[發明專利]一種多自由度人工假體力學性能參數測量裝置

在審

• 申請號: 202210301288.0
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN115813622A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 張曉輝;李永鑫;王建平;張明軍;李瑜;陳旭;余進偉;劉金來;謝長偉;王虹
• 申請（專利權）人: 王建平
• 主分類號: A61F2/46
• 分類號: A61F2/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種多自由度人工假體力學性能參數測量裝置，其包括液壓加載裝置、人工假體屈曲裝置、人工假體下組件移動平臺、液壓站、電氣控制柜等。本專利測量人工假體處于不同屈曲角度時的力學性能參數。通過位于支撐架左側的蝸桿機構驅動人工假體旋轉，同時其右側的直線位移裝置作同步旋轉及平移，由直線位移傳感器測得人工假體的直線位移值。根據該直線位移，下方的人工假體下組件移動平臺自動移動至所需值，隨之液壓驅動活塞桿按設定速度向下移動，直至接觸到人工假體下組件，其接觸壓力由壓力傳感器讀出，直至達到設定壓力值，由萬分表測量人工假體上組件的形變量。本發明適用于個性化人工假體的實驗研究及教學。

技術領域

本發明涉及到生物醫學工程領域，尤其涉及到了一種多自由度人工假體力學性能參數測量裝置。

背景技術

人工假體置換是指利用生物的相容性與機械性能良好的金屬或非金屬材料，如鈦合金、CoCrMo合金、PEEK材料等，制成的一種類似人體骨關節的假體，再通過外科手術將人工假體置入人體內從而達到減輕甚至消除疼痛、恢復關節活動與原有功能的手術。但目前人工假體普遍采用歐美標準，不適用于國人，但發達國家這方面的研究相對成熟，所以，手術醫生與患者會優先選擇進口的更適合西方人種生理特點的人工假體。

針對上述情況，我國對于人工關節假體的研究發展迅速，在對人工關節假體的設計過程中需要進行大量的實驗對比。因此，本發明設計了一種多自由度人工假體力學性能參數測量裝置，可以通過測量各種不同材料的人工假體處于不同屈曲角度狀態下的力學性能參數，進行實驗對比分析，優化設計結構，設計出一系列符合國人的人工假體。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種多自由度人工假體力學性能參數測量裝置，可以模擬臨床環境中安全的測量人工假體的生物力學特性，實現對壓力的精準控制，對不同結構參數的人工假體形變進行精準測量。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下。

包括液壓加載裝置、人工假體屈曲裝置、直線位移檢測裝置、人工假體下組件移動平臺、液壓站、電氣控制柜等。電氣控制柜控制加壓，顯示壓力大小，實現對工進速度的精準控制。本發明通過測量人工假體處于不同屈曲角度狀態下的力學性能參數。通過支撐架左側的轉動機構驅動人工假體上組件屈曲，使右側的直線位移裝置同步轉動，并測出直線位移值。人工假體下組件移動平臺根據該位移值自動移動，隨之活塞桿按設定速度向下移動至人工假體下組件上表面，直至達到需求的壓力值，該壓力值可由壓力傳感器實時測量，與此同時，人工假體上組件的形變量由萬分表測量。

在人工假體連接件外壁兩側上安裝有萬分表，萬分表可以根據需要進行移動安放，再進行固定，具有多自由度，當加壓裝置加壓時，人工假體產生形變，萬分表進行高精度測量。

人工假體屈曲裝置采用蝸桿機構，手輪與蝸桿同軸轉動時驅動蝸輪旋轉。蝸輪通過鍵連接驅動傳動軸及人工假體連接件同步轉動，實現屈曲角度的無極調節。由于設計的蝸輪蝸桿具有自鎖性能，確保假體加載過程中始終保證預定的屈曲角度值。

在安裝盒蓋上的指針與傳動軸連接，當傳動軸轉動時，指針隨之轉動，以便觀測所需的實驗屈曲角度，進而實現手輪對轉動角度的精準控制。另外亦可以觀測試件在實驗過程中是否偏轉。

在傳動軸的右側安裝有連接桿，連接桿通過連接桿套安裝在傳動軸上，實現與人工假體的同步轉動。

根據安裝人工假體高度，對連接桿長度進行調節，使二者處于同一高度。連接桿和直線位移傳感器通過連桿機構實現直線位移量的測量。同時，連接桿可以進行伸縮，便于后期更換人工假體類型，調整至同一高度。

直線位移傳感器安裝在伸縮桿上，伸縮桿連接在傳感器支架上，傳感器支架通過內六角螺釘固定在支撐架右側，使直線位移傳感器進行上下移動。

人工假體連接件與傳動軸通過鍵連接，人工假體連接件與人工假體夾頭連接，在側面通過緊定螺釘限制自由度。方便更換不同的人工假體進行實驗。