丝杠c76、滚珠丝杠支座Ⅱ77自下而上顺序排列，其中滚珠丝杠c76上端与滚珠丝杠支座Ⅱ77活动连接；螺帽c86上端经螺栓组d75固接于支撑台85中平板85e的螺纹孔85b下面；滚珠丝杠c76下端经支撑台85中平板85e的螺纹孔85b、螺帽c86和滚珠丝杠支座Ⅰ70，与联轴器Ⅳ68上端固接；电机Ⅱ67的输出轴与联轴器Ⅳ68固接，电机Ⅱ67的外壳上端经螺栓组b66固接于联轴器座69下端；滑轨Ⅳ71和滑轨Ⅴ79位于支撑台85后方；滑块a72与滑轨Ⅳ71滑动连接；滑块b73与滑轨Ⅴ79滑动连接；支撑台85的支撑板Ⅰ85a后端与滑块a72前面固接；支撑台85的支撑板Ⅱ85c后端与滑块b73前面固接。
本发明的有益效果在于：在本发明设计的主/被动双模式的扭矩测量平台上可同时实现主动型和被动型膝关节假肢的扭矩测试；同时本发明设计三个运动控制机构，可实现主动型和被动型膝关节假肢的扭矩测试模式的自动切换，简化了测试流程，提升了测试效率；本发明设计了位置可调的膝关节假肢夹具，可充分适应不同尺寸结构的膝关节假肢，提高了本发明的适用范围。
附图说明
图1为自动切换的主被动膝关节假肢扭矩测量平台的立体图；
图2为自动切换的主被动膝关节假肢扭矩测量平台的结构分解图；
图3为工作台A的立体图；
图4为移动控制平台B的结构分解图；
图5为电机架5的立体图；
图6为运动控制机构ⅠF1的结构分解图；
图7为传动架Ⅰ18的立体图；
图8为运动控制机构ⅡF2的结构分解图；
图9为3传动架Ⅱ37的立体图；
图10为扭矩测量机构C的结构分解图；
图11为支撑架53的立体图；
图12为夹具D的结构分解图；
图13为固定平台E的结构分解图；
图14为支撑台85的立体图；
图15为扭矩测量原理图；
图16为主动型膝关节假肢扭矩测试模式示意图；
图17为被动型膝关节假肢扭矩测试模式示意图；
图18为移动控制平台运动示意图；
图19为固定平台的下端夹具调整示意图；
其中：A.工作台 B.移动控制平台 C.扭矩测量机构 D.夹具 E.固定平台 F1.运动控制机构Ⅰ F2.运动控制机构Ⅱ G.被动假肢 H.主动假肢 1.电机控制器组 2.后台 3.桌柜 4.前台 5.电机架 5a.底板 5b.圆形凹槽 5c.带孔立板 6.螺栓组Ⅰ 7.螺栓组Ⅱ 8.磁粉制动器 9.行星减速机 10.螺栓组Ⅲ 11.伺服电机 12.螺栓组Ⅳ 13.螺栓组Ⅴ 14.螺栓组aⅥ 15.电机aⅠ 16.联轴器aⅠ 17.无油衬套aⅠ 18.传动架Ⅰ 18a.右支架 18b.右板Ⅰ18c.后板Ⅰ 18d.底板Ⅰ 18e.前板Ⅰ 18f.左板Ⅰ 19.滑轨aⅠ 20.螺栓组aⅦ 21.螺栓组aⅧ22.螺栓组aⅨ 23.滑块aⅠ 24.螺栓组aⅩ 25.无油衬套aⅡ 26.螺帽a 27.支撑件a 28.螺栓组aⅪ 29.滚珠丝杠a 30.螺栓组aⅫ 31.滑轨aⅡ 32.滑块aⅡ 33.螺栓组bⅥ 34.电机bⅠ 35.联轴器bⅠ 36.无油衬套bⅠ 37.传动架Ⅱ 37a.后支架 37b.后板Ⅱ 37c.左板Ⅱ 37d.底板Ⅱ 37e.右板Ⅱ 37f.前板Ⅱ 38.滑轨bⅠ 39.螺栓组bⅦ 40.螺栓组bⅧ 41.螺栓组bⅨ42.滑块bⅠ 43.螺栓组bⅩ 44.无油衬套bⅡ 45.螺帽b 46.支撑件b 47.螺栓组bⅪ 48.滚珠丝杠b 49.螺栓组bⅫ 50.滑轨bⅡ 51.滑块bⅡ 52.联轴器Ⅱ 53.支撑架 54.扭矩传感器 55.螺栓组a 56.联轴器Ⅲ 57.转轴 58.导向轴支座 59.滑轨Ⅲ 60.滑块 61.四螺栓Ⅰ62.转换座 63.支柱固定夹 64.四螺栓Ⅱ 65.螺栓对 66.螺栓组b 67.电机Ⅱ 68.联轴器Ⅳ 69.联轴器座 70.滚珠丝杠支座Ⅰ 71.滑轨Ⅳ 72.滑块a 73.滑块b 74.螺栓组c 75.螺栓组d 76.滚珠丝杠c 77.滚珠丝杠支座Ⅱ 78.螺栓组e 79.滑轨Ⅴ 80.螺栓组f 81.螺栓组g 82.螺栓组h 83.下端夹具 84.T型螺母组 85.支撑台 86.螺帽c 87.螺栓组i。
具体实施方式
下面结合附图描述本发明。
如图1至图3所示，本发明的一种自动切换的主被动膝关节假肢扭矩测量平台，由电机控制器组1、移动控制平台B、扭矩测量机构C、夹具D、固定平台E和工作台A组成，其中工作台A由前台4和后台2固接而成，后台2设有桌柜3，前台4上面设有螺纹孔组Ⅱ4a，前台4前面设有螺纹孔组Ⅲ4b和螺纹孔组Ⅳ4c，后台2上面设有螺纹孔组Ⅰ2a。移动控制平台B由运动控制机构ⅠF1、运动控制机构ⅡF2、电机架5、螺栓组Ⅰ6、螺栓组Ⅱ7、磁粉制动器8、行星减速机9、螺栓组Ⅲ10、伺服电机11、螺栓组Ⅳ12、螺栓组Ⅴ13组成；扭矩测量机构C由联轴器Ⅱ52、支撑架53、扭矩传感器54、螺栓组a55、联轴器Ⅲ56组成；夹具D由转轴57、导向轴支座58、滑轨Ⅲ59、滑块60、四螺栓Ⅰ61、转换座62、支柱固定夹63、四螺栓Ⅱ64、螺栓对65组成；固定平台E由螺栓组b66、电机Ⅱ67、联轴器Ⅳ68、联轴器座69、滚珠丝杠支座Ⅰ70、滑轨Ⅳ71、滑块a72、滑块b73、螺栓组c74、螺栓组d75、滚珠丝杠c76、滚珠丝杠支座Ⅱ77、螺栓组e78、滑轨Ⅴ79、螺栓组f80、螺栓组g81、螺栓组h82、下端夹具83、T型螺母组84、支撑台85、螺帽c86、螺栓组i87组成；电机控制器组1固接于工作台A的桌柜3中；移动控制平台B中运动控制机构ⅠF1的传动架Ⅰ18的底板Ⅰ18d经螺栓组aⅧ21、螺栓组aⅨ22和螺栓组aⅩ24固接于工作台A的后台2上面；扭矩测量机构C中支撑架53的底板53e经螺栓组a55固接于工作台A的前台4上面后部；夹具D的转轴57固接于扭矩测量机构C的联轴器Ⅲ56；固定平台E的滑轨Ⅳ71、滚珠丝杠支座Ⅱ77、滑轨Ⅴ79和滚珠丝杠支座Ⅰ70经螺栓组c74、螺栓组e78、螺栓组g81和螺栓组i87固接于工作台A的前台4前面。
如图4至图9所示，所述的移动控制平台B中运动控制机构ⅠF1由螺栓组aⅥ14、电机aⅠ15、联轴器aⅠ16、无油衬套aⅠ17、传动架Ⅰ18、滑轨aⅠ19、螺栓组aⅦ20、螺栓组aⅧ21、螺栓组aⅨ22、滑块aⅠ23、螺栓组aⅩ24、无油衬套aⅡ25、螺帽a26、支撑件a27、螺栓组aⅪ28、滚珠丝杠a29、螺栓组aⅫ30、滑轨aⅡ31和滑块aⅡ32组成，其中传动架Ⅰ18由右支架18a、右板Ⅰ18b、后板Ⅰ18c、底板Ⅰ18d、前板Ⅰ18e和左板Ⅰ18f组成，其中右板Ⅰ18b、后板Ⅰ18c、底板Ⅰ18d、前板Ⅰ18e和左板Ⅰ18f构成长方形框架结构，右支架18a固接于右板Ⅰ18b的右面；右支架18a、右板Ⅰ18b和左板Ⅰ18f上均设有中心孔，且孔心在一条水平线上；联轴器aⅠ16右端固接于电机aⅠ15的输出轴，电机aⅠ15左端经螺栓组aⅥ14固接于传动架Ⅰ18中右支架18a右端；联轴器aⅠ16左端与滚珠丝杠a29右端固接；滚珠丝杠a29中部与支撑件a27螺纹连接；滚珠丝杠a29近右端与无油衬套aⅠ17活动连接；滚珠丝杠a29近左端与无油衬套aⅡ25活动连接；无油衬套aⅠ17外圈与传动架Ⅰ18中右板Ⅰ18b的中心孔固接；无油衬套aⅡ25外圈与传动架Ⅰ18中左板Ⅰ18f的中心孔固接；滑块aⅠ23与滑轨aⅠ19滑动连接，滑轨aⅠ19经螺栓组aⅦ20固接于传动架Ⅰ18中后板Ⅰ18c的顶面；滑块aⅡ32与滑轨aⅡ31滑动连接，滑轨aⅡ31经螺栓组aⅫ30固接于传动架Ⅰ18中前板Ⅰ18e的顶面；支撑件a27下侧法兰盘通过螺栓组aⅪ28固接于螺帽a26左端面法兰盘；运动控制机构ⅡF2由螺栓组bⅥ33、电机bⅠ34、联轴器bⅠ35、无油衬套bⅠ36、传动架Ⅱ37、滑轨bⅠ38、螺栓组bⅦ39、螺栓组bⅧ40、螺栓组bⅨ41、滑块bⅠ42、螺栓组bⅩ43、无油衬套bⅡ44、螺帽b45、支撑件b46、螺栓组bⅪ47、滚珠丝杠b48、螺栓组bⅫ49、滑轨bⅡ50和滑块bⅡ51组成，其中传动架Ⅱ37由后支架37a、后板Ⅱ37b、左板Ⅱ37c、底板Ⅱ37d、右板Ⅱ37e和前板Ⅱ37f组成，其中后板Ⅱ37b、左板Ⅱ37c、底板Ⅱ37d、右板Ⅱ37e和前板Ⅱ37f构成长方形框架结构，后支架37a固接于后板Ⅱ37b的后面；后支架37a、前板Ⅱ37f和后板Ⅱ37b上均设有中心孔，且孔心在一条水平线上；联轴器bⅠ35后端固接于电机bⅠ34的输出轴，电机bⅠ34前端经螺栓组bⅥ33固接于传动架Ⅱ37中后支架37a后端；联轴器bⅠ35前端与滚珠丝杠b48后端固接；滚珠丝杠b48近后端与无油衬套bⅠ36活动连接；滚珠丝杠b48中部与支撑件b46螺纹连接；滚珠丝杠b48近前端与无油衬套bⅡ44活动连接；无油衬套bⅠ36外圈与传动架Ⅱ37中后板Ⅱ37b的中心孔固接；无油衬套bⅡ44外圈与传动架Ⅱ37中前板Ⅱ37f的中心孔固接；滑块bⅠ42与滑轨bⅠ38滑动连接，滑轨bⅠ38经螺栓组bⅦ39固接于传动架Ⅱ37中左板Ⅱ37c的顶面；滑块bⅡ51与滑轨bⅡ50滑动连接，滑轨bⅡ50经螺栓组bⅫ49固接于传动架bⅠ37中右板Ⅱ37e的顶面；支撑件b46下侧法兰盘通过螺栓组bⅪ47固接于螺帽b45前端面法兰盘；运动控制机构ⅡF2和运动控制机构ⅠF1呈十字形上下排列，运动控制机构ⅡF2的传动架Ⅱ37的底板Ⅱ37d经螺栓组bⅧ40、螺栓组bⅨ41和螺栓组bⅩ43固接于运动控制机构ⅠF1的滑块aⅠ23、支撑件a27和滑块aⅡ32；电机架5由底板5a、圆形凹槽5b和带孔立板5c组成，圆形凹槽5b固接于底板5a的前端左边，带孔立板5c固接于底板5a的前端右边；行星减速机6前端经螺栓组Ⅲ7固接于电机架2的带孔立板5c后面，行星减速机6和伺服电机8前后排列，并经螺栓组Ⅳ9固接；磁粉制动器5固接于电机架2的圆形凹槽5b。
如图10和图11所示，所述的扭矩测量机构C中支撑架53为由带孔后板53a、左板53b、右板53c和底板53e组成的框架结构，底板53e上固接有垫块53d，扭矩传感器54位于支撑架53内，扭矩传感器54下面固接于垫块53d上面，扭矩传感器54后端与联轴器Ⅱ52前端固接，扭矩传感器54前端与联轴器Ⅲ56后端固接。
如图12所示，所述的夹具D中转轴对57、导向轴支座58、滑轨Ⅲ59、转换座62和支柱固定夹63自后至前顺序排列，导向轴支座58后端与转轴57前端固接，导向轴支座58前端经螺栓对65固接于滑轨Ⅲ59下部；滑块60与滑轨Ⅲ59滑动连接；转换座62后端经四螺栓Ⅰ61与滑块60固接，转换座62前端经四螺栓Ⅱ64与支柱固定夹63固接。为适应部分膝关节假肢在扭转过程中关节的扭转半径发生变化，本发明在夹具D处增加滑轨Ⅲ59结构，可在转动过程调整扭转半径。
如图13和图14所示，所述的固定平台E中支撑台85由平板85e、支撑板Ⅰ85a、支撑板Ⅱ85c组成，平板85e前部设有前后平行的滑槽对85d，平板85e后侧中心设有螺纹孔85b；下端夹具83经螺栓组f80和T型螺母组84，与平板85e的滑槽对85d连接；支撑板Ⅰ85a固接于平板85e的后侧左(右部)；支撑板Ⅱ85c固接于平板85e的后侧右(左部)；电机Ⅱ67、联轴器Ⅳ68、联轴器座69、滚珠丝杠支座Ⅰ70、螺帽c86、支撑台85、滚珠丝杠c76、滚珠丝杠支座Ⅱ77自下而上顺序排列，其中：滚珠丝杠c76上端与滚珠丝杠支座Ⅱ77活动连接；螺帽c86上端经螺栓组d75固接于支撑台85中平板85e的螺纹孔85b下面；滚珠丝杠c76下端经支撑台85中平板85e的螺纹孔85b、螺帽c86和滚珠丝杠支座Ⅰ70，与联轴器Ⅳ68上端固接；电机Ⅱ67的输出轴与联轴器Ⅳ68固接，电机Ⅱ67的外壳上端经螺栓组b66固接于联轴器座69下端；滑轨Ⅳ71和滑轨Ⅴ79位于支撑台85后方；滑块a72与滑轨Ⅳ71滑动连接；滑块b73与滑轨Ⅴ79滑动连接；支撑台85的支撑板Ⅰ85a后端与滑块a72前面固接；支撑台85的支撑板Ⅱ85c后端与滑块b73前面固接。
如图15所示，本发明采用应变片扭矩传感器，使用应变电测技术测量传感器两端扭矩大小。其原理是：在弹性轴上粘贴应变计，组成了测量电桥，当弹性轴两端受扭矩作用，应变计会发生微小形变，电桥的电阻值就会发生变化，进而电信号发生了变化，实现扭矩的测量。扭矩传感器54一端连接主动元件，输出主动力矩，另一端连接负载元件，为负载力矩，此时扭矩传感器54可实时输出扭矩数值。
如图16所示，展示了主动型膝关节假肢进行扭矩测试模式的示意图。将主动型膝关节假肢H在夹具端夹紧，作为主动端，可输出主动力矩。扭矩传感器另一端接磁粉制动器8，作为负载端，提供负载力矩。磁粉制动器的工作原理是：当其接通直流电源后产生电磁场，工作介质磁粉在磁力线作用下形成磁粉链，把内转子、外转子联接起来，从而达到传递，制动扭矩的目的。主动型膝关节假肢按照健康人体的步态进行扭转运动，从而测得运动过程中的实时扭矩，与健康人体膝关节扭矩对比，可得假肢扭矩是否达标。
如图17所示，展示了被动型膝关节假肢进行扭矩测试模式的示意图。将被动型膝关节假肢G在夹具端夹紧，作为负载端，提供负载力矩。扭矩传感器另一端接伺服电机11和行星减速器9结构，作为主动端，可输出主动力矩。由于伺服电机11自身扭矩最大值无法达到膝关节的最大扭矩，且不需要很高的转速，因此配有一台行星减速器9达到降低转速提高扭矩的目的。通过控制程序使伺服电机11和行星减速器9结构按照健康人体的步速进行扭转运动，从而测得被动型膝关节假肢G运动过程中的实时扭矩，与健康人体膝关节扭矩对比，可得假肢扭矩是否达标。
如图18所示，展示了移动控制平台运动示意图。移动控制平台运动B使用呈十字形上下排列安装的运动控制机构ⅠF1和运动控制机构ⅡF2实现带动电机架5前后左右运动的功能。控制移动控制平台运动B运动控制机构ⅠF1的电机aⅠ15转动，带动滚珠丝杠a29转动，从而实现带动运动控制机构ⅡF2和电机架5的左右运动；控制移动控制平台运动B的运动控制机构ⅡF2的电机bⅠ34转动，带动滚珠丝杠b48转动，从而实现带动电机架5的前后运动。当对主动型膝关节假肢进行扭转测试时，磁粉制动器8接入扭矩传感器54一侧，当切换为被动型膝关节假肢进行扭矩测试时，控制移动控制平台运动B先向后运动撤出磁粉制动器8，然后向左运动使伺服电机11和行星减速器9结构运动到扭矩传感器54后方，最后将向前运动将伺服电机11和行星减速器9结构送入扭矩测量机构C的联轴器Ⅱ52内，实现自动切换主动型和被动型膝关节假肢的扭矩测试模式。
如图19所示，展示了固定平台的下端夹具调整示意图。为适应进行扭矩测试的膝关节假肢尺寸结构大小存在不同，因此将固定平台E的下端夹具83设计为位置可调结构。通过调整T型螺母组84在支撑台85凹槽内的左右位置来改变下端夹具83左右位置；通过调整螺栓组h82在下端夹具83槽内的前后位置来改变下端夹具83前后位置；通过控制电机Ⅱ67可调节支撑台85的高度以适应膝关节假肢的高度。
Claims (5)
1.一种自动切换的主被动膝关节假肢扭矩测量平台，其特征在于：由工作台(A)、移动控制平台(B)、扭矩测量机构(C)、夹具(D)、固定平台(E)和电机控制器组(1)组成，其中工作台(A)由前台(4)和后台(2)固接而成，后台(2)设有桌柜(3)，前台(4)上面设有螺纹孔组Ⅱ(4a)，前台(4)前面设有螺纹孔组Ⅲ(4b)和螺纹孔组Ⅳ(4c)，后台(2)上面设有螺纹孔组Ⅰ(2a)；移动控制平台(B)由运动控制机构Ⅰ(F1)、运动控制机构Ⅱ(F2)、电机架(5)、螺栓组Ⅰ(6)、螺栓组Ⅱ(7)、磁粉制动器(8)、行星减速机(9)、螺栓组Ⅲ(10)、伺服电机(11)、螺栓组Ⅳ(12)、螺栓组Ⅴ(13)组成；扭矩测量机构(C)由联轴器Ⅱ(52)、支撑架(53)、扭矩传感器(54)、螺栓组a(55)、联轴器Ⅲ(56)组成；夹具(D)由转轴(57)、导向轴支座(58)、滑轨Ⅲ(59)、滑块(60)、四螺栓Ⅰ(61)、转换座(62)、支柱固定夹(63)、四螺栓Ⅱ(64)、螺栓对(65)组成；固定平台(E)由螺栓组b(66)、电机Ⅱ(67)、联轴器Ⅳ(68)、联轴器座(69)、滚珠丝杠支座Ⅰ(70)、滑轨Ⅳ(71)、滑块a(72)、滑块b(73)、螺栓组c(74)、螺栓组d(75)、滚珠丝杠c(76)、滚珠丝杠支座Ⅱ(77)、螺栓组e(78)、滑轨Ⅴ(79)、螺栓组f(80)、螺栓组g(81)、螺栓组h(82)、下端夹具(83)、T型螺母组(84)、支撑台(85)、螺帽c(86)、螺栓组i(87)组成；电机控制器组(1)固接于工作台(A)的桌柜(3)中；移动控制平台(B)中运动控制机构Ⅰ(F1)的传动架Ⅰ(18)的底板Ⅰ(18d)经螺栓组aⅧ(21)、螺栓组aⅨ(22)和螺栓组aⅩ(24)固接于工作台(A)的后台(2)上面；扭矩测量机构(C)中支撑架(53)的底板(53e)经螺栓组a(55)固接于工作台(A)的前台(4)上面后部；夹具(D)的转轴(57)固接于扭矩测量机构(C)的联轴器Ⅲ(56)；固定平台(E)的滑轨Ⅳ(71)、滚珠丝杠支座Ⅱ(77)、滑轨Ⅴ(79)和滚珠丝杠支座Ⅰ(70)经螺栓组c(74)、螺栓组e(78)、螺栓组g(81)和螺栓组i(87)固接于工作台(A)的前台(4)前面。
2.根据权利要求1所述的一种自动切换的主被动膝关节假肢扭矩测量平台，其特征在于：所述的移动控制平台(B)中运动控制机构Ⅰ(F1)由螺栓组aⅥ(14)、电机aⅠ(15)、联轴器aⅠ(16)、无油衬套aⅠ(17)、传动架Ⅰ(18)、滑轨aⅠ(19)、螺栓组aⅦ(20)、螺栓组aⅧ(21)、螺栓组aⅨ(22)、滑块aⅠ(23)、螺栓组aⅩ(24)、无油衬套aⅡ(25)、螺帽a(26)、支撑件a(27)、螺栓组aⅪ(28)、滚珠丝杠a(29)、螺栓组aⅫ(30)、滑轨aⅡ(31)和滑块aⅡ(32)组成，其中传动架Ⅰ(18)由右支架(18a)、右板Ⅰ(18b)、后板Ⅰ(18c)、底板Ⅰ(18d)、前板Ⅰ(18e)和左板Ⅰ(18f)组成，其中右板Ⅰ(18b)、后板Ⅰ(18c)、底板Ⅰ(18d)、前板Ⅰ(18e)和左板Ⅰ(18f)构成长方形框架结构，右支架(18a)固接于右板Ⅰ(18b)的右面；右支架(18a)、右板Ⅰ(18b)和左板Ⅰ(18f)上均设有中心孔，且孔心在一条水平线上；联轴器aⅠ(16)右端固接于电机aⅠ(15)的输出轴，电机aⅠ(15)左端经螺栓组aⅥ(14)固接于传动架Ⅰ(18)中右支架(18a)右端；联轴器aⅠ(16)左端与滚珠丝杠a(29)右端固接；滚珠丝杠a(29)中部与支撑件a(27)螺纹连接；滚珠丝杠a(29)近右端与无油衬套aⅠ(17)活动连接；滚珠丝杠a(29)近左端与无油衬套aⅡ(25)活动连接；无油衬套aⅠ(17)外圈与传动架Ⅰ(18)中右板Ⅰ(18b)的中心孔固接；无油衬套aⅡ(25)外圈与传动架Ⅰ(18)中左板Ⅰ(18f)的中心孔固接；滑块aⅠ(23)与滑轨aⅠ(19)滑动连接，滑轨aⅠ(19)经螺栓组aⅦ(20)固接于传动架Ⅰ(18)中后板Ⅰ(18c)的顶面；滑块aⅡ(32)与滑轨aⅡ(31)滑动连接，滑轨aⅡ(31)经螺栓组aⅫ(30)固接于传动架Ⅰ(18)中前板Ⅰ(18e)的顶面；支撑件a(27)下侧法兰盘通过螺栓组aⅪ(28)固接于螺帽a(26)左端面法兰盘；运动控制机构Ⅱ(F2)由螺栓组bⅥ(33)、电机bⅠ(34)、联轴器bⅠ(35)、无油衬套bⅠ(36)、传动架Ⅱ(37)、滑轨bⅠ(38)、螺栓组bⅦ(39)、螺栓组bⅧ(40)、螺栓组bⅨ(41)、滑块bⅠ(42)、螺栓组bⅩ(43)、无油衬套bⅡ(44)、螺帽b(45)、支撑件b(46)、螺栓组bⅪ(47)、滚珠丝杠b(48)、螺栓组bⅫ(49)、滑轨bⅡ(50)和滑块bⅡ(51)组成，其中传动架Ⅱ(37)由后支架(37a)、后板Ⅱ(37b)、左板Ⅱ(37c)、底板Ⅱ(37d)、右板Ⅱ(37e)和前板Ⅱ(37f)组成，其中后板Ⅱ(37b)、左板Ⅱ(37c)、底板Ⅱ(37d)、右板Ⅱ(37e)和前板Ⅱ(37f)构成长方形框架结构，后支架(37a)固接于后板Ⅱ(37b)的后面；后支架(37a)、前板Ⅱ(37f)和后板Ⅱ(37b)上均设有中心孔，且孔心在一条水平线上；联轴器bⅠ(35)后端固接于电机bⅠ(34)的输出轴，电机bⅠ(34)前端经螺栓组bⅥ(33)固接于传动架Ⅱ(37)中后支架(37a)后端；联轴器bⅠ(35)前端与滚珠丝杠b(48)后端固接；滚珠丝杠b(48)近后端与无油衬套bⅠ(36)活动连接；滚珠丝杠b(48)中部与支撑件b(46)螺纹连接；滚珠丝杠b(48)近前端与无油衬套bⅡ(44)活动连接；无油衬套bⅠ(36)外圈与传动架Ⅱ(37)中后板Ⅱ(37b)的中心孔固接；无油衬套bⅡ(44)外圈与传动架Ⅱ(37)中前板Ⅱ(37f)的中心孔固接；滑块bⅠ(42)与滑轨bⅠ(38)滑动连接，滑轨bⅠ(38)经螺栓组bⅦ(39)固接于传动架Ⅱ(37)中左板Ⅱ(37c)的顶面；滑块bⅡ(51)与滑轨bⅡ(50)滑动连接，滑轨bⅡ(50)经螺栓组bⅫ(49)固接于传动架bⅠ(37)中右板Ⅱ(37e)的顶面；支撑件b(46)下侧法兰盘通过螺栓组bⅪ(47)固接于螺帽b(45)前端面法兰盘；运动控制机构Ⅱ(F2)和运动控制机构Ⅰ(F1)呈十字形上下排列，运动控制机构Ⅱ(F2)的传动架Ⅱ(37)的底板Ⅱ(37d)经螺栓组bⅧ(40)、螺栓组bⅨ(41)和螺栓组bⅩ(43)固接于运动控制机构Ⅰ(F1)的滑块aⅠ(23)、支撑件a(27)和滑块aⅡ(32)；电机架(5)由底板(5a)、圆形凹槽(5b)和带孔立板(5c)组成，圆形凹槽(5b)固接于底板(5a)的前端左边，带孔立板(5c)固接于底板(5a)的前端右边；行星减速机(6)前端经螺栓组Ⅲ(7)固接于电机架(2)的带孔立板(5c)后面，行星减速机(6)和伺服电机(8)前后排列，并经螺栓组Ⅳ(9)固接；磁粉制动器(5)固接于电机架(2)的圆形凹槽(5b)。
3.根据权利要求1所述的自动切换的主被动膝关节假肢扭矩测量平台，其特征在于：所述的扭矩测量机构(C)中支撑架(53)为由带孔后板(53a)、左板(53b)、右板(53c)和底板(53e)组成的框架结构，底板(53e)上固接有垫块(53d)，扭矩传感器(54)位于支撑架(53)内，扭矩传感器(54)下面固接于垫块(53d)上面，扭矩传感器(54)后端与联轴器Ⅱ(52)前端固接，扭矩传感器(54)前端与联轴器Ⅲ(56)后端固接。
4.根据权利要求1所述的自动切换的主被动膝关节假肢扭矩测量平台，其特征在于：所述的夹具(D)中转轴对(57)、导向轴支座(58)、滑轨Ⅲ(59)、转换座(62)和支柱固定夹(63)自后至前顺序排列，导向轴支座(58)后端与转轴(57)前端固接，导向轴支座(58)前端经螺栓对(65)固接于滑轨Ⅲ(59)下部；滑块(60)与滑轨Ⅲ(59)滑动连接；转换座(62)后端经四螺栓Ⅰ(61)与滑块(60)固接，转换座(62)前端经四螺栓Ⅱ(64)与支柱固定夹(63)固接。
5.根据权利要求1所述的自动切换的主被动膝关节假肢扭矩测量平台，其特征在于：所述的固定平台(E)中支撑台(85)由平板(85e)、支撑板Ⅰ(85a)、支撑板Ⅱ(85c)组成，平板(85e)前部设有前后平行的滑槽对(85d)，平板(85e)后侧中心设有螺纹孔(85b)；下端夹具(83)经螺栓组f(80)和T型螺母组(84)，与平板(85e)的滑槽对(85d)连接；支撑板Ⅰ(85a)固接于平板(85e)的后侧右部；支撑板Ⅱ(85c)固接于平板(85e)的后侧左部；电机Ⅱ(67)、联轴器Ⅳ(68)、联轴器座(69)、滚珠丝杠支座Ⅰ(70)、螺帽c(86)、支撑台(85)、滚珠丝杠c(76)、滚珠丝杠支座Ⅱ(77)自下而上顺序排列，其中滚珠丝杠c(76)上端与滚珠丝杠支座Ⅱ(77)活动连接；螺帽c(86)上端经螺栓组d(75)固接于支撑台(85)中平板(85e)的螺纹孔(85b)下面；滚珠丝杠c(76)下端经支撑台(85)中平板(85e)的螺纹孔(85b)、螺帽c(86)和滚珠丝杠支座Ⅰ(70)，与联轴器Ⅳ(68)上端固接；电机Ⅱ(67)的输出轴与联轴器Ⅳ(68)固接，电机Ⅱ(67)的外壳上端经螺栓组b(66)固接于联轴器座(69)下端；滑轨Ⅳ(71)和滑轨Ⅴ(79)位于支撑台(85)后方；滑块a(72)与滑轨Ⅳ(71)滑动连接；滑块b(73)与滑轨Ⅴ(79)滑动连接；支撑台(85)的支撑板Ⅰ(85a)后端与滑块a(72)前面固接；支撑台(85)的支撑板Ⅱ(85c)后端与滑块b(73)前面固接。
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- 2021-10-26 CN CN202111249530.6A patent/CN113984258B/zh active Active
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| CN113984258B (zh) | 2024-04-19 |
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