[发明专利]一种用于存在五自由度矫治需求的足踝畸形的并联外固定器系统

权利要求书

1.一种用于存在五自由度矫治需求的足踝畸形的并联外固定器系统，其特征在于：该并联外固定器系统包括参照环组件、牵引环组件和驱动杆组件，驱动杆组件包括4条六自由度驱动杆、1条五自由度约束力驱动杆和1条五自由度约束力偶驱动杆；

参照环组件与牵引环组件通过骨针与足踝体段进行连接，驱动杆组件以并联的方式连接参照环组件与牵引环组件，在驱动杆组件的协同运动下，带动牵引环组件相对于参照环组件进行运动，进而完成矫治操作；

参照环组件包括六边形参照环、水平U型参照环和竖直U型参照环；

牵引环组件作为外固定器的运动末端，包括大六边形牵引环、小六边形牵引环和U型牵引环，能够适应足踝部位不同体段的尺寸差异；

4条六自由度驱动杆包括第一六自由度驱动杆、第二六自由度驱动杆、第三六自由度驱动杆和第四六自由度驱动杆，其运动副设置均为六自由度驱动杆虎克副、六自由度驱动杆移动副与六自由度驱动杆球副的顺次连接，六自由度驱动杆虎克副通过螺钉与参照环组件固定连接，六自由度驱动杆球副与牵引环组件连接；

五自由度约束力驱动杆的运动副设置为五自由度约束力驱动杆球副、五自由度约束力驱动杆移动副与五自由度约束力驱动杆转动副的顺次连接，五自由度约束力驱动杆球副与参照环组件连接，五自由度约束力驱动杆转动副通过螺钉与牵引环组件固定连接；

五自由度约束力驱动杆转动副的转动轴线垂直于牵引环组件的矢状面，施加给牵引环组件一个作用于五自由度约束力驱动杆球副，方向沿五自由度约束力驱动杆转动副的约束力，使牵引环组件只能完成自身矢状面内的移动运动；

五自由度约束力偶驱动杆的运动副设置为五自由度约束力偶驱动杆第一转动副、五自由度约束力偶驱动杆移动副、五自由度约束力偶驱动杆虎克副与五自由度约束力偶驱动杆第二转动副的顺次连接，五自由度约束力偶驱动杆第一转动副与五自由度约束力偶驱动杆第二转动副能够根据需要通过螺钉与参照环组件或牵引环组件固定连接；

五自由度约束力偶驱动杆虎克副的两条转动轴线分别与五自由度约束力偶驱动杆第一转动副以及五自由度约束力偶驱动杆第二转动副的转动轴线平行，五自由度约束力偶驱动杆施加给牵引环组件一个方向垂直于五自由度约束力偶驱动杆虎克副的两条转动轴线所组成的平面的约束力偶，能够限制牵引环组件沿此方向的转动运动，由此，在外固定器安装时，根据足踝畸形中角度畸形出现的具体平面，对五自由度约束力偶驱动杆虎克副进行合理的布置，使其约束力偶的方向垂直于未出现角度畸形的平面；

五自由度矫治需求能够分为3个转动自由度与2个移动自由度的组合或者2个转动自由度与3个移动自由度的组合，并联外固定器系统选择4条六自由度驱动杆与1条五自由度约束力驱动杆以形成三转两移并联外固定器，或选择4条六自由度驱动杆与1条五自由度约束力偶驱动杆以形成两转三移并联外固定器。

2.根据权利要求1所述的一种用于存在五自由度矫治需求的足踝畸形的并联外固定器系统，其特征在于：参照环组件、牵引环组件和驱动杆组件上配置有方形定位槽或方形定位销，以使参照环组件与牵引环组件相对于驱动杆组件，以及驱动杆组件的运动副之间能够按照预期的位置进行安装，进而在牵引环组件的预期平面上施加运动约束。

3.根据权利要求1所述的一种用于存在五自由度矫治需求的足踝畸形的并联外固定器系统，其特征在于：当足踝部位的多个体段存在畸形时，能够通过并行或串行连接2个或多个并联外固定器来满足矫治需求，当两个并联外固定器串联时，参照环组件与牵引环组件能够通过螺钉固定连接。