[发明专利]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

说明书

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。

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；