[实用新型]足踝万向加载装置

说明书

技术领域

本实用新型属于医学领域，尤其涉及一种用于模拟正常人踝关节六个自由度运动形式的实验装置。

背景技术

足踝生物力学是近年来骨科学与康复医学的研究重点。

正常的人足踝关节具有三个方向的旋转自由度，为了模拟正常人踝关节的跖屈、背伸、内旋、外旋、内翻、外翻六个自由度的单独或复合运动形式，在进行足踝离体标本实验时，需要一套可以模拟足踝跖屈背伸、内旋外旋、内翻外翻这三个自由度的加载装置，以便模拟在各个不同姿态下，踝关节以及全足对来自胫骨的重力的力学响应。

根据关节运动轴心数量或自由度大小，人体关节可以分为：

(1)单轴关节：此类关节只有1个自由度，只能环绕1个运动轴在1个水平面上运动。如指间关节、肱尺关节等；

(2)双轴关节：此类关节有两个自由度，可围绕两个互相垂直的运动轴；并在两个平面上运动，例如拇指的腕掌关节，可作屈伸及内收外展运动及环转运动；

(3)三轴关节：此类关节有三个自由度，即可在3个互相垂直的运动轴上，作屈伸、内收外展、旋转、环转等多方向的运动。包括球窝关节，如肩关节；杵臼关节，如髋关节；平面关节，如肩锁关节、腕骨和跖骨间诸关节。

现有的人足踝关节实验装置，都只能满足一个或数个自由度的调节，无法同时实现全自由度的调节，使得现有的模拟实验不能真正实现六个自由度的复合运动，给足踝关节的生物力学实验和测试带来一定的困难。

授权公告日为2004年5月12日，授权公告号为CN2614651Y的中国实用新型专利中，公开了一种“万向足踝装置”，包含一个固定座，连结在脚底单元上，其所述固定座具有一个顶面、一条垂直所述顶面的轴线，以及一个对应所述轴线且设置在所述顶面上的枢接部；还包括一个枢接件，沿轴线延伸设置且连结在所述下肢杆的底端部，并具有一呈可活动枢设在所述枢接部上的枢转部，所述枢转部与所述枢接部呈凹凸互补。很明显，该技术方案适用于人工假肢，不适于对足踝离体标本进行测试和实验。

公布日为2012年8月1日，公布号为CN102622936A的中国发明专利申请，公开了一种“并联式六自由度步态模拟的实验装置”，包括带可调测力板安装高度装置及肌腱驱动装置的框架、六杆并联机构和串联加载装置，可调测力板安装高度装置是安装在框架下平台面上，由4个丝杠、4个下螺母、4个上螺母和2条测力板安装架组成，肌腱驱动装置由电机、联轴器、减速齿轮组、链轮及链条组成，六杆并联机构由定平台、动平台、12组虎克铰链和6条相同的运动支链组成，串联加载装置由固定于动平台上的液压缸以及由能沿滑槽滑动的导轨固定轴、力传感器、带分度盘的胫骨连接轴的轴系组成。该技术方案能模拟加载轴系所固定的胫骨的六自由度运动，还能对胫骨轴向加载力(比如重力或微重力等)，能较好地用于足踝动力学研究。该实验装置具有六自由度运动能力，包括前后迈步的前后平移、拔脚和踩地的上下平移、形成步宽所需的左右平移等三个方向的平移及小腿的外展和内收、内外翻和屈伸等三个方向的旋转。其是用机械结构来模拟人体小腿胫骨的实际动作过程，不能体现人足踝关节的实际运动特性，依然无法适用于对足踝离体标本进行相关实验和模拟外力加载。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种足踝万向加载装置，其采用三组复合结构，可同时实现水平方向、冠状面和矢状面的旋转，可以对足踝关节提供六个自由度的单独或复合运动形式的外部力学加载，为足踝离体标本实验提供完全符合实际情况的外力加载，以便更加真实的模拟在各个不同姿态下，踝关节以及全足对来自胫骨的重力的力学响应。

本实用新型的技术方案是：提供一种足踝万向加载装置，其特征是：所述的加载装置至少包括依次连接的第一转动组件、第二转动组件和第三转动组件，其中，所述的第一转动组件为矢状面转动组件；所述的第二转动组件为冠状面转动组件；所述的第三转动组件为水平面转动组件；其中，所述的第一转动组件至少包括实验样本固定平板和第一U字型支架；所述的第二转动组件至少包括第二U字型支架；所述的第三转动组件至少包括第三U字型支架；其所述的实验样本固定平板经其两端的第一转轴，可转动地与所述第一U字型支架连接；所述的第一U字型支架与所述第二U字型支架固定连接；所述的第二U字型支架的两端分别经过第二转轴，可转动地与所述第三U字型支架的两端连接；在所述第三转动组件的下方，设置夹头连接棒；所述的第三转动组件经夹头连接棒固定在力学实验机的夹头基座上。