[發明專利]一種用于存在五自由度矯治需求的足踝畸形的并聯外固定器系統

有效

• 申請號: 202110463291.8
• 申請日: 2021-04-24
• 公開（公告）號: CN113171219B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 李劍鋒;左世平;陶春靜;董明杰
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: A61F5/01
• 分類號: A61F5/01
• 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

1.一種用于存在五自由度矯治需求的足踝畸形的并聯外固定器系統，其特征在于：該并聯外固定器系統包括參照環組件、牽引環組件和驅動桿組件，驅動桿組件包括4條六自由度驅動桿、1條五自由度約束力驅動桿和1條五自由度約束力偶驅動桿；

參照環組件與牽引環組件通過骨針與足踝體段進行連接，驅動桿組件以并聯的方式連接參照環組件與牽引環組件，在驅動桿組件的協同運動下，帶動牽引環組件相對于參照環組件進行運動，進而完成矯治操作；

參照環組件包括六邊形參照環、水平U型參照環和豎直U型參照環；

牽引環組件作為外固定器的運動末端，包括大六邊形牽引環、小六邊形牽引環和U型牽引環，能夠適應足踝部位不同體段的尺寸差異；

4條六自由度驅動桿包括第一六自由度驅動桿、第二六自由度驅動桿、第三六自由度驅動桿和第四六自由度驅動桿，其運動副設置均為六自由度驅動桿虎克副、六自由度驅動桿移動副與六自由度驅動桿球副的順次連接，六自由度驅動桿虎克副通過螺釘與參照環組件固定連接，六自由度驅動桿球副與牽引環組件連接；

五自由度約束力驅動桿的運動副設置為五自由度約束力驅動桿球副、五自由度約束力驅動桿移動副與五自由度約束力驅動桿轉動副的順次連接，五自由度約束力驅動桿球副與參照環組件連接，五自由度約束力驅動桿轉動副通過螺釘與牽引環組件固定連接；

五自由度約束力驅動桿轉動副的轉動軸線垂直于牽引環組件的矢狀面，施加給牽引環組件一個作用于五自由度約束力驅動桿球副，方向沿五自由度約束力驅動桿轉動副的約束力，使牽引環組件只能完成自身矢狀面內的移動運動；

五自由度約束力偶驅動桿的運動副設置為五自由度約束力偶驅動桿第一轉動副、五自由度約束力偶驅動桿移動副、五自由度約束力偶驅動桿虎克副與五自由度約束力偶驅動桿第二轉動副的順次連接，五自由度約束力偶驅動桿第一轉動副與五自由度約束力偶驅動桿第二轉動副能夠根據需要通過螺釘與參照環組件或牽引環組件固定連接；

五自由度約束力偶驅動桿虎克副的兩條轉動軸線分別與五自由度約束力偶驅動桿第一轉動副以及五自由度約束力偶驅動桿第二轉動副的轉動軸線平行，五自由度約束力偶驅動桿施加給牽引環組件一個方向垂直于五自由度約束力偶驅動桿虎克副的兩條轉動軸線所組成的平面的約束力偶，能夠限制牽引環組件沿此方向的轉動運動，由此，在外固定器安裝時，根據足踝畸形中角度畸形出現的具體平面，對五自由度約束力偶驅動桿虎克副進行合理的布置，使其約束力偶的方向垂直于未出現角度畸形的平面；

五自由度矯治需求能夠分為3個轉動自由度與2個移動自由度的組合或者2個轉動自由度與3個移動自由度的組合，并聯外固定器系統選擇4條六自由度驅動桿與1條五自由度約束力驅動桿以形成三轉兩移并聯外固定器，或選擇4條六自由度驅動桿與1條五自由度約束力偶驅動桿以形成兩轉三移并聯外固定器。

2.根據權利要求1所述的一種用于存在五自由度矯治需求的足踝畸形的并聯外固定器系統，其特征在于：參照環組件、牽引環組件和驅動桿組件上配置有方形定位槽或方形定位銷，以使參照環組件與牽引環組件相對于驅動桿組件，以及驅動桿組件的運動副之間能夠按照預期的位置進行安裝，進而在牽引環組件的預期平面上施加運動約束。

3.根據權利要求1所述的一種用于存在五自由度矯治需求的足踝畸形的并聯外固定器系統，其特征在于：當足踝部位的多個體段存在畸形時，能夠通過并行或串行連接2個或多個并聯外固定器來滿足矯治需求，當兩個并聯外固定器串聯時，參照環組件與牽引環組件能夠通過螺釘固定連接。