[发明专利]一种多功能五自由度人工关节摩擦磨损测试装置

权利要求书

1.一种多功能五自由度人工关节摩擦磨损测试装置，其特征在于：包括屈曲摆臂、内展外收摆臂和内外旋及载荷施加底座，其中，所述内外旋及载荷施加底座设置在Z向旋转及Z向载荷施加机构上，通过Z向旋转及Z向载荷施加机构驱动所述内外旋及载荷施加底座实现绕Z向旋转及沿Z向施加载荷，从而模拟人工关节的内外旋运动以及模拟向人工关节施加人体在自重或负重情况的受力情况；所述屈曲摆臂为L型，屈曲摆臂的一端连接在X向旋转机构上，通过X向旋转机构驱动所述屈曲摆臂实现绕X向旋转，从而模拟人工关节的屈曲运动；所述内展外收摆臂转动安装在屈曲摆臂的另一端，并且内展外收摆臂连接在Y向旋转机构上，通过Y向旋转机构驱动所述内展外收摆臂实现绕Y向旋转，从而模拟人工关节的内展外收运动；此外，本装置还包括Y向平移机构，通过Y向平移机构驱动所述内外旋及载荷施加底座沿Y向平移运动，模拟人工关节的前后运动；

所述Z向旋转及Z向载荷施加机构，包括支撑框架、第一驱动电机、升降法兰、拉扭传动轴、第二驱动电机、扭转法兰和载荷传感器，第一驱动电机和第二驱动电机均安装在支撑框架内，第一驱动电机位于第二驱动电机下部，升降法兰同轴安装在第一驱动电机上，扭转法兰同轴安装在第二驱动电机上；所述拉扭传动轴沿Z向设置并轴向贯穿扭转法兰、第二驱动电机和升降法兰，拉扭传动轴的顶端通过载荷传感器法兰连接载荷传感器，所述内外旋及载荷施加底座安装在载荷传感器上；所述拉扭传动轴的下部具有滚珠丝杠结构，与升降法兰之间为螺旋配合，能够将随第一驱动电机旋转的升降法兰的旋转运动转化为拉扭传动轴轴向的直线运动，以实现施加Z向载荷；拉扭传动轴中部具有沿其轴向的键结构，扭转法兰中心通孔内具有与之配合的键槽结构，通过键与键槽配合，拉扭传动轴能够在第二驱动电机驱动扭转法兰旋转的驱动下做旋转运动，实现对人工关节内外旋运动的模拟。

2.根据权利要求1所述的多功能五自由度人工关节摩擦磨损测试装置，其特征在于：通过载荷传感器采集并反馈载荷数值给控制系统，实现对测试过程中人工关节承受载荷的精确控制。

3.根据权利要求1所述的多功能五自由度人工关节摩擦磨损测试装置，其特征在于：所述Y向平移机构，包括L型水平传动板、直线电机、直线电机支撑侧板和固定位置支撑板，L型水平传动板与Z向旋转及Z向载荷施加机构的支撑框架固定连接，并且L型水平传动板沿Y向滑动安装在固定位置支撑板上，直线电机固定安装在固定位置支撑板上，通过该直线电机能够带动L型水平传动板沿Y向运动，从而带动Z向旋转及Z向载荷施加机构沿Y向移动。

4.根据权利要求3所述的多功能五自由度人工关节摩擦磨损测试装置，其特征在于：在L型水平传动板上设置有沿Y向设置的水平滑动槽，在固定位置支撑板底部设置有沿Y向的水平滑动导轨。

5.根据权利要求1所述的多功能五自由度人工关节摩擦磨损测试装置，其特征在于：所述X向旋转机构，包括一屈曲旋转电机，该屈曲旋转电机同轴连接屈曲传动轴，屈曲传动轴连接屈曲摆臂安装法兰，所述屈曲摆臂通过屈曲摆臂安装法兰安装在屈曲传动轴上。

6.根据权利要求1所述的多功能五自由度人工关节摩擦磨损测试装置，其特征在于：所述Y向旋转机构，包括内展外收旋转电机，内展外收旋转电机安装在屈曲摆臂上，所述内展外收摆臂安装在内展外收旋转电机的旋转轴上。

7.根据权利要求1所述的多功能五自由度人工关节摩擦磨损测试装置，其特征在于：所述的多功能五自由度人工关节摩擦磨损测试装置还包括用于装夹待测试人工关节的测试夹具，测试夹具包括人工关节假骨封装工装和人工关节骨臼臼杯，其中，所述人工关节假骨封装工装安装在内展外收摆臂上；所述人工关节骨臼臼杯安装在内外旋及载荷施加底座上。

8.根据权利要求5所述的多功能五自由度人工关节摩擦磨损测试装置，其特征在于：所述的多功能五自由度人工关节摩擦磨损测试装置还包括Z向调节机构，所述X向旋转机构安装在该Z向调节机构上，通过Z向调节机构能够调节屈曲摆臂和内展外收摆臂的Z向位置，从而适应多种形式和尺寸的人工关节的安装需要。

9.根据权利要求8所述的多功能五自由度人工关节摩擦磨损测试装置，其特征在于：所述Z向调节机构，包括L型固定位置竖板、垂直传动板、抱闸步进电机、联轴器、滚珠丝杠、滚珠丝杠法兰和滚珠丝杠法兰固定支架，所述垂直传动板沿Z向滑动安装在L型固定位置竖板的背面；所述屈曲旋转电机安装于垂直传动板上，屈曲旋转电机的屈曲传动轴贯穿L型固定位置竖板，在屈曲传动轴贯穿L型固定位置竖板的一端连接屈曲摆臂安装法兰；所述抱闸步进电机固定在所述垂直传动板上，滚珠丝杠的一端通过联轴器同轴安装在抱闸步进电机的旋转轴上，滚珠丝杠的另一端通过安装在L型固定位置竖板上的滚珠丝杠法兰固定支架与滚珠丝杠法兰连接；当抱闸步进电机旋转时，能够带动垂直传动板沿Z向运动，从而带动垂直传动板上的屈曲旋转电机同步运动，实现调节屈曲摆臂和内展外收摆臂的Z向位置。