DE202018000473U1 - Movement simulator for implants, prostheses and orthoses - Google Patents

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Abstract

Bewegungssimulator für Implantate, Orthesen und Prothesen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen durch eine Parallelkinematik ausgeführt werden.

Figure DE202018000473U1_0000
Movement simulator for implants, orthoses and prostheses, characterized in that the movements are performed by a parallel kinematic.
Figure DE202018000473U1_0000

Description

Ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung von Gelenkimplantaten ist deren Prüfung unter möglichst realistischen, physiologischen Bewegungen und Kräften. Hierzu werden Bewegungssimulatoren als Prüfstand eingesetzt. Dadurch sollen die Beweglichkeit, das Luxationsverhalten sowie die Dauerfestigkeit und die Abriebbeständigkeit der Bauteile ermittelt werden. Bei den Implantaten kann es sich um künstlichen Gelenke (Endoprothesen) für Knie, Hüfte oder Schulter, oder auch Bandscheibenprothesen handeln. Es können zudem Abstandshalter (sogenannte Spacer) für die genannten Gelenke sein, wobei in beiden Fällen auch alle weiteren Gelenke, wie z.B. Fuß, Hand oder Ellbogen, des menschlichen Körpers inbegriffen sein sollen. Es können aber auch Orthesen bezogen auf die genannten Gelenke sein oder Prothesen für Fuß, Bein und Arm.An important aspect in the development of joint implants is their testing under the most realistic, physiological movements and forces. For this purpose, motion simulators are used as a test bench. Thereby, the mobility, the luxation behavior as well as the fatigue strength and the abrasion resistance of the components are to be determined. The implants may be artificial joints (endoprostheses) for knees, hips or shoulders, or even intervertebral disc prostheses. There may also be spacers (so-called spacers) for said joints, wherein in both cases, all other joints, such as. Foot, hand or elbow, of the human body should be included. But it can also be orthoses related to the joints mentioned or prostheses for foot, leg and arm.

Für solche Prüfzwecke werden heute vorwiegend kartesisch aufgebaute, teure Kinematiken des Sondermaschinenbaus eingesetzt. Bei diesen Aufbauten handelt es sich um serielle Kinematiken. Außerdem werden für Knie, Hüfte und Bandscheibe meist jeweils unterschiedlich konfigurierte Prüfstände eingesetzt. Beispiele sind die Prüfstände der Firmen Advanced Mechanical Technology, Inc (AMTI) - US, EndoLab GmbH - DE, MTS Systems Corporation - US. Diese oder andere verfügbare Prüfstände haben einen begrenzten translatorischen und/oder rotativen Bewegungsumfang sowie geringe Winkelgeschwindigkeiten oder die aufzubringenden Lasten sind beschränkt, insbesondere für worst-case Szenarien.Today, predominantly Cartesian-built, expensive kinematics of special machine construction are used for such testing purposes. These structures are serial kinematics. In addition, mostly differently configured test stands are used for knees, hips and intervertebral discs. Examples are the test rigs of the companies Advanced Mechanical Technology, Inc. (AMTI) - US, EndoLab GmbH - DE, MTS Systems Corporation - US. These or other available test rigs have a limited translational and / or rotational range of motion and low angular velocities or the loads to be applied are limited, in particular for worst-case scenarios.

Eine andere Möglichkeit sind relativ preiswerte Industrieroboter, z.B. Knickarmroboter. Diese haben einen großen Bewegungsumfang und können relativ hohe Kräfte aufbringen, sind aber aufgrund der seriellen Anordnung der Achsen und ihrer dadurch bedingten hohen Masse zu langsam. Zudem sind Knickarmroboter nicht steif genug, so dass die vorgegebenen Bahnkurven und Bewegungszyklen nicht präzise eingehalten werden können.Another possibility is relatively inexpensive industrial robots, e.g. Articulated robot. These have a large range of motion and can muster relatively high forces, but are too slow due to the serial arrangement of the axes and their consequent high mass. In addition, articulated robots are not stiff enough, so that the predetermined trajectories and motion cycles can not be met precisely.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bewegungssimulator zum Prüfen von Implantaten, Prothesen und Orthesen zu schaffen, der räumliche Bewegungen in allen Freiheitsgraden schnell und präzise ausführen und dabei sehr hohe Kräfte aufbringen kann.It is the object of the present invention to provide a motion simulator for testing implants, prostheses and orthoses, which can perform spatial movements in all degrees of freedom quickly and accurately while applying very high forces.

Diese Aufgabe wird durch den Bewegungssimulator nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß werden die Bewegungen durch eine Parallelkinematik ausgeführt.This object is achieved by the motion simulator according to claim 1. According to the invention, the movements are performed by a parallel kinematic.

Gegenüber seriellen Kinematiken sind Maschinen mit Parallelkinematiken, wie Hexapoden, Tripoden oder Delta-Roboter, für die genannten Prüfaufgaben besser geeignet. Parallelkinematik-Roboter basieren auf einer Kinematik, bei der die bewegte Plattform (Greiferplattform) von drei bis sechs parallel angeordnete Linearachsen oder Gelenkarmen geführt wird, die in einer festen Basis (Basis-Plattform oder Grundrahmen) gelagert sind. Durch die parallele Anordnung bilden die Achsen eine geschlossene kinematische Kette, was gegenüber Vertikal- oder Horizontal-Knickarmrobotern eine höhere Wiederholgenauigkeit und Steifigkeit der Konstruktion ermöglicht.Compared to serial kinematics, machines with parallel kinematics, such as hexapods, tripods or delta robots, are better suited for the aforementioned test tasks. Parallel kinematics robots are based on a kinematics in which the moving platform (gripper platform) of three to six parallel arranged linear axes or articulated arms is guided, which are stored in a fixed base (base platform or base frame). Due to the parallel arrangement, the axes form a closed kinematic chain, which allows a higher repeatability and rigidity of the construction compared to vertical or horizontal articulated robots.

Abhängig von der Achszahl ist die Bezeichnung Tripod-Roboter für dreiachsige und Hexapod-Roboter für sechsachsige Kinematiken mit parallelen Linearachsen gängig. Auch der Aufbau von Hybridrobotem ist möglich, bei denen die bewegte Plattform mit weiteren seriellen Handachsen ausgestattet wird. Die typische Konstruktion des Hexapods verfügt über sechs Beine veränderlicher Länge und ermöglicht eine Beweglichkeit in allen sechs Freiheitsgraden (drei translatorische sowie drei rotatorische).Depending on the number of axes, the term tripod robot for three-axis and hexapod robots is used for six-axis kinematics with parallel linear axes. The construction of hybrid robots is also possible, in which the moving platform is equipped with further serial hand axes. The hexapod's typical construction has six variable-length legs, allowing for flexibility in all six degrees of freedom (three translational and three rotational).

Vorteile der Parallelkinematik sind die geringe bewegte Masse und dadurch bedingte hohe Dynamik. Daraus folgen hohe Beschleunigungen und Endgeschwindigkeiten und eine entsprechend schnellere Manipulation. Zudem ist die Positioniergenauigkeit grundsätzlich besser, da sich Positionsfehler der Achsen nicht - wie bei einer seriellen Kinematik - aufsummieren, sondern nur anteilig in die Gesamtbewegung eingehen. Außerdem zeichnen sich Parallelkinematiken durch eine hohe Beweglichkeit aus. Der Freiheitsgrad erreicht fast kugelförmig 5-Seiten, was insbesondere zum Testen von Gelenkimplantaten vorteilhaft ist.Advantages of the parallel kinematics are the low moving mass and consequent high dynamics. This results in high accelerations and final speeds and a correspondingly faster manipulation. In addition, the positioning accuracy is basically better, since position errors of the axes do not accumulate - as in the case of serial kinematics - but only partially contribute to the overall movement. In addition, parallel kinematics are characterized by a high degree of flexibility. The degree of freedom reaches almost spherical 5-sides, which is particularly advantageous for testing joint implants.

Wie zuvor ausgeführt, sind die Arme der Roboterkinematik in einem gemeinsamen Grundrahmen - der Basis-Plattform - gelagert, der entweder hängend montiert oder auf den Boden gestellt wird. Die dreidimensionale Bewegung der bewegten Plattform in X-/Y-Z-Richtung erfolgt über die koordinierte Ansteuerung aller Motoren, wobei sich die Plattform dabei auch kippen und drehen lässt. Für hohe Kräfte, die typischerweise bei Hexapod-Robotern gefordert sind, wird die Bewegung der Arme in Längsrichtung z. B. durch den Einsatz von Spindeltrieben in den Achsen erzeugt. Es können auch hydraulische, oder servohydraulische Linearachsen oder direkt angetriebene Linearmotoren, z.B. auch Tubularmotoren, eingesetzt werden.As previously stated, the arms of the robot kinematics are stored in a common base frame - the base platform - which is either suspended or placed on the ground. The three-dimensional movement of the moving platform in X / YZ Direction is via the coordinated control of all engines, whereby the platform can also tilt and rotate. For high forces, which are typically required in hexapod robots, the movement of the arms in the longitudinal direction z. B. generated by the use of spindle drives in the axes. It is also possible to use hydraulic or servohydraulic linear axes or directly driven linear motors, for example also tubular motors.

Bei Delta-Robotern mit zumeist 3 oder auch 4 Armen sind zur schnellen Handhabung die Antriebsmotoren für den Oberarm fest im Grundrahmen gelagert und gelenkig mit den antriebslosen Unterarmen verbunden, wodurch die bewegte Masse der Arme auf ein Minimum reduziert wird.For delta robots with mostly 3 or even 4 arms, the drive motors for the upper arm are firmly mounted in the base frame and articulated to the non-powered forearms for quick handling, whereby the moving mass of the arms is reduced to a minimum.

Vorzugsweise weist der Bewegungssimulator einen Hexapoden mit Linearachsen auf. Hierzu können relativ preiswerte Industrie-Komponenten eingesetzt werden. Je kleiner dabei die bewegte Plattform gegenüber der Basis-Plattform des Hexapoden ist, desto höher sind die möglichen Kipp- bzw. Drehwinkel und Winkelgeschwindigkeiten der bewegten Plattform. Vorteilhaft ist, wenn der angenäherte Kreis, auf dem die Aufhängepunkte der Gelenke der bewegten Plattform angeordnet sind, im Verhältnis von 1:3 bis 1:10 kleiner ist als der angenäherte Kreisdurchmesser der Aufhängepunkte der Gelenke der Basis-Plattform. Zudem sollte der Drehpunkt des zu untersuchenden Implantats möglichst nah und zentral zur bewegten Plattform angeordnet sein, weil ansonsten die Translationsbewegungen sehr groß werden und die Verfahrgeschwindigkeiten ansteigen. Bei einer derartigen Ausgestaltung deckt der Hexapod einen Winkelbereich ≥ ± 30°, vorzugsweise ≥ ±45°, und besonders bevorzugt ≥ ± 60° ab. Der Winkelbereich bezieht sich hierbei auf Rotationen um die X-bzw. Y- Achse. Hierbei können Winkelgeschwindigkeiten von mehr als 360°/s erreicht werden. Die Rotation um die Z-Achse erreicht Winkelbereiche ≥ ±20°, vorzugsweise ≥ ±35° besonders bevorzugt ≥ ±70°. Hierdurch können alle nötigen Winkelbereiche für Flexion/Extension, Abduktion/Adduktion und Rotation zum Prüfen von Knie- und Hüftimplantaten sowie Bandscheibenprothesen abgedeckt werden. Außerdem können verschiedenste anteriore-posteriore Bewegungen bzw. Translationen des Roll-Gleitvorgangs vom Knie programmiert und präzise nachgestellt werden. Zudem sind die Verfahrwege in X- und Y-Richtung groß genug, um mehrere Testplätze oder Prüfkammern auf einer Arbeitsplattform zu platzieren. Bei Verwendung von Gewindespindeln mit einem Durchmesser von 25mm für die Linearachsen können bereits Dauerkräfte von 5.000N erzielt werden, mit kurzzeitigen Spitzenkräften von etwa 15.000N. Selbstverständlich können mit einem solchen Aufbau und einer adäquaten Steuerung nahezu beliebige Bewegungsprofile wie z. B. Gehen, Joggen oder Treppensteigen simuliert und programmiert werden. Aufgrund der sehr hohen Beschleunigungen und Geschwindigkeiten, die ein Hexapod ermöglicht, kann eine dynamische Regelung der Bewegungsprofile erreicht werden. Preferably, the motion simulator has a hexapod with linear axes. For this purpose, relatively inexpensive industrial components can be used. The smaller the moving platform is compared to the base platform of the hexapod, the higher are the possible tilting or rotation angles and angular speeds of the moving platform. It is advantageous if the approximate circle on which the suspension points of the joints of the moving platform are arranged in a ratio of 1: 3 to 1:10 is smaller than the approximate circle diameter of the suspension points of the joints of the base platform. In addition, the pivot point of the implant to be examined should be arranged as close as possible and centrally to the moving platform, because otherwise the translational movements become very large and the travel speeds increase. In such an embodiment, the hexapod covers an angular range ≥ ± 30 °, preferably ≥ ± 45 °, and more preferably ≥ ± 60 °. The angle range refers to rotations around the X or. Y - axis. In this case, angular velocities of more than 360 ° / s can be achieved. The rotation around the Z Axis reaches angular ranges ≥ ± 20 °, preferably ≥ ± 35 °, more preferably ≥ ± 70 °. In this way, all necessary angle ranges for flexion / extension, abduction / adduction and rotation for testing knee and hip implants as well as intervertebral disc prostheses can be covered. In addition, various anterior-posterior movements or translations of the rolling process can be programmed by the knee and readjusted precisely. In addition, the travels in X - and Y- Direction big enough to place multiple test stations or test chambers on a work platform. When using 25mm diameter threaded spindles for the linear axes, continuous forces of 5,000N can already be achieved, with short peak forces of about 15,000N. Of course, with such a structure and an adequate control almost any movement profiles such. B. walking, jogging or climbing stairs are simulated and programmed. Due to the very high accelerations and speeds that a hexapod allows, a dynamic control of the motion profiles can be achieved.

Mit den erfindungsgemäßen Bewegungssimulatoren können der Bewegungsumfang, das Luxationsverhalten, die Dauerfestigkeit, das Abriebverhalten und verschiedenste worst-case Szenarien der zu untersuchenden Bauteile ermittelt und geprüft werden. Die Bewegungssimulatoren eignen sich auch zum Testen von Zahnimplantaten.With the motion simulators according to the invention, the range of motion, the luxation behavior, the fatigue strength, the abrasion behavior and various worst-case scenarios of the components to be examined can be determined and tested. The motion simulators are also suitable for testing dental implants.

Konkrete Ausgestaltungen und weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1 den Bewegungssimulator mit Hexapoden, und
  • 2 eine Detailansicht aus 1 auf die bewegte Plattform und Arbeitsplattform.
Concrete embodiments and further preferred embodiments of the present invention are explained below with reference to the figures. Show it:
  • 1 the motion simulator with hexapods, and
  • 2 a detailed view 1 on the moving platform and working platform.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

Pfeil (1)Arrow (1)
Bewegungssimulatormotion simulator
(2)(2)
Basis-Plattform des Hexapoden (Grundrahmen)Base platform of hexapods (base frame)
(3, 3')(3, 3 ')
Gelenke des HexapodenJoints of the hexapod
(4)(4)
Linearachsen (Stellglieder, Arme) des HexapodenLinear axes (actuators, arms) of the hexapod
(5)(5)
Bewegte Plattform des HexapodenMoving platform of hexapods
(6)(6)
Prüfkammertest chamber
(7)(7)
Arbeitsplattformworking platform
(8)(8th)
Kraft- und/oder MomentensensorForce and / or torque sensor
(9)(9)
Rahmen des BewegungssimulatorsFrame of the motion simulator
(10)(10)
HüftkopfFemoral Head
(11)(11)
Hüftpfanneacetabulum
Pfeil (100)Arrow (100)
HexapodHexapod

Die 1 zeigt einen Bewegungssimulator (Pfeil 1) vorzugsweise mit einem Hexapoden (Pfeil 100) als Prüfstand zum Testen von Implantaten für Gelenke. Der Hexapod ist ausgeführt mit sechs Linearachsen 4. Der Hexapod ist dabei in einer Überkopfstellung an dem Rahmen 9 der Prüfmaschine 1 montiert: Die Linearachsen 4 sind jeweils an der einen Seite hängend über Gelenke 3 mit der Basis-Plattform 2 befestigt. Die andere Seite der Linearachsen ist wiederum über Gelenke 3' mit der bewegten Plattform 5 verbunden. Unterhalb der bewegten Plattform 5 befindet sich die Arbeitsplattförm 7, die wieder an dem Rahmen 9 montiert ist. Auf der Arbeitsplattform 7 ist der Sensor 8, ein ein- oder mehrachsiger Kraft- und/oder Momentensensor befestigt. Auf dem Sensor 8 befindet sich die Prüfkammer 6.The 1 shows a motion simulator ( arrow 1 ) preferably with a hexapod ( arrow 100 ) as a test bench for testing implants for joints. The hexapod is executed with six linear axes 4 , The hexapod is in an overhead position on the frame 9 the testing machine 1 mounted: The linear axes 4 are each on one side hanging over joints 3 with the base platform 2 attached. The other side of the linear axes is again via joints 3 ' with the moving platform 5 connected. Below the moving platform 5 is the working platform 7 that's back to the frame 9 is mounted. On the work platform 7 is the sensor 8th , a single or multi-axis force and / or torque sensor attached. On the sensor 8th is the test chamber 6 ,

2 zeigt einen Ausschnitt auf den unteren Teil des Hexapoden 100 und die Arbeitsplattform 7 aus 1. In 2 ist die Prüfkammer aus 1 geöffnet, so dass die Konfiguration, hier beispielhaft, des Hüftgelenks sichtbar wird. An der bewegten Plattform 5 ist zentral die eine Seite des Hüftgelenks, der Hüftkopf 10 befestigt An der Arbeitsplattform 7 des Rahmens 9 ist die andere Seite des Hüftgelenks, die Hüftpfanne 11, montiert. Die Prüfkammer ist so geformt, dass das Implantat, insbesondere die artikulierenden Flächen des Implantats bzw. des Gelenks, in eine Prüfflüssigkeit eingetaucht werden können. In einer alternativen Ausführungsform kann der Sensor auch zwischen die bewegte Plattform und der oberen Seite des zu untersuchenden Implantates montiert werden, in 2 wäre dies der Hüftkopf. 2 shows a section on the lower part of the hexapod 100 and the work platform 7 out 1 , In 2 the test chamber is off 1 opened, so that the configuration, here exemplified, of the hip joint is visible. At the moving platform 5 central is the one side of the hip joint, the femoral head 10 attached to the work platform 7 of the frame 9 is the other side of the hip joint, the acetabulum 11 , assembled. The test chamber is shaped so that the implant, in particular the articulating surfaces of the implant or the joint, can be immersed in a test liquid. In an alternative embodiment, the sensor can also be mounted between the moving platform and the upper side of the implant to be examined, in 2 this would be the femoral head.

Der den Hexapoden aufnehmende Rahmen kann auch quaderförmig mit vier Standbeinen statt drei oder in weiteren, anderen Formen ausgeführt sein. Vorteilhaft ist ferner eine höhenverstellbare Arbeitsplattform, so dass der Arbeitsraum über den Verfahrweg des Hexapoden in Z-Richtung erweitert werden kann und größere bzw. unterschiedlich große Bauteile integriert werden können. Eine weitere Variante des Aufbaus des Bewegungssimulators ist, dass die Basis-Plattform unter einem Winkel zur X-Y Ebene am Rahmen montiert ist. Dadurch kann z.B. der Kippwinkelbereich der bewegten Plattform von +/- 45° auf +25°/-70° bezogen auf die Arbeitsplattform verstellt werden, welches vorteilhaft für die Testung von Knie-Endoprothesen oder Knie-Spacern ist. Zudem könnte die Kraft in Z-Richtung über eine Zustellachse eingeleitet werden, die auf der Arbeitsplattform befestigt ist. Hierdurch könnte die Dynamik zur Regelung von Kraft-/Bewegungsverläufen weiter erhöht werden.The Hexapoden receiving frame can also be executed cuboid with four legs instead of three or in other, other forms. Also advantageous is a height-adjustable work platform, so that the working space on the traverse path of the hexapod in Z Direction can be extended and larger or different sized components can be integrated. Another variant of the structure of the motion simulator is that the base platform at an angle to the XY Level is mounted on the frame. As a result, for example, the tilt angle range of the moving platform can be adjusted from +/- 45 ° to + 25 ° / -70 ° relative to the work platform, which is advantageous for testing knee endoprostheses or knee spacers. In addition, the force in Z Direction can be initiated via an infeed axis, which is mounted on the work platform. This could further increase the dynamics for controlling force / movement progressions.

Claims (6)

Bewegungssimulator für Implantate, Orthesen und Prothesen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen durch eine Parallelkinematik ausgeführt werden.Movement simulator for implants, orthoses and prostheses, characterized in that the movements are performed by a parallel kinematic. Bewegungssimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parailelkinematik eine Beweglichkeit in allen sechs Freiheitsgraden, drei translatorischen sowie drei rotatorischen, ermöglicht.Motion simulator after Claim 1 , characterized in that the Parailelkinematik allows mobility in all six degrees of freedom, three translational and three rotational. Bewegungssimulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelkinematik ein Deltaroboter oder vorzugsweise ein Hexapod und besonders bevorzugt ein Hexapod mit Beinen veränderlicher Länge ist.Motion simulator after Claim 1 or 2 , characterized in that the parallel kinematic is a delta robot or preferably a hexapod and more preferably a hexapod with legs of variable length. Bewegungssimulator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungssimulator zum Testen von Implantaten für Gelenkbereiche ausgelegt ist.Motion simulator after Claim 1 to 3 , characterized in that the motion simulator is designed for testing implants for joint areas. Bewegungssimulator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegte Platte des Hexapoden einen Kippwinkelbereich um die X- oder Y-Achse von größer ± 30°, vorzugsweise größer ±45°, und besonders bevorzugt größer ± 60° abdeckt.Motion simulator after Claim 1 to 4 , characterized in that the moving plate of the hexapod covering a Kippwinkelbereich around the X or Y-axis of greater than ± 30 °, preferably greater than ± 45 °, and more preferably greater than ± 60 °. Bewegungssimulator nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegte Platte des Hexapoden um die Z-Achse mehr als ±20°, vorzugsweise mehr als ±35°, und besonders bevorzugt mehr als ±70° rotieren kann.Motion simulator after Claim 1 to 5 , characterized in that the moving plate of the hexapod can rotate about the Z-axis more than ± 20 °, preferably more than ± 35 °, and more preferably more than ± 70 °.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10130485A1 (en) * 2001-06-25 2003-01-16 Robert Riener Simulation device for simulating biomechanical properties of human and animal body sections

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10130485A1 (en) * 2001-06-25 2003-01-16 Robert Riener Simulation device for simulating biomechanical properties of human and animal body sections

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