一种运动模拟技术领域的六自由度步态模拟的测试装置，上机架的底部和下机架的顶部相连，基座驱动部和测力板分别设置于上机架的顶部和下机架的底部，并联机构的顶部与基座驱动部相连，底部与足踝夹持胫骨加载部相连，足踝夹持胫骨加载部设置于测力板的上方，下机架的侧边设置肌腱拉伸部，基座驱动部和并联机构分别与足踝夹持胫骨加载部配合。本发明专利技术在保证足踝相对地面的6个自由度主动运动的同时，减小试验装置结构尺寸，增加结构刚度，缩短步态模拟周期，提高试验精度。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种运动模拟
的六自由度步态模拟的测试装置，上机架的底部和下机架的顶部相连，基座驱动部和测力板分别设置于上机架的顶部和下机架的底部，并联机构的顶部与基座驱动部相连，底部与足踝夹持胫骨加载部相连，足踝夹持胫骨加载部设置于测力板的上方，下机架的侧边设置肌腱拉伸部，基座驱动部和并联机构分别与足踝夹持胫骨加载部配合。本专利技术在保证足踝相对地面的6个自由度主动运动的同时，减小试验装置结构尺寸，增加结构刚度，缩短步态模拟周期，提高试验精度。【专利说明】六自由度步态模拟的测试装置
本专利技术涉及的是一种运动模拟
的装置，具体是一种基于基座可移动式Stewart并联机构的六自由度步态模拟的试验装置。
技术介绍
足踝复合体参与人体运动，是人体的最终负重部位，其生物力学的研宄在足踝病机理、人工假体、矫形、鞋具开发等领域具有重要的意义和作用。人类的双足可以看作具有多自由度，且各向刚度各异的复杂多刚体力学系统，对于足踝步态中的生物力学特性的研宄，主要依赖于足踝步态模拟装置，利用这种装置，驱动用于测试的非活体(如人造假体、尸体等等)足踝或足踝动力学模型实现人体足踝步态、跑、跳等多种运动和力学状态的模拟，进而测量并采集在完成这些运动时，足踝各骨块之间的相对运动、韧带力、关节力、肌肉力的大小等运动和力学参数。 通过对现有技术的检索发现，以前的足踝步态模拟装置虽然能够在一定程度上模拟足踝的主要运动，并实现足踝的加载和垂直地面反力的测量，但具有以下缺陷:胫骨所应有的6个自由度不完全受控，不能实现一个完整步态支撑相的模拟；部分模拟机操纵地板作相对运动的做法不利于用常规试验室设备，如测力板和压力分布测试平板等，进行数据采集、测量，这种方式实际上与真实步态运动的主动和被动关系不相吻合，并不能形成动力学上的对偶关系。且现有足踝步态模拟装置模拟一个步态的时间较长，超过了真实步态消耗的时间，因此在模拟速度上与真实步态有差距。 中国专利文献号CN102622936，【公开日】2012_8_1，记载了一种并联式六自由度步态模拟的实验装置，包括带有可调测力板安装高度装置及基建驱动装置的框架、六杆并联机构和串联加载装置，不仅能够模拟加载轴系所固定的胫骨的六自由度运动，还能对胫骨轴向进行加载，能够较好的用于足踝动力学研宄。但是该步态模拟装置的核心执行机构为定平台固定在框架上的UPU型Stewart平台，虽然能够实现足踝在步态模拟过程中六个自由度的运动，但是为了满足具体试验过程中，足踝前后平移的要求位移，同时保证步态模拟装置具有较好的刚度、各运动支链不存在干涉，Stewart平台结构尺寸势必非常庞大，这也会在一定程度上降低模拟装置的精度。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种六自由度步态模拟的测试装置，在保证足踝相对地面的6个自由度主动运动的同时，减小试验装置结构尺寸，增加结构刚度，缩短步态模拟周期，提高试验精度。 本专利技术是通过以下技术方案实现的，包括:上机架、下机架、并联机构、基座驱动部、测力板、足踝夹持胫骨加载部和肌腱拉伸部，其中:上机架的底部和下机架的顶部相连，基座驱动部和测力板分别设置于上机架的顶部和下机架的底部，并联机构的顶部与基座驱动部相连，底部与足踝夹持胫骨加载部相连，足踝夹持胫骨加载部设置于测力板的上方，下机架的侧边设置肌腱拉伸部，基座驱动部和并联机构分别与足踝夹持胫骨加载部配合，从而使得设置于足踝夹持胫骨加载部上的待测足踝实现前后平移、上下平移、形成步宽的左右平移以及小腿外展和内收、内外翻和屈伸三个方向的旋转。 所述的下机架的底部设有水平可调脚轮，用于六自由度步态模拟的测试装置的搬运和水平调节。 所述的上机架的上表面沿前后平移方向设置两条平行的导轨以及用于限位的挡铁。 所述的并联机构包括:可移动基座、滑块、若干相配合的虎克铰、若干相配合的第一伺服电机和电动缸，以及动平台，其中:可移动基座上设有滑块且滑块设置于上机架的导轨上，可移动基座与基座驱动部相连，虎克铰的顶部与可移动基座相连，底部均匀设置各个第一伺服电机，动平台的顶部由各个第一电动缸驱动，中部开有安装孔以连接足踝夹持胫骨加载部。 所述的相配合的第一伺服电机和电动缸的数量为6对。 第一伺服电机带有制动器和增量式编码器，采用直返式或尾铰安装方式，有利于提高传动刚性，减小并联机构结构尺寸，避免干涉情况发生。 所述的基座驱动部包括:用于与上机架相连接的液压缸安装支架，用于驱动并联机构实现前后方向移动的第一液压缸。 所述的第一液压缸的活塞杆连接球铰，该球铰与并联机构相连。 所述的足踝夹持胫骨加载部包括:第二液压缸、拉压力传感器、液压缸安装套筒、液压缸活塞杆导向轴、涨紧套、多孔盘和胫骨连接杆，其中:第二液压缸与液压缸安装套筒相连，用于实现胫骨沿轴向的加载；拉压力传感器位于液压缸安装套筒的内部，拉压力传感器的两端分别与第二液压缸的活塞杆和液压缸活塞杆导向轴相连，用于检测胫骨加载力大小；液压缸活塞杆导向轴由滑键与液压缸安装套筒进行配合，防止测试过程中，第二液压缸的活塞杆发生转动；涨紧套分别涨紧连接液压缸活塞杆导向轴和胫骨连接杆；多孔盘设置于胫骨连接杆上且与肌腱拉伸部相连，用于导向作用；胫骨连接杆与待测足踝胫骨相连；液压缸安装套筒与并联机构相连，方便调整与拆卸。 所述的肌腱拉伸部包括:用于与下机架侧边相连接的伺服电机安装板、第二伺服电机、伺服减速机以及钢丝绳及其卷筒，其中:待测足踝的肌腱相连，第二伺服电机由伺服减速机及卷筒驱动钢丝绳，对钢丝绳末端固定的待测足踝的肌腱进行拉伸。 本专利技术采用的基座可移动式并联机构来实现6个自由度运动，具有工作空间大、结构紧凑、刚度高等优点，通过液压系统驱动Stewart并联机构的基座运动，可以保证足踝运动幅度在X方向平移范围达到1000mm，其余方向平移范围< 100mm的同时，Stewart并联机构具有较小结构尺寸，且在足踝处于极限位置的情况下，步态模拟装置仍然具有较大刚度。而且模拟装置运动速度理论上可以达到很快，同时因为缩小了结构尺寸，增加了结构刚度，步态模拟精度理论上可以进一步提高，从而能够较真实模拟步态过程中足踝的六自由度运动，也是实现高精度胫骨加载与肌腱拉伸的先决条件。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术的立体图； 图2是图1的底部方向视图； 图3是下机架的结构示意图； 图4是上机架的结构示意图； 图5是并联机构的结构示意图； 图6是基座驱动部的结构不意图； 图7是足踝夹持胫骨加载部的结构示意图； 图8是肌腱拉伸部的结构示意图。 【具体实施方式】 下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1 如图1和图2所示，本实施例包括:下机架1、上机架2、并联机构3、基座驱动部4、测力板5、足踝夹持胫骨加载部6、肌腱拉伸部7和水平可调脚轮8，其中:上机架2的底部和下机架1的顶部相连，水平可调脚轮8安装于下机架1底部，基座驱动部4和测力板5分别设置于上机架2的顶部和下机架1的底部，并联机构3的顶部与基座驱动部4相连本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种六自由度步态模拟的测试装置，其特征在于，包括：上机架、下机架、并联机构、基座驱动部、测力板、足踝夹持胫骨加载部和肌腱拉伸部，其中：上机架的底部和下机架的顶部相连，基座驱动部和测力板分别设置于上机架的顶部和下机架的底部，并联机构的顶部与基座驱动部相连，底部与足踝夹持胫骨加载部相连，足踝夹持胫骨加载部设置于测力板的上方，下机架的侧边设置肌腱拉伸部，基座驱动部和并联机构分别与足踝夹持胫骨加载部配合。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：施光林，郭秦阳，王冬梅，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。