[發明專利]一種關節可調節精密并聯外固定器

有效

• 申請號: 202110293171.8
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113081210B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 李劍鋒;劉吉祥;劉順啟;李國通;杜祖淦
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: A61B17/62
• 分類號: A61B17/62
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種關節可調節精密并聯外固定器，其特征在于，該外固定器包括近端固定環、遠端固定環、三根完全相同的長度可以調節的連接桿、六個球運動關節、蝸桿旋鈕、遠端旋鈕、克氏針、針夾鉗；

通過克氏針和骨針將外固定器的近端固定環、遠端固定環與畸形骨垂直且剛性地固定；在近端固定環、遠端固定環上分別布置旋轉桿、遠端旋轉軸，遠端旋鈕聯接的調節錐齒輪與遠端旋轉軸聯接的遠端軸錐齒輪嚙合傳動，同時，球運動關節的一端分別固定在近端固定環上的旋轉桿和遠端固定環上的遠端旋轉軸，球運動關節另一端分別固定在連接桿的兩端，連接桿上安裝有蝸桿旋鈕，通過蝸輪蝸桿調節連接桿的長度，通過扭動蝸桿旋鈕，帶動蝸桿旋轉，由蝸桿蝸輪傳動將運動傳遞給絲桿螺母，改變各個連接桿的長度，同時也可通過調節遠端旋鈕帶動調節錐齒輪和相嚙合的遠端軸錐齒輪傳動，使得遠端旋轉軸轉動，從而可以任意調整球運動關節其在遠端固定環上的角度；從而使該關節可調節精密并聯外固定器實現空間6-DOF運動；

三根長度可以調節的連接桿完全相同，都由螺紋桿、套筒端蓋、蝸桿端蓋、緊固釘、鎖緊標志塊、螺紋桿套筒、蝸桿旋鈕、蝸輪、蝸桿、絲桿螺母、支鏈軸承組成，螺紋桿穿過螺紋桿套筒與絲桿螺母螺紋配合，蝸輪與絲桿螺母聯接在一起，絲桿螺母通過支鏈軸承、套筒端蓋固定在螺紋桿套筒內部，并通過螺釘將蝸桿端蓋和蝸桿固定在螺紋桿套筒上，且使蝸桿與蝸輪相配合，通過螺釘將套筒端蓋固定在螺紋桿套筒上端，而蝸桿旋鈕與蝸桿通過螺釘固連；

調節蝸桿旋鈕，帶動蝸桿旋轉，通過蝸桿蝸輪傳動將運動傳遞給絲桿螺母，通過絲桿螺母和螺紋桿將旋轉運動轉換成直線運動，改變各個連接桿的長度；

鎖緊標志塊通過緊固釘固定在螺紋桿底端中，防止螺紋桿在螺紋桿套筒中自轉，以保證當調整蝸桿旋鈕時，螺紋桿可以正確的移動；

三連桿通過六個球運動關節與近端固定環與遠端固定環連接，六個球運動關節完全相同，三個球運動關節固定在近端固定環旋轉桿中間位置，三個球運動關節固定在遠端固定環遠端旋轉軸的中間位置上；

球運動關節由球頭、球鉸座、球鉸緊固螺釘組成，近端固定環處的球運動關節的球鉸座與旋轉桿連接，遠端固定環處的球運動關節的球鉸座與遠端旋轉軸連接，通過球鉸緊固螺釘擰緊球鉸座固定在近端固定環的旋轉桿和遠端固定環的遠端旋轉軸的中間位置，而近端固定環的球頭通過螺紋與螺紋桿連接，并通過銷釘固定，遠端固定環處的球頭的通過螺紋與螺紋桿套筒底部連接，并通過銷釘固定；

位于近端固定環處三個球運動關節可以調整其在旋轉桿上的位置和角度，并且旋轉桿可以相對于近端固定環調整六種不同的角度，不同角度之間間隔60°；同時位于遠端固定環處三個球運動關節也可以調整其在遠端旋轉軸上的位置和角度，并且遠端旋轉軸可以任意調整相對遠端固定環上的角度，以解決球運動關節運動擺角范圍小的問題；

遠端固定環由三個圓心角為100°的遠端扇形環、三根遠端旋轉軸、旋轉軸承、遠端環軸承蓋、錐齒輪蓋子、遠端軸錐齒輪與相嚙合的調節錐齒輪、遠端旋鈕、鎖緊環組成，相鄰的遠端扇形環通過遠端旋轉軸互相連接，旋轉軸承固定在遠端旋轉軸的兩端，一面與遠端旋轉軸的軸頸相接觸，遠端旋轉軸的兩個旋轉軸承分別放入不同遠端扇形環的軸承凹槽中，并通過螺釘將遠端環軸承蓋、錐齒輪蓋子與遠端扇形環安裝固定，遠端旋轉軸一端與遠端旋轉軸端蓋通過螺釘連接，而遠端旋轉軸端蓋卡在遠端扇形環卡槽里，從而限制遠端旋轉軸移動，遠端旋轉軸的另一端與遠端軸錐齒輪螺釘連接固定，與之相嚙合的調節錐齒輪的軸穿過遠端扇形環孔隙，與遠端旋鈕通過螺釘連接固定；而鎖緊環卡在遠端扇形環孔隙凹面；

通過調節遠端旋鈕帶動調節錐齒輪和相嚙合的遠端軸錐齒輪傳動，使得遠端旋轉軸轉動，從而可以任意調整遠端固定環上球運動關節其在遠端固定環上的角度，當達到調節位置時，通過用螺釘擰緊鎖緊環將遠端旋轉軸固定；

近端固定環是由將三個圓心角為100°的近端扇形環通過三根旋轉桿和六個旋轉軸承相連接組成，旋轉軸承固定在旋轉桿的兩端，一面與旋轉桿的軸頸相接觸，旋轉桿上的兩個旋轉軸承分別放入不同近端扇形環的軸承凹槽中，并通過螺釘將環軸承蓋與近端扇形環安裝固定；旋轉桿的兩端加工有相隔60°均勻分布的六個旋轉桿銷釘孔，同時在近端扇形環的兩端同樣位置分布有環銷釘孔，銷釘與環銷釘孔螺紋配合，通過旋轉銷釘和調節旋轉桿來調整其在環銷釘孔中的位置；

當發生關節卡死現象，將銷釘從旋轉桿銷釘孔退出，調整近端固定環上的旋轉桿使球鉸座達到調節位置后再用銷釘將旋轉桿固定鎖住以解決卡死現象。