CN102831811A - 一种可感知触摸的磁悬浮动脉模拟器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医学教育器材技术领域，具体地说是一种可感知触摸的磁悬浮动脉模拟器，包括主搏动磁铁、悬浮力磁铁、驱动线圈、电极、凹形支架、表皮装置、感应开关、开关输出电极、感应板、复位弹簧、感应装置固定板，感应装置固定板紧靠凹形支架安装，在感应装置固定板上安装了感应开关，感应板，复位弹簧，凹形支架的底部安装了悬浮力磁铁，凹形支架上设有穿过感应装置固定板底部的延伸块，延伸块上设有驱动线圈，驱动线圈上设有电极，电极连接外部的电子脉冲发生设备，主搏动磁铁就放置在驱动线圈的空心中，表皮装置位于主搏动磁铁和感应板的上方。本发明噪声小、能耗低、体积小、结构简单、动能调整范围宽、结构坚固不易损坏、成本低。

Description

一种可感知触摸的磁悬浮动脉模拟器和方法

[技术领域]

本发明涉及医学教育器材技术领域，具体地说是一种可感知触摸的磁悬浮动脉模拟器。

[背景技术]

“动脉模拟器”是一种可以模拟人体动脉搏动的装置，主要用于现代化医学教育方面，可以生动形象的向学生展示人体的动脉搏动状态，体验人体动脉的搏动规律和搏动时触摸的感觉。随着社会的不断进步，人们对现代化医学教育器材的要求越来越高，高度仿真、高度智能、人机互动的现代化医学教育器材必将成为主流，这样，我们不仅要求“动脉模拟器”能给“人”感知动脉的搏动状态，还要求“动脉模拟器”能够感知有“人”触摸了它，及时的把人触摸它的信息上传给多媒体计算机，实现生动的互动式多媒体教学。目前，国内和国外能达到上述功能的“动脉模拟器”市面上很少见到，少数的国外公司如美国gaumard, 挪威Laerdal等公司虽然有类似功能的产品，但所用的动圈式、气泵式、电磁感应式等技术也很复杂，成本高，体积大，灵敏度差，能耗大，噪声大，不便普及。

国内申请CN102389296A公开了一种脉搏复现装置和方法，该申请中的脉搏复现装置是通过液压回路和控制电路和压力传感器串联而成的，当有外力作用于仿生手腕上部的与寸、关、尺三个部位对应的位置之一时，对应的压力传感器输出模拟压力信号，而控制电路在压力传感器输出的输出模拟压力信号的触发下调取待复现的脉搏信号，在对该脉搏信号进行数模转换和放大处理后作为电液伺服阀的驱动信号以驱动液压回路产生对应的液压波形，从而实现脉搏真实复现。但是该技术方案中的的脉搏复现需要采用复杂的结构和设备，占地面积大，设备成本高，而且无法用于需要多处实现脉搏复现情况。

[发明内容]

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供能够一种体积小、结构简单、动能调整范围宽的可感知触摸的磁悬浮动脉模拟器和方法。

为了实现上述目的，本发明设计一种可感知触摸的磁悬浮动脉模拟器包括主搏动磁铁1、悬浮力磁铁2、驱动线圈3、电极4、凹形支架5、表皮装置6、感应开关7、开关输出电极8、感应板9、复位弹簧10、感应装置固定板11，其特征在于感应装置固定板11紧靠凹形支架5安装，在感应装置固定板11上安装了感应开关7，感应板9，复位弹簧10，凹形支架5的底部安装了悬浮力磁铁2，凹形支架5上设有延伸块，延伸块上设有驱动线圈3，驱动线圈3上设有电极4，电极4连接外部的电子脉冲发生设备，主搏动磁铁1就放置在驱动线圈3的空心中，表皮装置6位于主搏动磁铁1和感应板9的上方。

感应板9的下部连接复位弹簧10，感应板的下方设有感应开关。

感应装置固定板11既可以作为一个单独的部件与凹形支架5分离，也可以与凹形支架5联为一个整体的结构。

表皮装置6由内外层及填充物构成，放置在感应装置固定板11的上部，间距为0~3cm。

本发明还包括一种可感知触摸的磁悬浮动脉模拟器的方法，驱动电流经由本发明装置的电极4，进入驱动线圈3，产生了电磁驱动力，主搏动磁铁1在电磁驱动力的作用下开始上下运动，产生了模拟人体动脉搏动的物理效果。

本发明具有噪声小、能耗低、体积小、结构简单、动能调整范围宽、结构坚固不易损坏、成本低等优点。本发明可以广泛的应用于现代化的教学设备和仪器上，如 “模拟人手臂”“模拟人颈动脉”“模拟护理人”“模拟人肱脉搏”“模拟人挠动脉”“模拟人股动脉”等医学教学产品或仪器上。

[附图说明]

图1为本发明的长侧面透视结构示意图1。

图2为本发明的宽侧面透视结构示意图2。

图3为本发明的顶侧面透视结构示意图3。

图4为本发明的底侧面透视结构示意图4。

图5为本发明的实施例1。

图6为本发明的实施例2。

指定图1为摘要附图。

[具体实施方式]

结合附图对本发明做进一步说明，本发明所用装置的结构和对本专业的人来说是非常清楚的。本发明的装置和结构包括但不限于下述实施例。

本发明的目的是这样实现的，一种可感知触摸的磁悬浮动脉模拟器，参见附图1，附图2，附图3，包括主搏动磁铁1、悬浮力磁铁2、驱动线圈3、电极4、凹形支架5、表皮装置6、感应开关7、开关输出电极8感应板9、复位弹簧10、感应装置固定板11。

主搏动磁铁1：它的作用是在电磁力的作用下，可以上下运动，从而实现模拟人体动脉搏动的功能。由于它是固体永磁材料制成，密度相对较大，随之相对惯性也较大，这样在它与悬浮力磁铁2的配合下，利用惯性原理，可以用较小的体积产生较强的搏动力。主搏动磁铁1是由永磁材料制成，它有2个磁极，即N极和S极。

悬浮力磁铁2：它的作用是给主搏动磁铁1一个向上的无接触性的磁性推力，从而达到2个主要目的，第一，平衡掉了主搏动磁铁1向下的重力，使得驱动主搏动磁铁1运动的驱动线圈2中的电流，可以很小。第二，当主搏动磁铁1向下运动时，产生一个无接触的缓冲力，很好的消除了主搏动磁铁1向下运动时的噪声。此外，调整悬浮力磁铁2的强度或位置，可以使得主搏动磁铁1与表皮的间距在0-3cm之间变化，这样不但可以改变搏动的强度，还可以改变搏动的触摸手感。悬浮力磁铁2是由永磁材料制成，它有2个磁极，即N极和S极。

悬浮力磁铁2的工作原理是利用本身的磁极，根据磁铁同性相吸，异性相斥的原理，与主搏动磁铁1产生一个相斥的磁力，从而平衡了主搏动磁铁1本身的向下重力和向下搏动时的惯性冲击力。

驱动线圈3：它的作用是产生电磁力，驱动主搏动磁铁1运动。驱动线圈3可以用漆包线或其它导线绕制，驱动线圈可以是有空心骨架成型的线圈，也可以是无骨架自粘成形的无骨架线圈。为了保护驱动线圈3，实际使用中可以加一个外壳保护。

电极4：是驱动线圈3接入驱动电路的接头。它可以是驱动线圈3本身的线头，也可以是其它的接线柱、接线片等。

凹形支架5：用于固定悬浮力磁铁2和驱动线圈3。凹形支架5上还可以开固定孔、固定栓、固定槽等用于本装置的固定，支架还可以与本发明实际使用中的外壳联成一体，同时具有外壳的功能。凹形支架5一般用塑料制成，也可以用其它可以起到固定成型的材料制作，比如胶木、陶瓷等。

表皮6：覆盖在本装置上模拟人的皮肤，可以灵活的拆掉和装上，特殊情况可以不使用表皮6。

感应开关7：用于检测感应板的动作，当检测到感应板的动作时，以电信号的形式输出，以便本发明以外的电路根据开关的状态，按要求执行相应的动作或指令。感应开关可选的品种很多，市面上很多体积小巧的开关都可以使用，现在电子开关的制作精良，体积小巧，动作间隙的微小在本发明中得到了完美的应用。

开关输出电极8：用于感应开关7的输入输出电流，是与外部电子处理设备连接的桥梁。

感应板9：一端靠近表皮6，另一段控制感应开关7，可根据实际使用中的手感，调整体积或尺寸或长宽厚和形状。实际上，现在电子市场上的电子开关品种繁多，有的“电子开关”自身带有控制柄或控制杆，当作为本发明的感应开关7使用时，其”自身的“控制柄或控制杆”等同于感应板9。

复位弹簧10：用于推动感应板9的位置复位。现在电子市场上的电子开关品种繁多，如果被作为感应开关7使用，其本身的“位置复位弹性”已经满足要求时，等同于本发明的复位弹簧9。

感应装置固定板11：用于安装固定感应板8、感应开关7、和复位弹簧10。感应装置固定板可以与凹形支架5连接到一起，也可以与凹形支架5分离。感应装置固定板11还可以与本发明的外壳制作成一个整体。

感应装置固定板11紧靠凹形支架5安装，在感应装置固定板11上安装了感应开关7，感应板9，复位弹簧10，凹形支架5的底部安装了悬浮力磁铁2，凹形支架5的外沿凸起上设有穿过感应装置固定板11底部的延伸块，延伸块上设有驱动线圈3，驱动线圈3上设有电极4，电极4连接外部的电子脉冲发生设备，主搏动磁铁1就放置在驱动线圈3的空心中，表皮装置6位于主搏动磁铁1和感应板9的上方。感应板9的下部连接复位弹簧10，感应板的下方设有感应开关。感应装置固定板11既可以作为一个单独的部件与凹形支架5分离，也可以与凹形支架5联为一个整体的结构。表皮装置6由内外层及填充物构成，放置在感应装置固定板11的上部，间距为0~3cm。

本发明的工作原理可以分两部分各自单独阐述，首先是实现模拟人体动脉搏动的工作原理是：驱动电流经由本发明装置的电极4，进入驱动线圈3，产生了电磁驱动力，主搏动磁铁1在电磁驱动力的作用下开始上下运动，产生了模拟人体动脉搏动的物理效果。悬浮力磁铁2的作用首先平衡了主搏动磁铁1的向下重力，这样就可以有效的减少驱动线圈3中所需要的电流值，节约了电能，使得本发明可以很方便的利用电池作为驱动能源，其次，它可以产生了一个很强的非线性反向磁斥力，消除了主搏动磁铁1向下运动时的撞击噪声和震动的感觉。

最后本发明装置感知人手触摸的工作原理是：当人手触摸“模拟的人体动脉”即本发明装置时，触摸压力经表皮装置6按压到感应板8，然后感应板8触动感应开关7输出开关电信号经开关输出电极8输出，实现了人手触摸的感知功能。

实施方式1：

本发明用于“多媒体智能医学训练模拟人”的实施例

参见附图5，本实施例是一个多媒体智能医学训练模拟人，它完全的模拟了真人的一些生理特征，它具有人机互动的训练功能，可以让受训练的学员身临其境的感受到现场的气氛，电脑PC会自动的记录学员的每一次操作行为和先后次序，然后自动与数据库中的操作步骤和行为模式进行比较，最后出示比对结果，并提示学员注意操作的步骤和流程。

A是本发明装置(参见图1)被安装到一个模拟的假人C的颈部。B是一个驱动电路，负责产生脉搏驱动电流给本发明的驱动线圈3，同时还负责把本发明装置A中触动感应开关7的电信号转换成特定的数据格式后传给PC, D是一条与PC通讯的电缆线。PC是一个普通的家用电脑。

当有人手准确的触摸到“颈动脉的位置”，即本发明装置时，触摸

力经表皮装置6按压到感应板8，然后感应板8触动感应开关7输出开关电信号经开关输出电极8输出，通过驱动电路B转换后，  经由电缆线D传给电脑PC.电脑PC记录相应的动作1次和操作的时间，然后供后续处理信息使用。

当某些模拟的诊疗措施或病情需要相应的脉搏特征来表现时，电脑PC即可发出脉搏跳动指令经电缆D传给驱动电路B，驱动电路B根据指令要求，产生特定幅度与频率的驱动电流给本发明装置A.完成需要的工作效果。具体的工作原理是：PC发出脉搏指令给驱动电路B， 驱动电路B产生脉搏驱动电流经电缆线D传给本发明装置A的驱动线圈3驱动主搏动磁铁1开始运动工作，人手就感觉到了脉搏的跳动。本实施例经多位业内专业人士使用体验，效果满意。

实施方式2：

本发明用于“一种具有LED显示提醒功能的手臂挠动脉模拟仪器”的实施例

参见图6，

本实施例子是一个训练学员可以准确迅速找到挠动脉部位的训练器材，A为本发明装置(参见图1),C为假的人体手臂。D是电缆线。E是一个带有TFT液晶显示和LED发光显示的仪器,可以发出脉搏驱动电流和接受本发明中触动感应开关7发出的电信号.

首先，本发明装置A被安装到一个假的人体手臂B上，本发明装置A 通过电缆线B与LED发光显示仪器E连接。当有人手准确的触摸到“挠动脉的位置”，即本发明装置时，触摸压力经表皮装置6按压到感应板8，然后感应板8触动感应开关7输出开关电信号经开关输出电极8输出，经由电缆线D传给LED发光显示仪器E, LED发光显示仪器E收到这个电信号后，立即点亮指示灯同时声音提示，表示人手触摸正确，液晶屏记录正确1次，并立即产生脉搏驱动电流经电缆线D传给本发明装置A的驱动线圈3，驱动主搏动磁铁1开始运动工作，人手就感觉到了脉搏的跳动。本实施例经多位业内专业人士使用体验，效果满意。

Claims (5)

1.一种可感知触摸的磁悬浮动脉模拟器包括主搏动磁铁（1）、悬浮力磁铁（2）、驱动线圈（3）、电极（4）、凹形支架（5）、表皮装置（6）、感应开关（7）、开关输出电极（8）、感应板（9）、复位弹簧（10）、感应装置固定板（11），其特征在于感应装置固定板（11）紧靠凹形支架（5）安装，在感应装置固定板（11）上安装了感应开关（7），感应板（9），复位弹簧（10），凹形支架（5）的底部安装了悬浮力磁铁（2），凹形支架（5）的上设有延伸块，延伸块上设有驱动线圈（3），驱动线圈（3）上设有电极（4），电极（4）连接外部的电子脉冲发生设备，主搏动磁铁（1）就放置在驱动线圈（3）的空心中，表皮装置（6）位于主搏动磁铁（1）和感应板（9）的上方。

2.如权利要求1所述的一种可感知触摸的磁悬浮动脉模拟器，其特征在于感应板（9）的下部连接复位弹簧（10），感应板的下方设有感应开关。

3.如权利要求1所述的一种可感知触摸的磁悬浮动脉模拟器，其特征在于感应装置固定板（11）既可以作为一个单独的部件与凹形支架（5）分离，也可以与凹形支架（5）联为一个整体的结构。

4.如权利要求1所述的一种可感知触摸的磁悬浮动脉模拟器，其特征在于表皮装置（6）由内外层及填充物构成，放置在感应装置固定板（11）的上部，间距为0~3cm。

5.一种可感知触摸的磁悬浮动脉模拟器的方法，其特征在于驱动电流经由本发明装置的电极（4），进入驱动线圈（3），产生了电磁驱动力，主搏动磁铁（1）在电磁驱动力的作用下开始上下运动，产生了模拟人体动脉搏动的物理效果。

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