專利名稱：脊柱生物力學(xué)加載模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種脊柱生物力學(xué)加載模擬裝置，特別是提供連續(xù)加載力的脊柱生物力學(xué)加載模擬裝置。
背景技術(shù)：
人體運動時脊柱受力方式和載荷大小可通過不同的加載方式和力的大小來模擬。過去幾十年主要采用逐級加載屈曲測試，利用氣壓傳動裝置或固定負載均勻施加負載，使脊椎運動到其可承受的最大偏移處，現(xiàn)仍見應(yīng)用在脊柱測試實驗中。近年來為研究方便，經(jīng)常采用純力矩，非限制純力矩加載的運用能夠確保樣本上所加載荷是沿著他的長度保持不變，貫穿加載循環(huán)始終，加載條件在脊柱中任意兩相連部分都是一樣的。純力矩加載主要的優(yōu)點是其允許不同脊椎結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)特性之間公平的比較。傳統(tǒng)力學(xué)測試往往用配有傳動器的滑輪或者利用重量產(chǎn)生純力矩，一般不能對標(biāo)本施加受控很好的持續(xù)力矩。如有人設(shè)計了一種脊柱加載運動平臺，通過尼龍繩、滑輪連于加載砝碼，在加載盤上施加一對大小相等、反向平行的力，從而在脊柱標(biāo)本上形成純力偶。這個平臺設(shè)計簡單，雖然可以測量得到脊柱運動情況，但是精度不高，加載均為手動，不能得到嚴(yán)格精確的控制，較適合靜態(tài)加載。國內(nèi)脊柱三維運動測試機多采用加載盤滑輪系統(tǒng)與電動缸連接的方式，通過電動缸拉伸在脊柱標(biāo)本上產(chǎn)生純力偶由力傳感器顯示其大小，同時由兩個互成角度的攝像機攝取標(biāo)本上各標(biāo)志點的移動，通過計算機圖像處理系統(tǒng)計算出節(jié)段間的角度運動。習(xí)用缺失1.傳統(tǒng)的力學(xué)加載儀器將力加載與標(biāo)本位移完全獨立測量，使得設(shè)備、操作變得繁瑣。2.逐級加載顯著增加了旋轉(zhuǎn)運動，與生理負荷狀況不相符。3.加載為手動加載，精確度不高。故如何解決以上缺失，是本案創(chuàng)作人所欲解決的技術(shù)難點。
發(fā)明內(nèi)容鑒于以上，本案創(chuàng)作人以其本身所具備的專業(yè)素養(yǎng)與技術(shù)理念，突破創(chuàng)新，多次改良，終使本實用新得以誕生。本實用新型所要解決的問題是通過嚴(yán)密的機械組裝，通過伺服電機精密控制受力，電腦控制標(biāo)本位移數(shù)據(jù)處理，形成一套嚴(yán)密的、控制方便的脊柱生物力學(xué)加載裝置。本實用新型解決以上技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下。一種連續(xù)加載的脊柱生物力學(xué)加載裝置，其特征是包括一固定底座，兩根垂直固定軸，一根水平固定軸，兩根平衡棒，兩根運動部位由三條金屬桿1、2、3和三個旋轉(zhuǎn)軸4、5、6組成，一個標(biāo)本施力器，一個標(biāo)本固定金屬套，所述部件均可操作地匹配。垂直固定軸固定于底座，水平固定軸固定于兩垂直固定軸中間，其中金屬桿I平行于水平固定軸，鑲嵌在垂直固定軸套管上，可沿所述垂直固定軸的長度方向即Z方向移動；第二條金屬桿2垂直位于I下面，鑲嵌于I金屬桿下端套件及金屬桿3上端套件，2金屬桿可在X軸方向移動，第三條金屬桿3垂直位于金屬桿2下面,銜接于旋轉(zhuǎn)軸I的上端套件，三個旋轉(zhuǎn)軸4、5、6分別呈X、Y、Z軸方向，3與4連接，4與5，5與6通過軸承相連接，6與標(biāo)本施力器固定在一起。所有的部件可獨立自由操作，互相吻合成整體。所有金屬桿均有刻度，其刻度標(biāo)記以施力器與標(biāo)本放置容器垂直鑲嵌時設(shè)置為O，金屬桿分別設(shè)置正負長度標(biāo)記，最小單位為1mm，旋轉(zhuǎn)軸則以正負角度標(biāo)記，最小單位O.1度。金屬桿與金屬桿,金屬桿與旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)軸之間均以伺服電機控制其移動及旋轉(zhuǎn)，最終數(shù)據(jù)可傳輸?shù)诫娔X數(shù)據(jù)系統(tǒng)。標(biāo)本可通過標(biāo)本固定器及施力器上的螺絲進行固定，所述金屬桿及選擇軸為鈦合金材料。本實用新型通過三個水平自由移動加載力學(xué)金屬桿和三個可自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸來模擬脊柱力學(xué)運動的6個自由度，同時通過電腦控制伺服電機可提供連續(xù)的加載力，降低了非正常的旋轉(zhuǎn)運動，模擬生理負荷狀況，加載以后，脊柱標(biāo)本可在施力器作用下產(chǎn)生位移，操作人可直接讀取各個金屬桿及旋轉(zhuǎn)軸的位移，計算出標(biāo)本的位移。本實用新型為實驗提供了模擬正常脊柱力學(xué)特征的必要條件，實為一種進步性的實用新型。本實用新型的優(yōu)點在于1.通過伺服電機，可提供連續(xù)的加載力。2.連續(xù)加載后，可以減少旋轉(zhuǎn)運動，與生理負荷情況相符合。3.加載力學(xué)后，即可直接讀取位移及旋轉(zhuǎn)角度等數(shù)據(jù)，計算標(biāo)本位移。為方便了解本實用新型的內(nèi)容，及所能達到的功效、茲配合附圖列舉一具體實施例，詳細介紹說明如下

圖1是本實用新型的立體示意圖圖2是本實用新型的正面示意圖圖3是本實用新型的側(cè)面示意圖圖4是本實用新型的實例運用圖
具體實施方式
如圖1、2所示，本脊柱生物力學(xué)加載器由三條金屬桿(1、2、3)、三個旋轉(zhuǎn)軸(4、5、6)組成，一個標(biāo)本施力器(7)、一個標(biāo)本固定器(8)，兩根平衡棒(9),一個支架(10),—個固定底座(11)以及五個伺服電機組成。如(圖1、2、3)所示，所有金屬桿均有刻度，其刻度標(biāo)記以施力器與標(biāo)本放置容器垂直鑲嵌時設(shè)置為0，設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。未施力狀態(tài)下，本力學(xué)加載器通過調(diào)節(jié)伺服電機可在6個自由度(包括前后、左右、旋轉(zhuǎn))上自由運動通過金屬桿1、2、3可帶動其他運動部件在Z、X、Y軸方向水平運動，旋轉(zhuǎn)軸4、5、6可獨立旋轉(zhuǎn)，具備單獨模擬6個負載分量，包括屈、伸，左、右側(cè)彎，左、右旋轉(zhuǎn)的能力。通過任何兩個及以上的分力共同加載提供所有的混合負載力。同時以上所有的運動均可在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的正反方向?qū)ΨQ進行。放置標(biāo)本后，通過標(biāo)本固定器及施力器上的螺絲固定標(biāo)本(圖4)。利用伺服電機可精確的、間斷或連續(xù)地使金屬桿及旋轉(zhuǎn)軸運動，提供不同方向的加載分力，最終于標(biāo)本施力器處將合力加載于標(biāo)本上。通過后續(xù)力傳感器記錄負荷，并同時利用三維掃描儀測量脊柱標(biāo)本加載前后運動角度和位移變化，可直接得到負載-位移曲線。綜上所述，該脊柱生物力學(xué)加載裝置能精確的對標(biāo)本進行力學(xué)加載，符合目前國際上脊柱生物力學(xué)加載器標(biāo)準(zhǔn)，對目前的力學(xué)加載裝置具有補充及改進功能，同時本實用新型未曾公開，具備的先進性及實用性顯已符合新型專利條件，依法提出新型申請。
權(quán)利要求1.一種脊柱生物力學(xué)加載模擬裝置，其特征在于，由一固定底座，兩根垂直固定軸，一根水平固定軸，兩根平衡棒，三條金屬桿(I)、(2)、(3)和三個旋轉(zhuǎn)軸(4)、(5)、￠)，一個標(biāo)本施力器，一個標(biāo)本固定金屬套組成。
垂直固定軸固定于底座，水平固定軸固定于兩垂直固定軸中間，其中第I金屬桿(I)平行于水平固定軸，鑲嵌在垂直固定軸套管上，可沿所述垂直固定軸的長度方向即Z方向移動;第2金屬桿(2)垂直位于第I金屬桿(I)下面，鑲嵌于第I金屬桿(I)下端套件及第3金屬桿⑶上端套件，第2金屬桿⑵可在X軸方向移動,第3金屬桿(3)垂直位于第2金屬桿(2)下面，銜接于第I旋轉(zhuǎn)軸(4)的上端套件。三個旋轉(zhuǎn)軸(4)、(5)、(6)分別呈X、Y、Z軸方向，第3金屬桿(3)與第I旋轉(zhuǎn)軸(4)連接，第I旋轉(zhuǎn)軸(4)與第2旋轉(zhuǎn)軸(5)，第2旋轉(zhuǎn)軸(5)與第3旋轉(zhuǎn)軸(6)通過軸承相連接，第3旋轉(zhuǎn)軸(6)與標(biāo)本施力器固定在一起。上述3條金屬桿及3根旋轉(zhuǎn)軸可獨立自由操作，互相吻合成整體。
2.如權(quán)利要求1所述的脊柱生物力學(xué)加載模擬裝置，其特征在于，所有金屬桿均有刻度，其刻度標(biāo)記以施力器與標(biāo)本放置容器垂直鑲嵌時設(shè)置為O，金屬桿分別設(shè)置正負長度標(biāo)記，最小單位為1mm，旋轉(zhuǎn)軸則以正負角度標(biāo)記，最小單位0.1度。
3.如權(quán)利要求1所述的脊柱生物力學(xué)加載模擬裝置，其特征在于，金屬桿與金屬桿，金屬桿與旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)軸之間均以伺服電機控制其移動及旋轉(zhuǎn)，最終數(shù)據(jù)可傳輸?shù)诫娔X數(shù)據(jù)系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的脊柱生物力學(xué)加載模擬裝置，其特征在于，標(biāo)本可通過標(biāo)本固定器及施力器上的螺絲進行固定。
5.如權(quán)利要求1所述的脊柱生物力學(xué)加載模擬裝置，其特征在于，上述3條金屬桿及3根旋轉(zhuǎn)軸為鈦合金材料。
專利摘要本使用新型提供了一種脊柱生物力學(xué)加載模擬裝置，包括底座及加載裝置，加載裝置是通過多組精密的桿桿、桿軸及軸軸連接，桿桿連接主要模擬脊柱的前后、左右及上下運動，而桿柱連接可模型水平、冠狀及矢狀平面的六個自由度運動，該裝置所有結(jié)構(gòu)實現(xiàn)一體化，可通過伺服電極可由電腦控制系統(tǒng)調(diào)整數(shù)據(jù)，減少手工操作的誤差；而且裝置均為實體結(jié)構(gòu)，聯(lián)系緊密，可模擬大強度的脊柱加載，為脊柱生物力學(xué)的研究提供基礎(chǔ)。
文檔編號G09B23/28GK202917082SQ201220378239
公開日2013年5月1日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者于研, 程黎明, 陳雷, 賈永偉, 曾至立, 胡笑, 王建杰, 徐委 申請人:于研, 程黎明, 陳雷