一种用于需要五个矫治自由度的大幅度足踝畸形的并联外固定器

文档序号:1822837 发布日期:2021-11-12 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 一种用于需要五个矫治自由度的大幅度足踝畸形的并联外固定器 (Parallel external fixator for large-amplitude ankle deformity requiring five correction degrees of freedom ) 是由 李剑锋 王煜 左世平 陶春静 李国通 于 2021-07-07 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种用于需要五个矫治自由度的大幅度足踝畸形的并联外固定器,主要包括参考平台、牵引平台和支撑杆。支撑杆包括4条六自由度支撑杆和1条五自由度支撑杆,在保证连接紧密性的同时,能够提高并联外固定器的工作空间,解决大幅度矫治所存在的干涉问题。本发明中的外固定器具有3个转动自由度以及2个移动自由度,能够矫正存在五个矫治自由度需求的大幅度足踝畸形。(The invention relates to a parallel external fixator for large-amplitude ankle deformity requiring five correction degrees of freedom, which mainly comprises a reference platform, a traction platform and a support rod. The supporting rods comprise 4 supporting rods with six degrees of freedom and 1 supporting rod with five degrees of freedom, the working space of the parallel external fixator can be increased while the connection tightness is ensured, and the problem of interference in large-amplitude correction is solved. The external fixator has 3 rotational degrees of freedom and 2 translational degrees of freedom, and can correct large-amplitude ankle deformity with five correction degrees of freedom.)

一种用于需要五个矫治自由度的大幅度足踝畸形的并联外固 定器

技术领域

本发明涉及一种足踝并联外固定器系统,具体来说,涉及一种矫治大幅度足踝畸形的并联机构。

背景技术

足踝部位具有极其复杂的生物力学机制,在调整人体姿态平衡过程中起到重要作用,同时,关于足踝的畸形也是形态多样。对于复杂的足踝畸形,其矫治自由度需求个数可能为5个,包括3个转动自由度与2个移动自由度的组合。在需要临床案例中,存在矫治需求的症状包括:胫骨远端后弓-外翻畸形、踝关节融合前马蹄-内翻畸形。为满足以上畸形矫治,对于矫治外固定器需具备三个转动自由度和两个移动自由度。

面向足踝畸形存在五自由度矫治需求的情况,开发具有对应自由度的外固定器是具有重要意义的。并联机构因其高精度、负载大、动态响应好、自由度高等特点被应用于外骨骼矫治,同时,由于其机构相对具有结构简单、造价低等特点,能够降低患者的使用成本。此外,面对大幅度的畸形情况,外固定器需要具有复现该畸形的能力,以实现模拟畸形的安装方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于需要五个矫治自由度的大幅度足踝畸形的并联外固定器,以解决上述问题。

本发明提供一种用于需要五个矫治自由度的大幅度足踝畸形的并联外固定器,其特征在于:该并联外固定器包括参考平台、牵引平台和支撑杆,支撑杆包括4条六自由度支撑杆、1条五自由度支撑杆;

进一步,参考平台以及牵引平台与人体通过骨针固定连接在一起,参考平台与牵引平台之间并行连接有支撑杆,通过支撑杆的驱动,牵引平台相对于参考平台进行运动,以达到矫治操作;

进一步,4条六自由度支撑杆包括第一六自由度支撑杆、第二六自由度支撑杆第三六自由度支撑杆和第四六自由度支撑杆,其运动副均为六自由度支撑杆胡克副、六自由度支撑杆转动副与六自由度支撑杆球副的顺序连接,六自由度支撑杆胡克副通过螺钉与参考平台连接,六自由度支撑杆球副与牵引平台连接;

进一步,五自由度支撑杆其运动副为五自由度支撑杆球副、五自由度支撑杆转动副A与五自由度支撑杆转动副B的顺序连接,五自由度支撑杆胡克副通过螺钉与参考平台连接,五自由支撑杆转动副B通过螺钉与牵引平台固定连接;

进一步,一种用于需要五个矫治自由度的大幅度足踝畸形的并联外固定器能够能够完成3个转动矫治操作以及2个移动矫治操作。

进一步,参考平台和牵引平台上配置的环形定位块,保证骨针能够按照预期位置固定参考平台和牵引平台图,避免参考平台和牵引平台在矫治过程中出现旋转偏移和径向偏移。

进一步,4个六自由度支撑杆的六自由度支撑杆转动副和1个五自由度支撑杆的五自由度支撑杆转动副A,其特征在于:六自由度支撑杆转动副以及五自由度支撑杆转动副A分别与移动副两端铰接,构成三角形稳定构型,三角形稳定构型在提高转动副以及相应支撑杆的稳定性的同时,能够满足大幅度畸形的矫治需求。

与现有技术相比本发明的有益效果是:该外固定器只针对足踝畸形存在五自由度矫治需求的情况,该外固定器所具有的自由度数目与类型正好与矫治所需的矫治自由度相同,不存在自由度冗余的现象。并联外固定器构型精度高,具有确定的运动学解析,能够精确控制骨骼恢复;转动副的布置能够满足足踝大幅度畸形的矫治需求

附图说明

图1是并联外固定器参考平台和牵引平台;

图2是并联外固定器参考平台环形定位块和牵引平台环形定位块;

图3是并联外固定器第一六自由度支撑杆和第二六自由度支撑杆;

图4是并联外固定器第三六自由度支撑杆、第四六自由度支撑杆;

图5是并联外固定器五自由度支撑杆;

图6是并联外固定器用于矫治胫骨远端后弓-外翻畸形时的构型示意图;

图7是并联外固定器用于踝关节融合前马蹄-内翻畸形时的构型示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明,但应当说明的是,这些实施方式并非对本发明的限制,本领域普通技术人员根据这些实施方式所做的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代,均属于本发明的保护范围之内。

参图1至参图7所示,图1是并联外固定器参考平台和牵引平台,图2是并联外固定器参考平台环形定位块和牵引平台环形定位块,图3是并联外固定器第一六自由度支撑杆和第二六自由度支撑杆,图4是并联外固定器第三六自由度支撑杆、第四六自由度支撑杆,图5是并联外固定器五自由度支撑杆,图6是并联外固定器用于矫治胫骨远端后弓-外翻畸形时的构型示意图,图7是并联外固定器用于踝关节融合前马蹄-内翻畸形时的构型示意图。

本实施例中,参图1所示,所述并联外固定器参考平台和牵引平台包括参考平台1、牵引平台2。

本实施例中,参图2所示,所述并联外固定器参考平台环形定位块包括骨针3、参考平台骨针定位块4、参考平台骨针调节螺母5、参考平台环形骨针定位块6、参考平台骨针定位螺母7、参考平台紧固蝶帽8,所述牵引平台环形定位块包括骨针9、参考平台骨针定位块10、参考平台骨针调节螺母11、参考平台环形骨针定位块12、参考平台骨针定位螺母12、参考平台紧固蝶帽13。

本实施例中,参图3所示,所述并联外固定器第一六自由度支撑包括第一六自由度支撑杆胡克副U1、第一六自由度支撑杆移动副P1、第一六自由度支撑杆转动副R1、第一六自由度支撑杆球副S1,所述第一六自由度支撑杆胡克副U1中,紧固螺钉15、第一六自由度支撑杆胡克副U型架16通过第一六自由度支撑杆胡克副十字轴17连接第一六自由度支撑杆支撑杆A 18和第一六自由度支撑杆支撑杆B19,所述第一六自由度支撑杆P1中,第一六自由度支撑杆移动副定位螺母20、第一六自由度支撑杆滑槽21、第一六自由度支撑杆移动副调节螺母22、第一六自由度支撑杆移动副螺纹杆23、第一六自由度支撑杆移动副U型架27进行连接调整伸缩,所述第一六自由度支撑杆转动副R1中,第一六自由度支撑杆第一六自由度支撑杆支撑杆A 18和第一六自由度支撑杆支撑杆B19通过第一六自由度支撑杆转动副转轴25连接第一六自由度支撑杆转动支撑杆C 24,所述第一六自由度支撑杆球副S1中,第一六自由度支撑杆转动支撑杆C 24通过第一六自由度支撑杆球副十字轴28连接第一六自由度支撑杆球副U型块29,第一六自由度支撑杆球副U型块29连接第一六自由度支撑杆球副旋转轴30,第一六自由度支撑杆移动副P1通过转动副转动轴26连接第一六自由度支撑杆转动副R1,通过调节第一六自由度支撑杆移动副P1中第一六自由度支撑杆移动副螺纹杆23的杆长调整第一六自由度支撑杆转动副R1转动角度。

本实施例中,参图3所示,所述并联外固定器第二六自由度支撑杆包括第二六自由度支撑杆胡克副U2、第二六自由度支撑杆移动副P2、第二六自由度支撑杆转动副R2、第二六自由度支撑杆球副S2,所述第二六自由度支撑杆胡克副U2中,紧固螺钉31、第二六自由度支撑杆胡克副U型架32通过第二六自由度支撑杆胡克副十字轴33连接第二六自由度支撑杆支撑杆A 34和第二六自由度支撑杆支撑杆B 35,所述第二六自由度支撑杆P2中,第二六自由度支撑杆移动副定位螺母36、第二六自由度支撑杆滑槽37、第二六自由度支撑杆移动副调节螺母38、第二六自由度支撑杆移动副螺纹杆39、第二六自由度支撑杆移动副U型架43进行连接调整伸缩,所述第二六自由度支撑杆转动副R2中,第二六自由度支撑杆第二六自由度支撑杆支撑杆A 34和第二六自由度支撑杆支撑杆B 35通过第二六自由度支撑杆转动副转轴41连接第二六自由度支撑杆转动支撑杆C 40,所述第二六自由度支撑杆球副S2中,第二六自由度支撑杆转动支撑杆C 40通过第二六自由度支撑杆球副十字轴44连接第二六自由度支撑杆球副U型块45,第二六自由度支撑杆球副U型块45连接第二六自由度支撑杆球副旋转轴46,第二六自由度支撑杆移动副P2通过转动副转动轴42连接第二六自由度支撑杆转动副R2,通过调节第二六自由度支撑杆移动副P2中第二六自由度支撑杆移动副螺纹杆39的杆长调整第二六自由度支撑杆转动副R2转动角度。

本实施例中,参图4所示,所述并联外固定器第三六自由度支撑杆包括第三六自由度支撑杆胡克副U3、第三六自由度支撑杆移动副P3、第三六自由度支撑杆转动副R3、第三六自由度支撑杆球副S3,所述第三六自由度支撑杆胡克副U3中,紧固螺钉47、第三六自由度支撑杆胡克副U型架48通过第三六自由度支撑杆胡克副十字轴49连接第三六自由度支撑杆支撑杆A 50和第三六自由度支撑杆支撑杆B 51,所述第三六自由度支撑杆P3中,第三六自由度支撑杆移动副定位螺母52、第三六自由度支撑杆滑槽53、第三六自由度支撑杆移动副调节螺母54、第三六自由度支撑杆移动副螺纹杆55、第三六自由度支撑杆移动副U型架59进行连接调整伸缩,所述第三六自由度支撑杆转动副R2中,第三六自由度支撑杆第三六自由度支撑杆支撑杆A 50和第三六自由度支撑杆支撑杆B 51通过第三六自由度支撑杆转动副转轴57连接第三六自由度支撑杆转动支撑杆C 56,所述第三六自由度支撑杆球副S3中,第三六自由度支撑杆转动支撑杆C 56通过第三六自由度支撑杆球副十字轴60连接第三六自由度支撑杆球副U型块61,第三六自由度支撑杆球副U型块61连接第三六自由度支撑杆球副旋转轴62,第三六自由度支撑杆移动副P3通过转动副转动轴58连接第三六自由度支撑杆转动副R3,通过调节第三六自由度支撑杆移动副P3中第三六自由度支撑杆移动副螺纹杆55的杆长调整第三六自由度支撑杆转动副R3转动角度。

本实施例中,参图4所示,所述并联外固定器第四六自由度支撑杆包括第四六自由度支撑杆胡克副U4、第四六自由度支撑杆移动副P4、第四六自由度支撑杆转动副R4、第四六自由度支撑杆球副S4,所述第四六自由度支撑杆胡克副U1中,紧固螺钉63、第四六自由度支撑杆胡克副U型架64通过第四六自由度支撑杆胡克副十字轴65连接第四六自由度支撑杆支撑杆A 66和第四六自由度支撑杆支撑杆B 67,所述第四六自由度支撑杆P4中,第四六自由度支撑杆移动副定位螺母68、第四六自由度支撑杆滑槽69、第四六自由度支撑杆移动副调节螺母70、第四六自由度支撑杆移动副螺纹杆71、第四六自由度支撑杆移动副U型架75进行连接调整伸缩,所述第四六自由度支撑杆转动副R4中,第四六自由度支撑杆第四六自由度支撑杆支撑杆A 66和第四六自由度支撑杆支撑杆B 67通过第四六自由度支撑杆转动副转轴73连接第四六自由度支撑杆转动支撑杆C 72,所述第四六自由度支撑杆球副S1中,第四六自由度支撑杆转动支撑杆C 72通过第四六自由度支撑杆球副十字轴76连接第四六自由度支撑杆球副U型块77,第四六自由度支撑杆球副U型块77连接第四六自由度支撑杆球副旋转轴78,第四六自由度支撑杆移动副P4通过转动副转动轴74连接第四六自由度支撑杆转动副R4,通过调节第四六自由度支撑杆移动副P4中第四六自由度支撑杆移动副螺纹杆71的杆长调整第四六自由度支撑杆转动副R4转动角度。

本实施例中,参图5所示,所述并联外固定器五自由度支撑杆包括五自由度支撑杆球副S5、五自由度支撑杆移动副P5、五自由度支撑杆转动副R5-1、五自由度支撑杆转动副R5-2,所述五自由度支撑杆胡克副S5中,五自由度支撑杆旋转轴79、五自由度支撑杆球副U型架80通过五自由度支撑杆球副十字轴81连接五自由度支撑杆支撑杆A 82和五自由度支撑杆支撑杆B 83,所述五自由度支撑杆P5中,五自由度支撑杆移动副转动轴84、五自由度支撑杆移动副定位螺母85、五自由度支撑杆滑槽86、五自由度支撑杆移动副调节螺母87、五自由度支撑杆移动副螺纹杆88、五自由度支撑杆移动副U型架91进行连接调整伸缩,所述五自由度支撑杆转动副R5-1中,五自由度支撑杆五自由度支撑杆支撑杆A 82和五自由度支撑杆支撑杆B 83通过五自由度支撑杆转动副转轴89连接五自由度支撑杆转动支撑杆C 90,所述五自由度支撑杆转动副R5-2中五自由度支撑杆转动支撑杆C 90通过五自由度支撑杆转动副转轴92连接五自由度支撑杆转动副U型块93,五自由度支撑杆转动副U型块93通过94紧固螺钉固定。

本实施例中,参图6所示,所述并联外固定器用于矫治胫骨远端后弓-外翻畸形时的构型示意图,包括第一六自由度支撑杆移动副螺纹杆23,、第二六自由度支撑杆移动副螺纹杆39、第三六自由度支撑杆移动副螺纹杆55、第四六自由度支撑杆移动副螺纹杆71、五自由度支撑杆移动副螺纹杆88,参考平台1、牵引平台2分别通过骨针3和骨针9与人体骨骼连接。

本实施例中,参图7所示,所述并联外固定器用于踝关节融合前马蹄-内翻畸形时的构型示意图,包括第一六自由度支撑杆支撑杆A 18、第二六自由度支撑杆支撑杆A 34、第三六自由度支撑杆支撑杆A 50、第四六自由度支撑杆支撑杆A 66,参考平台1、牵引平台2分别通过骨针3和骨针9与人体骨骼连接。

本发明提供一种用于需要五个矫治自由度的大幅度足踝畸形的并联外固定器,具有如下有益效果:

1)该并联外固定设计了一种新型并联构型,可适用于存在五自由度矫治需求的足踝、胫骨大幅度畸形。

2)该外固定器所具有的自由度数目与类型刚好与矫治所需的自由度相同,不存在自由度冗余,能够降低矫治成本。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

13页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:带袢固定板

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!