面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，包括依次连接的底座、串联加载装置、并联补偿装置和试验机，脊柱的两端分别连接底座和串联加载装置的夹角，串联加载装置提供脊柱三个自由度的旋转动作模拟，并联补偿装置提供脊柱三个自由度的位移动作模拟。本发明专利技术分别利用串并联机器人的优势，提供可适用于中医应用和医学研究的脊柱三维加载装置，其利用串-并混联机器人的特点，配合万能电子试验机，不仅能够实现对脊柱在任意加载状态下，尤其是中医手法施力条件下，脊柱生物力学特征的真实模拟，还可以为针对脊柱的中医手法安全性提供参考指标，并为制定中医手法标准化、规范化提供数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置
本专利技术涉及的是一种面向脊柱加载状态的生物特性研究与实验装置，属于基础医学科学研究领域，尤其是一种面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，主要用于在对脊柱进行三维加载的过程以及应用于脊柱的中医手法的加载条件下，对脊柱的生物力学状态的模拟。
技术介绍
脊柱具有支撑身体，缓解冲击的作用，真实地复现出脊柱的受力状态，并对不同加载状态下的脊柱进行实验研究具有较高的价值。另外，随着中医科学化进程的加速推进，为了规范中医手法、制定手法治疗标准，医学工作者正在开展基于中医手法的脊柱加载生物力学的研究。目前的脊柱加载装置主要有以下四种：一、采用电子万能试验机或液压试验机对脊柱标本进行加载。例如MTS858的生物力学试验机。但是其加载方式只能实现垂直方向加载，不能完成对脊柱屈曲和侧屈的真实模拟，无法满足实际脊柱生物力学研究的需要。二、在试验机基础上增加加载装置。如2013年08月07日公布的公开号为CN103234816A名称为“可调式脊椎骨固定装置”的专利技术专利，如图1所示，其在试验机平台的基础上，增加了一个可调节式脊椎骨固定装置，通过手动操作可以完成脊柱的旋转、屈曲和侧屈的加载；但其加载需通过手动操作，只能完成固定角度的加载，且操作复杂，很难满足实际医学科学研究的需要。以及MTS的另一种脊柱生物力学加载装置，其在生物力学试验机的基础上增加了三旋转加载装置和二自由度随动导轨，以完成对脊柱加载的模拟；但由于二自由度随动导轨位于脊柱的下方，与生物体的实际加载情况不符。因此，很难复现出脊柱的受力状态。三、2013年05月01日公告的授权公告号CN202917082U名称为“脊柱生物力学加载模拟装置”的技术专利，如图2所示，其包括三自由度移动平台和三自由度旋转平台组成，其中，三自由度移动平台采用直角坐标形式，可以模拟脊柱的前后、左右、上下运动，通过伺服电机控制，从而减少手工操作的误差，该机构可以完成对脊柱的三维自动加载，且加载模式与实际生物负荷相仿。但是由于该机构通过直角坐标平台完成对脊柱的加载，加载力的大小和速度均受到限制。一方面，很难满足真正医学研究需求；另一方面，对于一些中医用手法，如扳动类法无法实现模拟。四、利用机器人技术实现对脊柱的加载。例如，由邓国勇、田联房、陈艺、白波，于2008年12月，在《医用生物力学》杂质上发表的，名称为《基于关节机器人的人体脊柱生物力学试验装置设计》的文章中提到，串联机器人通过夹具与脊柱的上端固定，脊柱的下端与基座固定，其通过控制串联机器人完成对脊柱的三维加载，该方法较好的完成了对脊柱的加载，并与实际脊柱受力生物力学特性相仿。但是受限于串联机器人的负载低，速度慢的特性，该方法很难完成中医手法作用条件下的脊柱受力状态的模拟。通过对现有技术的检索、分析可知，现有技术均难以真实模拟脊柱加载时的生物力学特性，特别是在受到不同加载时，例如在中医手法（如扳动类手法）应用于脊柱时，很难满足对脊柱生物力学的真实模拟。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术主要目的在于，提供一种面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，在对脊柱进行三维加载的过程以及应用于脊柱的中医手法的加载条件下，对脊柱的生物力学状态实现真实模拟，从而达到对脊柱生物力学特征进行科学研究的目的。另外，本专利技术又一目的在于，提供一种面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，利用该装置完成在中医手法作用下的脊柱生物力学特征的复现，并将其实验结果作为中医手法（例如扳动类手法）安全性的参考指标，并为制定中医手法标准化、规范化提供数据支撑。本专利技术提供的主要技术方案包括：一种面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，其包括：底座，设有供连接脊柱下端部的下夹具；串联加载装置，设有X轴部、Y轴部和Z轴部，X轴部设有供连接脊柱上端部的上夹具，以及提供绕X轴旋转来模拟脊柱侧屈动作的侧屈机构电机机构，侧屈机构电机机构的输出轴连接上夹具，Y轴部设有提供X轴部绕Y轴旋转来模拟脊柱屈曲动作的屈曲机构电机机构，屈曲机构电机机构的输出轴连接X轴部，Z轴部设有提供Y轴部绕Z轴旋转来模拟脊柱旋转动作的旋转机构电机机构，旋转机构电机机构的输出轴连接Y轴部；以及并联补偿装置，设有静平台、动平台和多组连杆机构，每组连杆机构设有一个驱动电机、一个驱动杆和四个随动杆，驱动电机设于静平台，驱动电机驱动连接驱动杆的第一端，驱动杆的第二端与四个随动杆中的第一随动杆的中部枢转连接，四个随动杆构成一个铰接平行四边形机构，四个随动杆中的第二随动杆与第一随动杆平行设置，第二随动杆的中部枢转连接动平台，动平台与串联加载装置的Z轴部连接，并提供Z轴部在三维空间的平移来模拟脊柱在旋转、屈曲和侧屈动作中所产生的位移。所述的面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，其中，所述并联补偿装置采用Delta并联机器人，三组所述连杆机构对称设置，驱动电机的外壳通过电机支座设于静平台，静平台上设有三个电机驱动器，各该电机驱动器分别与一个该驱动电机电连接，驱动电机的输出轴穿设固定于电机联轴器的中心孔，电机联轴器的法兰面与谐波减速器的波发生器连接，谐波减速器的柔轮与驱动轴的第一端连接，谐波减速器的钢轮通过法兰连接到静平台，驱动轴穿设于两个深沟球轴承与一个胀紧套的内圈，两个深沟球轴承的外圈与静平台连接，胀紧套的外圈与所述驱动杆的第一端固定连接。所述的面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，其中，所述并联补偿装置还设有与电机驱动器电连接的旋转编码器，旋转编码器的输入轴通过旋转编码器的联轴器与驱动轴的第二端连接，旋转编码器的壳体通过码盘基座与静平台刚性连接。所述的面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，其中，所述并联补偿装置还设有限位柱，限位柱设于静平台，驱动杆设有腰形槽，限位柱活动性限位于腰形槽中；和/或所述并联补偿装置的静平台上还设有与电机驱动器电连接的霍尔传感器，驱动杆上的预定位置设有盲孔，盲孔中设有与霍尔传感器相对应的电磁铁。所述的面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，其中，所述串联加载装置的X轴、Y轴和Z轴交于一点，所述串联加载装置还设有供旋转机构电机机构与并联补偿装置的动平台刚性连接的串并联部分机械接口，旋转机构电机机构设有旋转机构壳体、旋转机构电机、旋转机构电机联轴器、旋转机构谐波减速器和旋转传力板，其中，串并联部分机械接口的一端与动平台刚性连接，另一端与旋转机构谐波减速器的钢轮连接，旋转机构谐波减速器的柔轮通过旋转传力板与旋转机构壳体的中部连接，旋转机构电机的输出轴穿设固定于旋转机构电机联轴器的中心孔，旋转机构电机联轴器的法兰面与旋转机构谐波减速器的波发生器连接；屈曲机构电机机构设有屈曲机构壳体、屈曲机构电机、屈曲机构电机联轴器、屈曲机构谐波减速器和屈曲传力板，其中，屈曲机构电机的壳体与旋转机构壳体的第一端连接，屈曲机构电机的电机轴与屈曲机构电机联轴器连接，屈曲机构电机联轴器的法兰面与屈曲机构谐波减速器的波发生器连接，屈曲机构谐波减速器的钢轮与屈曲机构电机的壳体连接，屈曲机构谐波减速器的柔轮与屈曲机构壳体的第一端刚性连接，屈曲机构谐波减速器的钢轮与一个深沟球轴承的内圈连接，该深沟球轴承的外圈与屈曲机构壳体固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，其特征在于包括：底座，设有供连接脊柱下端部的下夹具；串联加载装置，设有X轴部、Y轴部和Z轴部，X轴部设有供连接脊柱上端部的上夹具，以及提供绕X轴旋转来模拟脊柱侧屈动作的侧屈机构电机机构，侧屈机构电机机构的输出轴连接上夹具，Y轴部设有提供X轴部绕Y轴旋转来模拟脊柱屈曲动作的屈曲机构电机机构，屈曲机构电机机构的输出轴连接X轴部，Z轴部设有提供Y轴部绕Z轴旋转来模拟脊柱旋转动作的旋转机构电机机构，旋转机构电机机构的输出轴连接Y轴部；以及并联补偿装置，设有静平台、动平台和多组连杆机构，每组连杆机构设有一个驱动电机、一个驱动杆和四个随动杆，驱动电机设于静平台，驱动电机驱动连接驱动杆的第一端，驱动杆的第二端与四个随动杆中的第一随动杆的中部枢转连接，四个随动杆构成一个铰接平行四边形机构，四个随动杆中的第二随动杆与第一随动杆平行设置，第二随动杆的中部枢转连接动平台，动平台与串联加载装置的Z轴部连接，并提供Z轴部在三维空间的平移来模拟脊柱在旋转、屈曲和侧屈动作中所产生的位移。

【技术特征摘要】
1.一种面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，其特征在于包括：底座，设有供连接脊柱下端部的下夹具；串联加载装置，设有X轴部、Y轴部和Z轴部，X轴部设有供连接脊柱上端部的上夹具，以及提供绕X轴旋转来模拟脊柱侧屈动作的侧屈机构电机机构，侧屈机构电机机构的输出轴连接上夹具，Y轴部设有提供X轴部绕Y轴旋转来模拟脊柱屈曲动作的屈曲机构电机机构，屈曲机构电机机构的输出轴连接X轴部，Z轴部设有提供Y轴部绕Z轴旋转来模拟脊柱旋转动作的旋转机构电机机构，旋转机构电机机构的输出轴连接Y轴部；以及并联补偿装置，设有静平台、动平台和多组连杆机构，每组连杆机构设有一个驱动电机、一个驱动杆和四个随动杆，驱动电机设于静平台，驱动电机驱动连接驱动杆的第一端，驱动杆的第二端与四个随动杆中的第一随动杆的中部枢转连接，四个随动杆构成一个铰接平行四边形机构，四个随动杆中的第二随动杆与第一随动杆平行设置，第二随动杆的中部枢转连接动平台，动平台与串联加载装置的Z轴部连接，并提供Z轴部在三维空间的平移来模拟脊柱在旋转、屈曲和侧屈动作中所产生的位移。2.如权利要求1所述的面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，其特征在于：所述并联补偿装置采用Delta并联机器人，三组所述连杆机构对称设置，驱动电机的外壳通过电机支座设于静平台，静平台上设有三个电机驱动器，各该电机驱动器分别与一个该驱动电机电连接，驱动电机的输出轴穿设固定于电机联轴器的中心孔，电机联轴器的法兰面与谐波减速器的波发生器连接，谐波减速器的柔轮与驱动轴的第一端连接，谐波减速器的钢轮通过法兰连接到静平台，驱动轴穿设于两个深沟球轴承与一个胀紧套的内圈，两个深沟球轴承的外圈与静平台连接，胀紧套的外圈与所述驱动杆的第一端固定连接。3.如权利要求2所述的面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，其特征在于：所述并联补偿装置还设有与电机驱动器电连接的旋转编码器，旋转编码器的输入轴通过旋转编码器的联轴器与驱动轴的第二端连接，旋转编码器的壳体通过码盘基座与静平台刚性连接。4.如权利要求2所述的面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，其特征在于：所述并联补偿装置还设有限位柱，限位柱设于静平台，驱动杆设有腰形槽，限位柱活动性限位于腰形槽中；和/或所述并联补偿装置的静平台上还设有与电机驱动器电连接的霍尔传感器，驱动杆上的预定位置设有盲孔，盲孔中设有与霍尔传感器相对应的电磁铁。5.如权利要求1所述的面向中医手法的串并混联脊柱三维自动化加载装置，其特征在于：所述串联加载装置的X轴、Y轴和Z轴交于一点，所述串联加载装置还设有供旋转机构电机机构与并联补偿装置的动平台刚性连接的串并联部分机械接口，旋转机构电机机构设有旋转机构壳体、旋转机构电机、旋转机构电机联轴器、旋转机构谐波减速器和旋转传力板，其中，串并联部分机械接口的一端与动平台刚性连接，另一端与旋转机构谐波减速器的钢轮连接，旋转机构谐波减速器的柔轮通过旋转传力板与旋转机构壳体的中部连接，旋转机构电机的输出轴穿设固定于旋转机构电机联轴器的中心孔，旋转机构电机联轴器的法兰面与旋转机构谐波减速器的波发生器连接；屈曲机构电机机构设有屈曲机构壳体、屈曲机构电机、屈曲机构电机联轴器、屈曲机构谐波减速器和屈曲传力板，其中，屈曲机构...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱立国，冯敏山，黄远灿，李金学，魏戌，
申请(专利权)人：中国中医科学院望京医院，
类型：发明
国别省市：北京;11