【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于脊柱体外生物力学实验，尤其是一种脊柱体外仿生力学加载装置及方法。
技术介绍
1、目前，在加载装置领域，大多加载装置都能满足一种或几种加载需求，并表现出良好的机械性能。
2、然而，在脊柱体外的仿生力学加载装置上发展较为缓慢，以往大部分的脊柱固定主要依靠牙托粉固定的方式，尽管现在已经有了机械固定脊柱的方式，然而依旧很难通过机械装置来任意调整其加载方式，以及按照生理曲度对多个节段同时加载。
3、授权公告号为cn109528339b的中国专利公开了一种脊柱生物力学测量加载装置，该系统包括基座、试验台、旋转加载器、垂直加载器、前后加载器和左右加载器。这些加载器用于对脊柱的固定和加载，通过电机施加载荷。然而该技术方案只能对两个椎体进行加载，并不能按照生理曲度对脊柱多节段同时加载，其加载方式也不够灵活。
4、因此需要提供一种脊柱体外仿生力学加载装置，解决离体脊柱仿生力学实验难以按照生理曲度进行脊柱多节段同时加载的问题，同时还要满足能按照任意方向加载。
5、经检索，未发现与本专利技术相同或相似的现有技术的公开文献。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种脊柱体外仿生力学加载装置及方法，能够有效解决离体脊柱不能按照正常生理曲度同时对多节段脊柱加载进行力学实验的问题。
2、本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
3、一种脊柱体外仿生力学加载装置，包括基座、上夹持台、中夹持环、下
4、而且，所述基座上设有支撑杆、支撑架、光轴和固定板；所述基座的左侧端面上设有四个支撑杆并在四个支撑杆的几何中心处设有装有光轴的支撑架，支撑杆上方安装有下夹持台，所述支撑杆用于使下夹持台和基座之间保持一定的距离，钢丝绳由上方绕过所述光轴后变为水平状态，然后固定在传感器连接杆两侧；拉压力传感器一端与传感器连接杆连接在一起并通过螺母固定，另一端与电动推杆连接，电动推杆通过左右两个u型夹固定在固定板上；固定板通过螺钉固定在基座上，用于使钢丝绳和电动推杆在同一水平面。
5、而且，所述下夹持台包括：下夹持台本体、圆台固件、长固定杆、第一梯形块和滑槽零件；所述下夹持台本体上径向安装有三个能够在夹持台本体的平面上进行一定的径向移动的滑槽零件和一个固定的圆台固件，在该滑槽零件的第一直槽孔内穿过一个外六角法兰螺钉，安装在夹持台本体上，通过此外六角法兰螺钉来限制滑槽零件沿径向移动的距离，最后通过外六角法兰螺钉预紧将滑槽零件和下夹持台本体固定在一起；所述圆台固件尾端上表面置有第一通孔，沉头螺钉穿过该第一通孔将圆台固件固定在夹持台本体上，在夹持台本体上安装圆台固件的对应位置制有凹槽，使得圆台固件不可在夹持台本体表面转动；在所述滑槽零件和圆台固件的前端均置有第三通孔，在该第三通孔内穿装有第一突出固定组件，所述第一突出固定组件包括一个长固定杆和一个第一梯形块，二者通过螺钉固定连接；该第一突出固定组件能够在第三通孔中轴向转动和上下移动，将第一梯形块前端突出部分与脊柱试样接触，通过滑槽零件带动第一突出固定组件径向移动，进而控制下夹持台的夹持范围。
6、而且，所述第一突出固定组件在第三通孔353内的固定方式为：所述滑槽零件35的一侧端面制有第二通孔351，对侧端面制有第二螺纹孔352，二者中间制有断面355，螺钉由一侧的第二通孔351穿入，在另一侧第二螺纹孔352穿出，用于对长固定杆33进行紧固；第一突出组件在圆台固件32内的固定方式，则是通过对第一螺纹孔322加装螺钉预紧。
7、而且，所述中间夹持环包括若干垂直排列的单个夹持环,在该单个夹持环上沿径向等间距穿装有三个圆头螺钉，通过径向的三个圆头螺钉对脊柱节段固定；每个夹持环沿竖直方向上下对称置有两个突出块，突出块中心制有螺纹孔，在螺纹孔内穿装有吊环螺钉，吊环螺钉的头部圆孔用于穿过钢丝绳。
8、而且，所述上夹持台包括：上夹持台本体、滑块、盖板、带孔支撑杆、机械臂连接盘、短固定杆、尖刺螺母、外六角螺钉和第二梯形块；在上夹持台本体上方安装有带孔支撑杆，在带孔支撑杆的顶部安装有机械臂连接盘，通过机械臂连接盘连接机械臂驱动装置；在上夹持台本体下方固定安装有一个第二突出固定组件和两个能够在上夹持台本体上沿径向滑动的第三突出固定组件。
9、而且，所述第二突出固定组件包括：短固定杆和第二梯形块，二者固定连接在一起；第三突出固定组件包括：外六角螺钉和尖刺螺母；在每个外六角螺钉上均穿装有两个尖刺螺母。
10、而且，在上夹持台本体上制有两个第二直槽孔，在该第二直槽孔内滑动连接有滑块；所述外六角螺钉自上夹持台本体上方穿过所述滑块，该滑块内为螺纹孔，用于调节外六角螺钉的伸出量；在每个第二直槽孔外侧对应位置的上夹持台本体上制有第三螺纹孔，通过螺钉穿过该第三螺纹孔，逐渐顶紧滑块，用于固定滑块的位置。
11、而且，在所述带孔支撑杆上制有贯通的带孔支撑杆侧孔，用于穿过钢丝绳。
12、一种脊柱体外仿生力学加载的方法，包括如下步骤：
13、s1,调整下夹持台的滑槽零件，以及第一突出固定组件，使得第一突出固定组件尖端能固定脊柱试样最后一个节段；
14、s2,将中夹持环全部固定于中间节段的脊柱上，将夹持环径向的三个螺钉拧紧；
15、s3，拧紧上夹持台第三螺纹孔内的螺钉，使得第三突出固定组件收紧，配合第二突出固定组件固定最上端一节段脊柱；
16、s4，基于matlab向机械臂驱动装置发送控制指令，控制机械臂驱动装置驱动脊柱样本进行仿生动作；
17、s5,打开电动推拉杆开关，使其拉动钢丝绳，钢丝绳沿着每个吊环螺钉头部圆孔对脊柱施加压力；
18、s6，观测传感器显示仪表的显数，当其达到需要的数值时，立即通过电动推拉杆开关来停止施加拉力。
19、本专利技术的优点和有益效果：
20、本专利技术提出一种脊柱体外仿生力学加载装置，通过单个夹持环固定每一节段脊柱，夹持环的突出块内穿装有吊环螺钉，钢丝绳穿过吊环螺钉的头部圆孔，可以对多节段脊柱按生理曲度的加载方法来进行加载，并且加载方式灵活便捷；上夹持台下方通过一个第二突出固定组件和第三突出固定组件中的尖刺螺母固定脊柱试样，并在滑块侧面接触有一个螺钉，通过该螺钉预紧使得上夹持台固定脊柱试样，因此最上端的脊柱节段的固定稳固且便于调整；夹持台本体上方安装有一个可拆卸的盖板，盖板的作用是防止滑块脱离直槽孔；中间节段脊柱是由夹持环通过径向的三个圆头螺钉对脊柱节段固定，这样会使得中间节段的脊柱固定更加紧固；本专利技术均是通过机械结构固定脊柱，因此脊柱试样可重复利用；通过将传感器和电动推杆本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种脊柱体外仿生力学加载装置，其特征在于：包括基座、上夹持台、中夹持环、下夹持台、机械臂驱动装置和水平加载装置；所述机械臂驱动装置用于驱动脊柱样本进行六自由度的仿生动作，所述上夹持台用于夹持最上一节段脊柱，所述中夹持环负责夹持中间每一节段脊柱，下夹持环负责夹持固定最下一节段脊柱，基座用于支撑水平加载装置和下夹持台，水平加载装置用于对脊柱样本进行加载。
2.根据权利要求1所述的一种脊柱体外仿生力学加载装置，其特征在于：所述基座上设有支撑杆、支撑架、光轴和固定板；所述基座的左侧端面上设有四个支撑杆并在四个支撑杆的几何中心处设有装有光轴的支撑架，支撑杆上方安装有下夹持台，所述支撑杆用于使下夹持台和基座之间保持一定的距离，钢丝绳由上方绕过所述光轴后变为水平状态，然后固定在传感器连接杆两侧；拉压力传感器一端与传感器连接杆连接在一起并通过螺母固定，另一端与电动推杆连接，电动推杆通过左右两个U型夹固定在固定板上；固定板通过螺钉固定在基座上，用于使钢丝绳和电动推杆在同一水平面。
3.根据权利要求1所述的一种脊柱体外仿生力学加载装置，其特征在于：所述下夹持台包括：下夹持
4.根据权利要求3所述的一种脊柱体外仿生力学加载装置，其特征在于：所述第一突出固定组件在第三通孔353内的固定方式为：所述滑槽零件35的一侧端面制有第二通孔351，对侧端面制有第二螺纹孔352，二者中间制有断面355，螺钉由一侧的第二通孔351穿入，在另一侧第二螺纹孔352穿出，用于对长固定杆33进行紧固；第一突出组件在圆台固件32内的固定方式，则是通过对第一螺纹孔322加装螺钉预紧。
5.根据权利要求1所述的一种脊柱体外仿生力学加载装置，其特征在于：所述中间夹持环包括若干垂直排列的单个夹持环,在该单个夹持环上沿径向等间距穿装有三个圆头螺钉，通过径向的三个圆头螺钉对脊柱节段固定；每个夹持环沿竖直方向上下对称置有两个突出块，突出块中心制有螺纹孔，在螺纹孔内穿装有吊环螺钉，吊环螺钉的头部圆孔用于穿过钢丝绳。
6.根据权利要求1所述的一种脊柱体外仿生力学加载装置，其特征在于：所述上夹持台包括：上夹持台本体、滑块、盖板、带孔支撑杆、机械臂连接盘、短固定杆、尖刺螺母、外六角螺钉和第二梯形块；在上夹持台本体上方安装有带孔支撑杆，在带孔支撑杆的顶部安装有机械臂连接盘，通过机械臂连接盘连接机械臂驱动装置；在上夹持台本体下方固定安装有一个第二突出固定组件和两个能够在上夹持台本体上沿径向滑动的第三突出固定组件。
7.根据权利要求6所述的一种脊柱体外仿生力学加载装置，其特征在于：所述第二突出固定组件包括：短固定杆和第二梯形块，二者固定连接在一起；第三突出固定组件包括：外六角螺钉和尖刺螺母；在每个外六角螺钉上均穿装有两个尖刺螺母。
8.根据权利要求6所述的一种脊柱体外仿生力学加载装置，其特征在于：在上夹持台本体上制有两个第二直槽孔，在该第二直槽孔内滑动连接有滑块；所述外六角螺钉自上夹持台本体上方穿过所述滑块，该滑块内为螺纹孔，用于调节外六角螺钉的伸出量；在每个第二直槽孔外侧对应位置的上夹持台本体上制有第三螺纹孔，通过螺钉穿过该第三螺纹孔，逐渐顶紧滑块，用于固定滑块的位置。
9.根据权利要求6所述的一种脊柱体外仿生力学加载装置，其特征在于：在所述带孔支撑杆上制有贯通的带孔支撑杆侧孔，用于穿过钢丝绳。
10.一种脊柱体外仿生力学加载的方法，其特征在于：包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种脊柱体外仿生力学加载装置，其特征在于：包括基座、上夹持台、中夹持环、下夹持台、机械臂驱动装置和水平加载装置；所述机械臂驱动装置用于驱动脊柱样本进行六自由度的仿生动作，所述上夹持台用于夹持最上一节段脊柱，所述中夹持环负责夹持中间每一节段脊柱，下夹持环负责夹持固定最下一节段脊柱，基座用于支撑水平加载装置和下夹持台，水平加载装置用于对脊柱样本进行加载。
2.根据权利要求1所述的一种脊柱体外仿生力学加载装置，其特征在于：所述基座上设有支撑杆、支撑架、光轴和固定板；所述基座的左侧端面上设有四个支撑杆并在四个支撑杆的几何中心处设有装有光轴的支撑架，支撑杆上方安装有下夹持台，所述支撑杆用于使下夹持台和基座之间保持一定的距离，钢丝绳由上方绕过所述光轴后变为水平状态，然后固定在传感器连接杆两侧；拉压力传感器一端与传感器连接杆连接在一起并通过螺母固定，另一端与电动推杆连接，电动推杆通过左右两个u型夹固定在固定板上；固定板通过螺钉固定在基座上，用于使钢丝绳和电动推杆在同一水平面。
3.根据权利要求1所述的一种脊柱体外仿生力学加载装置，其特征在于：所述下夹持台包括：下夹持台本体、圆台固件、长固定杆、第一梯形块和滑槽零件；所述下夹持台本体上径向安装有三个能够在夹持台本体的平面上进行一定的径向移动的滑槽零件和一个固定的圆台固件，在该滑槽零件的第一直槽孔内穿过一个外六角法兰螺钉，安装在夹持台本体上，通过此外六角法兰螺钉来限制滑槽零件沿径向移动的距离，最后通过外六角法兰螺钉预紧将滑槽零件和下夹持台本体固定在一起；所述圆台固件尾端上表面置有第一通孔，沉头螺钉穿过该第一通孔将圆台固件固定在夹持台本体上，在夹持台本体上安装圆台固件的对应位置制有凹槽，使得圆台固件不可在夹持台本体表面转动；在所述滑槽零件和圆台固件的前端均置有第三通孔，在该第三通孔内穿装有第一突出固定组件，所述第一突出固定组件包括一个长固定杆和一个第一梯形块，二者通过螺钉固定连接；该第一突出固定组件能够在第三通孔中轴向转动和上下移动，将第一梯形块前端突出部分与脊柱试样接触，通过滑槽零件带动第一突出固定组件径向移动，进而控制下夹持台的夹持范围。
4.根据权利要求3所述的一种脊柱体外仿生力学加载装...
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