CN105181286A - 假人髋关节标定试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种假人髋关节标定试验装置，其包括一支架，支架上设有一摆臂机构和一试件安装悬架，摆臂机构上设有一微调旋转机构，微调旋转机构与摆臂机构铰接，微调旋转机构上设有一大腿连接件，大腿连接件用于与假人大腿部连接，试件安装悬架用于固定假人髋关节，试件安装悬架一端通过转轴与支架铰接，试件安装悬架的另一端通过转轴与一扭矩传感器连接，扭矩传感器与支架连接。该假人髋关节标定试验装置可直接测量出假人髋关节骨盆的扭矩，同时通过滑套上的倾角传感器测量盆骨的角度，这样在测量出骨盆扭矩和盆骨角度后就可以对假人髋关节进行标定，因此该假人髋关节标定试验装置能够对假人髋关节进行标定，而且可使标定结果更加的精确。

Description

假人髋关节标定试验装置

技术领域

本发明涉及交通运输安全试验领域，特别涉及一种用于被动安全试验中对假人髋关节进行标定的试验装置。

背景技术

碰撞试验属于被动安全的研究范围，其目的主要是检验载人交通运输工具（如飞机、轮船、汽车）在发生意外（如飞机碰撞、轮船触礁、汽车撞击等）的情况下对乘员的保护能力。目前，国外已有研究机构通过在载人交通运输工具上安装采集系统，采集到意外情况发生时的实际数据，并利用人工模拟试验装置在试验室中通过碰撞试验再现实际数据，用于检验并评判载人交通运输工具对乘员的保护能力。

由于碰撞试验的危险性，使得无法使用真人进行碰撞试验。早在20世纪60年代，国外研究机构在大量尸体解剖工作的基础上，根据人体的动力特性及各部位的质量大小等，制造了试验用假人，代替真人用于被动安全碰撞试验，模拟载人交通运输工具在发生意外情况下乘员所遭受到的损伤，并通过假人各部位配备的传感器将碰撞数据采集出来，用于评估碰撞对人体的损伤情况。目前，各国相继出台法规，对各载人运输工具的安全性都相应的试验要求，并规定试验用的假人型号和试验方法。以汽车行业为例，《汽车正面碰撞的乘员保护》GB11551-2014规定正碰试验采用H350%假人。因此，试验用假人的生物拟合性好坏及假人各部位配备的传感器精度直接关系到车辆的安全性能是否能得到正确的评估，从而也关系到乘员或者行人的生命财产能否得到有效的保护。因此，正确评价和保证试验假人的生物拟合性和假人各部位配备的传感器是载人交通运输工具被动安全研究工作的一项重要内容，而对试验假人进行标定是保证其生物拟合性及假人配备传感器精度的关键措施之一。

以汽车的被动安全研究为例，试验用假人是被动安全试验（如实车碰撞试验、座椅碰撞试验、乘员约束系统匹配试验、安全气囊匹配试验等）中不可缺少的测试设备，上述试验中用以评价人体伤害指标及乘员约束系统效果的试验参数都需要通过假人各部位配备的传感器采集，而一旦传感器的精度超过允差范围，试验得到的测试结果也就不准确，最终给出的评价也就相应的存在误差，进而影响使用者的生命安全。因此，需要定期对假人各部位配备的传感器进行标定，确保假人所采集数据的准确性。同时，一些标准及法规也对试验假人的标定有具体规定，例如，CFR572中的E部分和ECER94附件10均规定了HybridIII50%男性假人的标定程序，另外，国内外各大法规（如ECE、C-NCAP等）均规定了每两次碰撞试验后均需要对试验假人进行一次标定试验，如果假人某一部位伤害指标在试验中达到或超出规定的低性能限值，该部位也应重新进行标定。

中国发明专利（专利号：201210159733.0）公开了一种汽车碰撞用假人髋关节标定系统及方法，该系统包括一台架，台架上设有假人髋关节固定装置，假人髋关节通过假人髋关节固定装置固定于台架上，摇臂的一端伸入假人的大腿孔并与假人的髋关节固定连接，力传感器与摇臂活动连接；摇臂抬升装置与所述力传感器连接，用于对摇臂施加抬升作用力。该假人髋关节标定系统的摇臂直接与髋关节连接，由摇臂带动髋关节动作，并通过力传感器测量测量髋关节的受力数据。采用这种方式，并不能真正模拟大腿摆动时髋关节的受力情况，而且采用这种方式只能测量出髋关节所受的力。根据《汽车正面碰撞试验用人形试验装置校准规范》JJF1230-2009中7.4.6.1、7.4.6.2所述，结果表达需有两项：1.弯曲力矩203Nm时骨盆角度，2.骨盆角度30°时弯曲力矩。由此可知：①该系统中所测出髋关节所受力的数据，不符合标定需求，按校准规范所规定测量数据为骨盆所受扭矩而并非力数据，且所需采集数据为所受弯曲力矩203Nm时骨盆角度，而该系统中并未含有可以测量骨盆角度的传感器，②根据校准规范，还需标定骨盆角度30°时弯曲力矩，因该系统中却并未含有可以测量骨盆角度的传感器，故根本无法标定此项。综上所述可认为该设备不具有标定假人髋关节的能力。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种即可测量髋关节骨盆所受扭矩，又可测量骨盆角度，进而可对假人髋关节进行标定的试验装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种假人髋关节标定试验装置，其包括一支架，所述支架上设有一摆臂机构和一试件安装悬架，所述摆臂机构与一驱动机构连接，所述驱动机构带动所述摆臂机构绕一圆心做上下摆动，所述摆臂机构上设有一微调旋转机构，所述微调旋转机构与所述摆臂机构铰接，所述微调旋转机构上设有一大腿连接件，所述大腿连接件用于与假人大腿部连接，所述试件安装悬架用于固定假人髋关节，所述试件安装悬架一端通过转轴与所述支架铰接，所述试件安装悬架的另一端通过转轴与一扭矩传感器连接，所述扭矩传感器与所述支架连接，所述微调旋转机构包括两个位置相对的夹板和位于两个夹板之间的滑套，所述滑套与两个夹板铰接，所述滑套上还设有一倾角传感器。

优选地，所述摆臂机构包括两个相对设置的支撑板，两个支撑板与所述支架铰接，两个支撑板之间通过数根直线导轨连接，所述微调旋转机构与所述直线导轨滑动连接。

优选地，所述摆臂机构包括两个相对设置的支撑板，两个支撑板与所述支架铰接，两个支撑板之间通过数根直线导轨连接，所述微调旋转机构与所述直线导轨滑动连接。

优选地，所述夹板与所述直线导轨滑动连接。

优选地，所述大腿连接件为一连接杆，所述连接杆可滑动的位于所述滑套内。

优选地，所述驱动机构为一电缸，所述电缸的活塞杆与所述摆臂结构铰接。

如上所述，本发明的假人髋关节标定试验装置具有以下有益效果：该假人髋关节标定试验装置在对假人进行标定时，将假人大腿部与大腿连接件连接，将假人髋关节固定在试件安装悬架上，然后由摆臂机构带动假人大腿部沿圆周方向摆动，在假人大腿部摆动过程中，假人髋关节会产生扭矩使试件安装悬架有受迫旋转的趋势，但由于扭矩传感器的限制又迫使其保持在原位，这样髋关节产生的扭矩就传递到了扭矩传感器上，从而可直接测量出假人髋关节骨盆的扭矩，同时通过滑套上的倾角传感器测量盆骨的角度，这样在测量出骨盆扭矩和盆骨角度后就可以对假人髋关节进行标定，因此该假人髋关节标定试验装置能够对假人髋关节进行标定，而且可使标定结果更加的精确。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例微调旋转机构的结构示意图。

图3为本发明实施例假人腿部的摆动示意图。

元件标号说明

1、支架2、摆臂机构21、支撑板22、直线导轨3、连接杆4、微调旋转机构41、夹板42、滑套5、电缸6、试件安装悬架7、扭矩传感器8、倾角传感器9、假人腿部。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1、2所示，本发明提供一种假人髋关节标定试验装置，其包括一支架1，在支架上设有一摆臂机构2和一试件安装悬架6，摆臂结构2与一微调旋转机构4铰接，微调旋转机构4上设有一大腿连接件，大腿连接件与假人大腿部连接。微调旋转机构4包括两个夹板41和一个滑套42，两个夹板41相对设置，滑套42位于两个夹板41之间并与两个夹板41铰接。大腿连接件为一连接杆3，连接杆3位于滑套42内，连接杆3可在滑套42内来回滑动，连接杆3用于与假人大腿部连接。在滑套42的外壳上还设有一倾角传感器8，通过倾角传感器8可以测量髋关节盆骨的角度。

摆臂机构2还与一驱动机构连接，驱动机构驱动摆臂机构2绕一圆心上下摆动。在安装假人大腿部时，应使假人腿部9的髋关节H点与摆臂机构2的摆动圆心同轴（如图3所示），这样摆臂机构2就可带动假人大腿部沿绕圆心H点上下摆动一定角度θ。采用这种结构，在摆臂机构2做圆周运动的同时，微调旋转机构4也可做圆周运动，同时连接杆2还可在直线方向来回滑动，这样就可非常真实的模拟大腿摆动的情况。

作为一种具体实施方式，摆臂机构2包括两个相对设置的支撑板21，两个支撑板21与支架1通过连接轴铰接，两个支撑板21之间通过数根直线导轨22连接，微调旋转机构4与直线导轨22滑动连接。采用电缸5作为驱动机构，电缸5的活塞杆与摆臂结构2上的一个直线导轨铰接，电缸5的活塞杆上下伸缩就可带动摆臂机构2沿圆周方向来回摆动。夹板41与直线导轨22滑动连接，微调旋转机构4可在直线导轨22上来回移动，这样只需改变微调旋转机构4的位置就能对假人的两条腿都进行标定。

试件安装悬架6用于固定假人髋关节，试件安装悬架6一端通过转轴与支架1铰接，试件安装悬架6的另一端通过转轴与一扭矩传感器7连接，扭矩传感器7与支架连接。试件安装悬架6如果没有扭矩传感器7的束缚可旋转。试件安装悬架6上设有固定螺栓和固定架，这样可以更加牢固的固定假人髋关节。在进行试验时，假人髋关节固定在试件安装悬架6上，当假人大腿部来回摆动时，假人髋关节将受力产生扭矩使试件安装悬架有受迫旋转的趋势，但由于扭矩传感器7的限制又迫使其保持在原位，因此髋关节骨盆产生的扭矩就传递到了扭矩传感器7上，这样就可直接测定假人髋关节的扭矩。

试验时，将假人大腿部与大腿连接件连接，将假人髋关节固定在试件安装悬架6上，然后由摆动机构带动假人大腿部沿圆周方向摆动，在假人大腿部摆动过程中，假人髋关节会产生扭矩使试件安装悬架6有受迫旋转的趋势，但由于扭矩传感器7的限制又迫使其保持在原位，因此髋关节产生的扭矩就传递到了扭矩传感器7上，这样就可直接测定假人髋关节的扭矩。与此同时倾角传感器8可测量出扭矩传感器7、倾角传感器8将测得相应信号并将其转变成电信号输入数据采集分析装置，数据采集分析装置通过物理滤波、A/D转换、信号放大、数据存储等相关模块对采集到的电信号进行处理，最后通过数据分析软件将需要的各项数据指标计算并显示出来。

该假人髋关节标定试验装置在对假人进行标定时，将假人大腿部与大腿连接件连接，将假人髋关节固定在试件安装悬架上，然后由摆臂机构带动假人大腿部沿圆周方向摆动，在假人大腿部摆动过程中，假人髋关节会产生扭矩使试件安装悬架有受迫旋转的趋势，但由于扭矩传感器的限制又迫使其保持在原位，这样髋关节产生的扭矩就传递到了扭矩传感器上，从而可直接测量出假人髋关节骨盆的扭矩，同时通过滑套上的倾角传感器测量盆骨的角度，这样在测量出骨盆扭矩和盆骨角度后就可以对假人髋关节进行标定，因此该假人髋关节标定试验装置能够对假人髋关节进行标定，而且可使标定结果更加的精确。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种假人髋关节标定试验装置，其特征在于：其包括一支架，所述支架上设有一摆臂机构和一试件安装悬架，所述摆臂机构与一驱动机构连接，所述驱动机构带动所述摆臂机构绕一圆心做上下摆动，所述摆臂机构上设有一微调旋转机构，所述微调旋转机构与所述摆臂机构铰接，所述微调旋转机构上设有一大腿连接件，所述大腿连接件用于与假人大腿部连接，所述试件安装悬架用于固定假人髋关节，所述试件安装悬架一端通过转轴与所述支架铰接，所述试件安装悬架的另一端通过转轴与一扭矩传感器连接，所述扭矩传感器与所述支架连接，所述微调旋转机构包括两个位置相对的夹板和位于两个夹板之间的滑套，所述滑套与两个夹板铰接，所述滑套上还设有一倾角传感器。

2.根据权利要求1所述的假人髋关节标定试验装置，其特征在于：所述摆臂机构包括两个相对设置的支撑板，两个支撑板与所述支架铰接，两个支撑板之间通过数根直线导轨连接，所述微调旋转机构与所述直线导轨滑动连接。

3.根据权利要求2所述的假人髋关节标定试验装置，其特征在于：所述夹板与所述直线导轨滑动连接。

4.根据权利要求1所述的假人髋关节标定试验装置，其特征在于：所述大腿连接件为一连接杆，所述连接杆可滑动的位于所述滑套内。

5.根据权利要求1所述的假人髋关节标定试验装置，其特征在于：所述驱动机构为一电缸，所述电缸的活塞杆与所述摆臂结构铰接。