一种立式全膝置换关节髌骨运动测试装置，由支撑结构、股骨运动机构、髌骨运动机构、胫骨运动机构及其驱动机构组成。支撑结构实现测试装置的固定联接及股骨的运动支撑；运动支撑由液压缸活塞杆提供，并与股骨运动机构相连接，由机构带动股骨近端的上/下移动及回转实现股骨的屈伸运动；设置髌骨与股骨运动的联接机构，产生与股骨屈伸过程协调一致的髌骨运动；胫骨运动机构及其驱动机构安装在支撑结构的底板上，产生胫骨的屈伸运动及自旋运动。本发明通过模拟置换假体在人体膝的实际运动情况，来测试髌骨的运动，通过对股骨近端的上/下移动、股骨的屈伸运动、髌韧带的位移、胫骨的屈伸运动及自旋运动等多重运动的测量，综合而得髌骨运动性能。
1.一种立式全膝置换关节髌骨运动测试装置，其特征在于：它由支撑结构、股骨运动机构、髌骨运动机构、胫骨运动机构及其驱动机构四部分组成；支撑结构实现对测试装置其他部分的支撑及对运动中股骨运动机构的支撑；股骨运动机构与支撑结构的液压缸活塞杆及其导向机构相连接，产生股骨近端的上下移动及股骨的屈伸运动；髌骨运动机构与股骨运动机构相连接，产生髌骨在股骨屈伸过程中的相对运动；胫骨运动机构及其驱动机构安装在支撑结构的底板上，产生胫骨的屈伸运动及自旋运动；膝关节假体的股骨、胫骨分别固定在股骨运动机构、胫骨运动机构的相应骨夹持件中，膝关节假体的髌韧带由髌骨运动机构的韧带夹持装置牵引；
所述支撑结构，包含底板、防尘盖板、铝型材立柱、液压缸、液压缸底座、液压缸导向机构和连接件，底板位于支撑结构的底部；铝型材立柱安装在底板上；液压缸置于液压缸底座并安装在底板上；液压缸活塞杆顶端与导向机构连接，并通过两侧铝型材立柱实现导向；防尘盖板位于支撑结构的顶部，通过与铝型材立柱的连接使支撑结构形成一个封闭的结构；
其中一件铝型材立柱用于斜齿条的固定，四件铝型材立柱用于液压缸的导向；铝型材立柱固定连接方式相同，底部通过螺栓、角接件与底板连接，顶部通过螺钉、连接板条相互连接并覆盖一块防尘盖板；该底板是矩形板料；该防尘盖板是六边形板料；液压缸底部安装于液压缸底座中，液压缸底座通过螺栓固定在底板上，液压缸顶部通过螺栓、连接件固定在两铝型材立柱之间；液压缸导向机构，通过立柱的凹槽、滑动螺母块及其连接零件实现液压缸活塞杆的运动导向，该滑动螺母块包含基体、滚珠、滚珠挡板、螺钉，滚珠置于基体的凹槽里，实现滚动摩擦，减小摩擦力，滚珠挡板通过螺钉固定在基体的两端，防止滚珠掉落；
所述股骨运动机构，包含斜齿条、齿条垫板、夹持板、轴系一、轴系二、轴系三、轴系四、股骨夹持件和连接件；该斜齿条通过螺钉固定在齿条垫板上，齿条垫板通过螺钉、固定螺母块固定在支撑结构的铝型材立柱上；轴系一的主轴为齿轮轴，与轴系二上斜齿轮相互配合，齿轮轴中间安装一个斜齿轮，与斜齿条相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用弹性挡圈固定，通过键传递扭矩；该齿轮轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过轴肩、端盖、弹性挡圈固定，该齿轮轴端部与带编码器的测速电机相连接，测量的角度换算为股骨近端的移动距离，实现了对股骨近端运动情况的测量和记录；轴系二的主轴为齿轮轴，与轴系三上斜齿轮相互配合，齿轮轴两端安装有两斜齿轮，与轴系一上齿轮轴相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该齿轮轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定；轴系三的主轴为阶梯轴，该阶梯轴的两端安装有两斜齿轮，与轴系二和轴系四上的斜齿轮相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该阶梯轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定；轴系四的主轴为阶梯轴，该阶梯轴的两端安装有两斜齿轮，与轴系三上的斜齿轮相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该阶梯轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定，该阶梯轴端部与带编码器的测速电机相连接，测量的角度为股骨的屈伸角度，实现了对股骨屈伸运动情况的测量和记录；股骨夹持件，起到股骨夹持的作用，通过螺钉固定在髌骨运动机构的蜗轮蜗杆箱体上，蜗轮蜗杆箱体通过螺钉、连接件、键、弹性挡圈与轴系四的主轴相连接；
所述髌骨运动机构，包含蜗轮轴系、蜗杆轴系、蜗轮蜗杆箱体、钢丝绳、韧带夹持装置和连接件；蜗杆轴系的主轴为蜗杆轴，与蜗轮轴系上的蜗轮相互配合，该蜗杆轴两端安装有两行星斜齿轮，与安装于股骨运动机构轴系四上的两固定斜齿轮相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该蜗杆轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定；蜗轮轴系的主轴为阶梯轴，中间安装有一蜗轮，该蜗轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该阶梯轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承，其一的固定方式为通过套筒、端盖、弹性挡圈固定，另一固定方式为通过轴肩、端盖固定；该阶梯轴端部与带编码器的测速电机相连接，测量的角度为髌骨的运动角度，实现了对髌骨运动情况的测量和记录；
蜗轮蜗杆箱体，起到对蜗轮轴系、蜗杆轴系、股骨夹持件的支撑作用，通过螺钉、连接件、键、弹性挡圈与轴系四的主轴相连接；该韧带夹持装置：包含底板、压板、钢丝绳导向板、螺钉，实现对髌韧带的夹持，并通过钢丝绳与蜗轮轴系的主轴相连接，实现髌骨的相应运动，该钢丝绳与蜗轮轴系的主轴通过螺钉实现固定；
所述胫骨运动机构，包含支撑板、屈伸运动轴系、自旋运动轴系、胫骨夹持件和连接件；
该支撑板通过螺栓、角接件固定在支撑结构的底板上；屈伸运动轴系的主轴为阶梯轴，通过连接件与自旋运动轴系相连接，该阶梯轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定，该阶梯轴的伸出端，通过键与胫骨运动驱动机构的摇杆相连接，同时与带编码器的测速电机相连接，测量的角度为胫骨的屈伸角度，实现了对胫骨屈伸运动情况的测量和记录；该自旋运动轴系的主轴为异形轴，该主轴的一端通过螺栓与胫骨夹持件相连接，另一端安装有角接触轴承，该角接触轴承通过轴肩、端盖、弹性挡圈固定，该主轴端部与带编码器的测速电机相连接，测量的角度为胫骨的自旋角度，实现了对胫骨自旋运动情况的测量和记录；所述胫骨运动的驱动机构：包含低速电机、联轴器、传动轴、电机支撑板、曲柄滑块-摇杆机构；该低速电机通过螺栓固定到电机支撑板上，电机支撑板通过螺栓、角接件固定在支撑结构的底板上；传动轴由传动轴支撑板支撑，其一端通过键、联轴器、螺栓与低速电机连接，另一端通过键、弹性挡圈与曲柄滑块-摇杆机构的曲柄连接，实现低速电机驱动曲柄运动；该曲柄滑块-摇杆机构，包含曲柄、短连杆、滑块机构、V型导轨、导轨支撑件、长连杆、摇杆、短轴和连接件，运动零部件两两之间通过短轴连接，曲柄、短连杆、滑块机构、V型导轨构成曲柄滑块机构，长连杆、摇杆构成摇杆机构，曲柄滑块机构的滑块机构与摇杆机构的长连杆相连接；它实现将曲柄的转动转换为滑块机构的滑动，再将滑块机构的滑动转换为摇杆的摆动；该滑块机构，实现了滚动摩擦，包含滑块、滚珠、滚珠挡板、螺钉，滚珠置于滑块的凹槽里，滚珠挡板通过螺钉固定在滑块两端，滑块机构置于V型导轨上；V型导轨通过螺钉与导轨支撑件连接，导轨支撑件通过角接件、螺栓固定在支撑结构的底板上；曲柄、短连杆、滑块机构、长连杆、摇杆之间通过短轴连接，通过套筒、弹性挡圈实现轴向定位；该摇杆通过键与胫骨运动机构屈伸运动轴系的主轴相连接，驱动其运动。
2.根据权利要求1所述的一种立式全膝置换关节髌骨运动测试装置，其特征在于：股骨运动机构的轴系一端部、轴系四端部，髌骨运动机构的蜗轮轴系端部，胫骨运动机构的屈伸运动轴系、自旋运动轴系端部，均与带编码器的测速电机连接。
3.根据权利要求1所述的一种立式全膝置换关节髌骨运动测试装置，其特征在于：该测试装置的外形尺寸为560×680×1080mm。
一种立式全膝置换关节髌骨运动测试装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种全膝关节假体运动测试的装置，尤其涉及一种立式全膝置换关节髌骨运动测试装置，属于医学治疗及医疗器械设计制造技术领域。
背景技术
[0002] 膝关节作为人体中最大的关节，既支撑人体重量又承担下肢活动。由于膝关节的外裸结构极易损伤，加之疲劳损伤导致的膝关节炎病，就更使膝关节损伤及关节炎病例攀升迅速。膝关节炎病症的终极治疗方法是全膝关节置换，伴随着社会老龄化，全膝关节置换成为骨外科的主要手术，其影响面广影响力强更是举目可知。但膝关节生物结构复杂，胫股及髌股关节串、并耦合，全膝关节置换后关节材料与形面的改变，不仅影响胫股关节与髌股关系的运动性能，而且影响置换后关节的稳定与动平衡，尤其是对髌股关节的影响更为明显，例如：会改变关节面的应力分布，引起应力集中或关节失稳，还可能改变关节韧带的松紧程度及应力分布，由附加应力致使韧带损伤。因此，膝置换后髌股关节的性能及髌骨的运动特性成为术后关节质量的主要指标。为降低全膝置换术后膝关节的并发症，避免置换膝的术后翻修，测试置换假体膝的髌骨的运动特性就成为骨外科领域的一个重要而且迫切需要解决的关键问题，发明其相关的测试设备及装置就更是其最核心的技术。本发明的测试装置的独特之处在于基于人体置换膝假体的运动，通过股骨、髌骨及胫骨机构模拟置换膝后假体关节的运动，采集其膝关节屈伸的整个运动过程中股骨近端的上下移动、股骨的屈伸运动、髌骨的摆动、胫骨的屈伸运动及自旋运动等相关数据，综合合成而得到其髌骨的运动性能。本装置能实现的最大屈伸角度为120°，本发明为置换膝假体关节尤其是髌骨的运动测试提供了技术及设备。
发明内容
[0003] 1、目的：本发明的目的是提供一种立式全膝置换关节髌骨运动测试装置，该装置中置换膝关节的运动逼近全膝置换后人体膝的运动状态，尤其在装置中实现了髌骨对股骨滑道的相对运动，测量和记录股骨、髌骨、胫骨的运动参量，为评估置换后膝关节的运动特性提供技术数据与方法。
[0004] 2、技术方案：如图1，本发明一种立式全膝置换关节髌骨运动测试装置，它由支撑结构、股骨运动机构、髌骨运动机构、胫骨运动机构及其驱动机构四部分组成，它们之间的位置连接关系是：支撑结构实现对测试装置其他部分的支撑及对运动中股骨运动机构的支撑；股骨运动机构与支撑结构的液压缸活塞杆及其导向机构相连接，产生股骨近端的上下移动及股骨的屈伸运动；髌骨运动机构与股骨运动机构相连接，产生髌骨在股骨屈伸过程中的相对运动；胫骨运动机构及其驱动机构安装在支撑结构的底板上，产生胫骨的屈伸运动及自旋运动。膝关节假体的股骨、胫骨分别固定在股骨运动机构、胫骨运动机构的相应骨夹持件中，膝关节假体的髌韧带由髌骨运动机构的韧带夹持装置牵引。
[0005] 如图2，所述支撑结构，包含底板、防尘盖板、铝型材立柱、液压缸、液压缸底座、液压缸导向机构和连接件，它们之间的位置连接关系是：底板位于支撑结构的底部；铝型材立柱安装在底板上；液压缸置于液压缸底座并安装在底板上；液压缸活塞杆顶端与导向机构连接，并通过两侧铝型材立柱实现导向；防尘盖板位于支撑结构的顶部，通过与铝型材立柱的连接使支撑结构形成一个封闭的结构；如图3(a)、(b)，其中一件用于斜齿条固定的铝型材立柱，型号为APS-8-4080，四件用于液压缸导向的铝型材立柱，型号为APS-8-4040，该液压缸的规格尺寸为32/16-400；铝型材立柱固定连接方式相同，底部通过螺栓、角接件与底板连接，顶部通过螺钉、连接板条相互连接并覆盖一块防尘盖板；该底板是矩形板料；该防尘盖板是六边形板料；液压缸底部安装于液压缸底座中，液压缸底座通过螺栓固定在底板上，液压缸顶部通过螺栓、连接件固定在两铝型材立柱之间；如图4，液压缸导向机构，通过立柱的凹槽、滑动螺母块及其连接零件实现液压缸活塞杆的运动导向，该滑动螺母块包含基体、滚珠、滚珠挡板、螺钉，滚珠置于基体的凹槽里，实现滚动摩擦，减小摩擦力，滚珠挡板通过螺钉固定在基体的两端，防止滚珠掉落。
[0006] 如图5a、5b，所述股骨运动机构，包含斜齿条、齿条垫板、夹持板、轴系一、轴系二、轴系三、轴系四、股骨夹持件和连接件；它们之间的位置连接关系是：该斜齿条通过螺钉固定在齿条垫板上，齿条垫板通过螺钉、固定螺母块固定在支撑结构的铝型材立柱上；轴系一的主轴为齿轮轴，与轴系二上斜齿轮相互配合，齿轮轴中间安装一个斜齿轮，与斜齿条相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用弹性挡圈固定，通过键传递扭矩；该齿轮轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过轴肩、端盖、弹性挡圈固定，该齿轮轴端部与带编码器的测速电机相连接，测量的角度可换算为股骨近端的移动距离，实现了对股骨近端运动情况的测量和记录；轴系二的主轴为齿轮轴，与轴系三上斜齿轮相互配合，齿轮轴两端安装有两斜齿轮，与轴系一上齿轮轴相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该齿轮轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定；轴系三的主轴为阶梯轴，该阶梯轴的两端安装有两斜齿轮，与轴系二和轴系四上的斜齿轮相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该阶梯轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定；轴系四的主轴为阶梯轴，该阶梯轴的两端安装有两斜齿轮，与轴系三上的斜齿轮相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该阶梯轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定，该阶梯轴端部与带编码器的测速电机相连接，测量的角度为股骨的屈伸角度，实现了对股骨屈伸运动情况的测量和记录；股骨夹持件，起到股骨夹持的作用，通过螺钉固定在髌骨运动机构的蜗轮蜗杆箱体上，蜗轮蜗杆箱体通过螺钉、连接件、键、弹性挡圈与轴系四的主轴相连接。
[0007] 如图6，所述髌骨运动机构，包含蜗轮轴系、蜗杆轴系、蜗轮蜗杆箱体、钢丝绳、韧带夹持装置和连接件；它们之间的位置连接关系是：如图7，蜗杆轴系的主轴为蜗杆轴，与蜗轮轴系上的蜗轮相互配合，该蜗杆轴两端安装有两行星斜齿轮，与安装于股骨运动机构轴系四上的两固定斜齿轮相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该蜗杆轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定；蜗轮轴系的主轴为阶梯轴，中间安装有一蜗轮，该蜗轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该阶梯轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承，其一的固定方式为通过套筒、端盖、弹性挡圈固定，另一固定方式为通过轴肩、端盖固定，如图8，该阶梯轴端部与带编码器的测速电机相连接，测量的角度为髌骨的运动角度，实现了对髌骨运动情况的测量和记录；蜗轮蜗杆箱体，起到对蜗轮轴系、蜗杆轴系、股骨夹持件的支撑作用，通过螺钉、连接件、键、弹性挡圈与轴系四的主轴相连接；如图9，韧带夹持装置：包含底板、压板、钢丝绳导向板、螺钉，实现对髌韧带的夹持，并通过钢丝绳与蜗轮轴系的主轴相连接，实现髌骨的相应运动，该钢丝绳与蜗轮轴系的主轴通过螺钉实现固定。
[0008] 如图10，所述胫骨运动机构，包含支撑板、屈伸运动轴系、自旋运动轴系、胫骨夹持件和连接件；它们之间的位置连接关系是：该支撑板通过螺栓、角接件固定在支撑结构的底板上；屈伸运动轴系的主轴为阶梯轴，通过连接件与自旋运动轴系相连接，该阶梯轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定，该阶梯轴的伸出端，通过键与胫骨运动驱动机构的摇杆相连接，同时与带编码器的测速电机相连接，测量的角度为胫骨的屈伸角度，实现了对胫骨屈伸运动情况的测量和记录；如图11，自旋运动轴系的主轴为异形轴，该主轴的一端通过螺栓与胫骨夹持件相连接，另一端安装有角接触轴承，该角接触轴承通过轴肩、端盖、弹性挡圈固定，该主轴端部与带编码器的测速电机相连接，测量的角度为胫骨的自旋角度，实现了对胫骨自旋运动情况的测量和记录；如图12,所述胫骨运动的驱动机构：包含低速电机、联轴器、传动轴、电机支撑板、曲柄滑块-摇杆机构；它们之间的位置连接关系是：该低速电机的型号为120TYD-S30M，通过螺栓固定到电机支撑板上，电机支撑板通过螺栓、角接件固定在支撑结构的底板上；传动轴由传动轴支撑板支撑，其一端通过键、联轴器、螺栓与低速电机连接，另一端通过键、弹性挡圈与曲柄滑块-摇杆机构的曲柄连接，实现低速电机驱动曲柄运动；该曲柄滑块-摇杆机构，包含曲柄、短连杆、滑块机构、V型导轨、导轨支撑件、长连杆、摇杆、短轴和连接件，它们之间的位置连接关系是：运动零部件两两之间通过短轴连接，曲柄、短连杆、滑块机构、V型导轨构成曲柄滑块机构，长连杆、摇杆构成摇杆机构，曲柄滑块机构的滑块机构与摇杆机构的长连杆相连接；它实现将曲柄的转动转换为滑块机构的滑动，再将滑块机构的滑动转换为摇杆的摆动；如图13a、13b，该滑块机构，实现了滚动摩擦，包含滑块、滚珠、滚珠挡板、螺钉，滚珠置于滑块的凹槽里，滚珠挡板通过螺钉固定在滑块两端，滑块机构置于V型导轨上；V型导轨通过螺钉与导轨支撑件连接，导轨支撑件通过角接件、螺栓固定在支撑结构的底板上；曲柄、短连杆、滑块机构、长连杆、摇杆之间通过短轴连接，通过套筒、弹性挡圈实现轴向定位；该摇杆通过键与胫骨运动机构屈伸运动轴系的主轴相连接，驱动其运动。
[0009] 其中，股骨运动机构的轴系一端部、轴系四端部，髌骨运动机构的蜗轮轴系端部，胫骨运动机构的屈伸运动轴系、自旋运动轴系端部，均与带编码器的测速电机连接，该带编码器的测速电机型号为ASLONG RF371。
[0010] 其中，该测试装置的外形尺寸为560×680×1080。
[0011] 本发明一种全膝关节假体运动测试的装置的工况简介如下：膝关节屈伸角度范围为0°至120°，其中胫骨的屈伸角度范围为0°至62°，股骨近端的移动范围为0至373mm，加载频率为1±0.1Hz，股骨近端往返运动线速度为764mm/s，测试在常温常压环境下进行。
[0012] 3、优点及功效：本发明的全膝置换关节髌骨运动测试装置，它模拟了膝关节假体在人体膝内的实际运动情况，尤其是实现了膝屈伸中髌骨对股骨的相对运动，使假体在该装置中的运动更逼近于置换膝的情况，因而测试结果更为精确；该装置能够测量和记录股骨、髌骨、胫骨的运动参量，为评估膝关节的运动特性提供技术数据与方法。
附图说明
[0013] 图1本发明全膝置换关节髌骨运动测试装置结构示意图。
[0014] 图2本发明的支撑结构示意图。
[0015] 图3(a)、(b)本发明的铝型材立柱截面示意图。
[0016] 图4本发明的液压缸活塞杆顶端连接示意图。
[0017] 图5a本发明的股骨运动机构示意图。
[0018] 图5b本发明的股骨运动机构主视图。
[0019] 图5c本发明的股骨运动机构俯视图。
[0020] 图5d本发明的股骨运动机构左视图。
[0021] 图6本发明的髌骨运动机构示意图。
[0022] 图7本发明的蜗轮蜗杆箱体内部结构示意图。
[0023] 图8本发明的钢丝绳顶端连接示意图。
[0024] 图9本发明的韧带夹持装置示意图。
[0025] 图10本发明的胫骨运动机构示意图。
[0026] 图11本发明的胫骨自旋机构剖面图。
[0027] 图12本发明的胫骨运动驱动机构示意图。
[0028] 图13a本发明的滑块导轨机构主视图。
[0029] 图13b本发明的滑块导轨机构立体图。
[0030] 图中标号说明如下：
[0031] 1、支撑结构；2、股骨运动装置；3、髌骨运动装置；4、胫骨运动机构及其驱动机构；
[0032] 1-1、底板；1-2、铝型材立柱APS-8-4080；1-3、防尘盖板；1-4、铝型材立柱APS-8-4040；1-5、液压缸32/16-400；1-6、液压缸活塞杆；1-7、活塞杆顶端连接件；1-8、滑动螺母块；1-9、导向连接件；1-10、带肋板的角接件；
[0033] 2-1、斜齿条；2-2、斜齿轮一；2-3、齿轮轴一；2-4、斜齿轮二；2-5、齿轮轴二；2-6、斜齿轮三；2-7、阶梯轴一；2-8、斜齿轮四；2-9、阶梯轴二；2-10、固定横板；2-11、固定夹板；2-12、齿条垫板；2-13、固定螺母块；2-14、夹持板；
[0034] 3-1、股骨夹持件；3-2、蜗轮；3-3、蜗杆轴；3-4、行星斜齿轮；3-5、固定斜齿轮；3-6、箱体连接件；3-7、蜗轮蜗杆箱体；3-8、蜗轮轴；3-9、角接触轴承代号292；3-10、端盖；3-11、钢丝绳；3-12、条形支撑连接板；3-13、带编码器的测速电机ASLONG RF371；3-14、简化韧带模型；3-15、夹持器底板；3-16、夹持器压板；3-17、钢丝绳导向板；
[0035] 4-1、胫骨夹持件；4-2、安装连接板；4-3、支撑连接件；4-4、阶梯轴三；4-5、胫骨机构支撑件；4-6、弹性挡圈；4-7、支撑端盖；4-8、角接触轴承代号292；4-9、胫骨自旋轴；4-10、低速电机120TYD-S30M；4-11、电机支撑板；4-12、联轴器；4-13、传动轴支撑板；4-14、传动轴；4-15、曲柄；4-16、短轴一；4-17、短连杆；4-18、短轴二；4-19、滑块机构；4-20、V型导轨；4-21、V型导轨支撑件；4-22、长连杆；4-23、短轴三；4-24、摇杆。
具体实施方式
[0036] 结合附图进一步阐述本发明的技术方案：
[0037] 如图1，本发明一种立式全膝置换关节髌骨运动测试装置，它由支撑结构1、股骨运动机构2、髌骨运动机构3、胫骨运动机构及其驱动机构4四部分组成，它们之间的位置连接关系是：股骨运动机构的夹持板2-14与支撑结构的液压缸活塞杆1-6相连接，股骨运动机构的齿条垫板2-12固定于支撑结构的铝型材立柱APS-8-4080 1-2上，髌骨运动机构的蜗轮蜗杆箱体3-7与股骨运动机构阶梯轴二2-9相连接，胫骨运动机构及其驱动机构安装在支撑结构的底板1-1上，膝关节假体的股骨、胫骨分别固定在股骨夹持件3-1、胫骨夹持件4-1中，膝关节假体的髌韧带由髌骨运动机构的韧带夹持装置牵引。
[0038] 支撑结构实现对装置其他部分的支撑，及对运动中股骨运动机构的支撑，股骨运动机构产生股骨近端的上下移动及股骨的屈伸运动，髌骨运动机构产生股骨屈伸过程中相应的髌骨运动，胫骨运动机构及其驱动机构产生胫骨的屈伸运动及自旋运动。
[0039] 支撑结构的技术方案及原理：
[0040] 如图2，所述支撑结构，包含底板1-1、防尘盖板1-3、铝型材立柱APS-8-4080 1-2和APS-8-4040 1-4(如图3(a)、(b))、液压缸32/16-400 1-5、液压缸底座、液压缸导向机构、连接件；如图4，液压缸导向机构，通过铝型材立柱1-2APS-8-4080的凹槽、滑动螺母块1-8及其导向连接件1-9实现液压缸活塞杆的运动导向，通过活塞杆顶端连接件1-7与液压缸活塞杆1-6连接，通过带肋板的角接件1-10与股骨运动机构连接，驱动股骨运动机构运动并实现导向。
[0041] 股骨运动机构的技术方案及原理：
[0042] 如图5a、5b，5c、5d所述股骨运动机构，包含斜齿条2-1、齿条垫板2-12、夹持板2-14、轴系一、轴系二、轴系三、轴系四、股骨夹持件3-1、连接件；斜齿条2-1通过螺钉固定在齿条垫板上2-12，齿条垫板2-12通过螺钉、固定螺母块2-13固定在支撑结构的铝型材立柱APS-8-4080 1-2上；轴系一的主轴为齿轮轴一2-3，与轴系二上斜齿轮二2-4相互配合，齿轮轴一2-3中间安装一个斜齿轮一2-2，与斜齿条2-1相互配合，该斜齿轮一2-2一端用轴肩固定，另一端用弹性挡圈固定，通过键传递扭矩，该齿轮轴一2-3两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过轴肩、端盖、弹性挡圈固定，该齿轮轴一2-3端部与带编码器的测速电机ASLONG RF371 3-13相连接；轴系二的主轴为齿轮轴二2-5，与轴系三上斜齿轮三2-6相互配合，齿轮轴二2-5两端安装有两斜齿轮二2-4，与轴系一上齿轮轴一2-3相互配合，该斜齿轮二2-4一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该齿轮轴二2-5两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定；轴系三的主轴为阶梯轴一2-7，阶梯轴一2-7的两端安装有两斜齿轮三2-6，与轴系二的齿轮轴二2-5和轴系四的斜齿轮四2-8相互配合，该斜齿轮三2-6一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该阶梯轴一2-7两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定；轴系四的主轴为阶梯轴二2-9，阶梯轴二2-9的两端安装有两斜齿轮四2-8，与轴系三上的斜齿轮三2-6相互配合，该斜齿轮四
2-8一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该阶梯轴二2-9两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定，该阶梯轴二
2-9端部与带编码器的测速电机ASLONG RF371 3-13相连接；股骨夹持件3-1，通过螺钉固定在髌骨运动机构的蜗轮蜗杆箱体3-7上，蜗轮蜗杆箱体3-7通过螺钉、连接件、键、弹性挡圈与轴系四的主轴阶梯轴二2-9相连接。
[0043] 髌骨运动机构的技术方案及原理：
[0044] 如图6，髌骨运动机构，包含蜗轮轴系、蜗杆轴系、蜗轮蜗杆箱体3-7、钢丝绳3-11、韧带夹持装置、连接件；如图7，蜗杆轴系的主轴为蜗杆轴3-3，与蜗轮轴系上的蜗轮3-2相互配合，该蜗杆轴3-3两端安装有两行星斜齿轮3-4，与安装于股骨运动机构轴系四上的两固定斜齿轮3-5相互配合，该行星斜齿轮3-4一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该固定斜齿轮3-5通过固定横板2-10、固定夹板2-11固定，该蜗杆轴3-3两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定；蜗轮轴系的主轴为蜗轮轴3-8，中间安装有一蜗轮3-2，该蜗轮3-2一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该蜗轮轴3-8两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承，其一的固定方式为通过套筒、端盖、弹性挡圈固定，另一的固定方式为通过轴肩、端盖固定，如图8，该蜗轮轴3-8端部与带编码器的测速电机ASLONG RF371 3-13相连接；如图9，韧带夹持装置，包含夹持器底板3-15、夹持器压板3-16、钢丝绳导向板3-17、螺钉，实现对简化韧带模型3-14的夹持，并通过钢丝绳3-11与蜗轮轴系的蜗轮轴3-8相连接，该钢丝绳3-
11与蜗轮轴系的蜗轮轴3-8通过螺钉实现固定。
[0045] 胫骨运动机构及其驱动机构的技术方案及原理：
[0046] 如图10，胫骨运动机构，包含胫骨机构支撑件4-5、屈伸运动轴系、自旋运动轴系、胫骨夹持件4-1、连接件；胫骨机构支撑件4-5通过螺栓、角接件固定在支撑结构的底板1-1上；屈伸运动轴系的主轴为阶梯轴4-4，通过连接件4-3、支撑件4-2与自旋运动轴系相连接，该阶梯轴三4-4两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定，该阶梯轴三4-4的伸出端，通过键与胫骨运动驱动机构的摇杆4-24相连接，同时与带编码器的测速电机ASLONG RF371 3-13相连接；如图11，自旋运动轴系的主轴为胫骨自旋轴4-9，该胫骨自旋轴4-9的一端通过螺栓与胫骨夹持件4-1相连接，另一端安装有角接触轴承，该角接触轴承通过轴肩、端盖、弹性挡圈固定，该胫骨自旋轴4-9端部与带编码器的测速电机ASLONG RF371 3-13相连接；如图12，胫骨运动驱动机构，包含低速电机120TYD-S30M 4-10、联轴器4-12、传动轴4-14、传动轴支撑板4-13、曲柄滑块-摇杆机构；该低速电机120TYD-S30M 4-10通过螺栓固定到电机支撑板4-11上，电机支撑板4-11通过螺栓、角接件固定在支撑结构的底板1-1上；传动轴4-14由传动轴支撑板4-13支撑，其一端通过键、联轴器4-12、螺栓与低速电机120TYD-S30M 4-10连接，另一端通过键、弹性挡圈与曲柄滑块-摇杆机构的曲柄4-15连接；该曲柄滑块-摇杆机构，包含曲柄4-15、短连杆4-17、滑块机构4-19、V型导轨4-20、V型导轨支撑件4-21、长连杆4-22、摇杆4-24、短轴一4-17、短轴二4-18、短轴三4-23及连接件，实现将曲柄4-15的转动转换为滑块机构4-19的滑动，再将滑块机构4-19的滑动转换为摇杆4-24的摆动；如图13a、13b，该滑块机构4-19，包含滑块、滚珠、滚珠挡板、螺钉，滚珠置于滑块的凹槽里，滚珠挡板通过螺钉固定在滑块两端，滑块机构
4-19置于V型导轨4-20上；V型导轨4-20通过螺钉与V型导轨支撑件2-21连接，V型导轨支撑件4-21通过角接件、螺栓固定在支撑结构的底板1-1上；曲柄4-15、短连杆4-17、滑块机构4-
19、长连杆4-22、摇杆4-24之间通过各短轴连接，通过套筒、弹性挡圈实现轴向定位；该摇杆
4-24通过键与胫骨运动机构屈伸运动轴系的阶梯轴三4-4相连接，驱动其运动。
