CN109559615B - 运动生物力学仿真结构的固定结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了运动生物力学仿真结构的固定结构，包括脊骨模拟板，所述脊骨模拟板的侧壁布置有多个用于安装肋弓弹簧的第一通孔，各所述第一通孔的下壁和/或上壁两侧分别布置有第一倾斜面，所述第一倾斜面中靠近第一通孔敞口端的一端低于其远离第一通孔敞口端的一端。通过在第一通孔的下壁和/或上壁两侧分别布置有第一倾斜面，所述第一倾斜面中靠近第一通孔敞口端的一端低于其远离第一通孔敞口端的一端。这样，第一通孔的两端形成从其中部到两端逐渐变化的导槽，该导槽的开口沿着第一通孔的中部往两端逐渐变大。这样的结构，扩大剪力区域让剪力分散，减少弹簧片变形位置集中在固定位置。反复按压时疲劳点分散，减少弹簧片折断，让产品更耐用。

Description

运动生物力学仿真结构的固定结构

技术领域

本发明涉及模拟人教学教具技术研究领域中的一种仿真运动结构，特别是一种运动生物力学仿真结构的固定结构。

背景技术

胸弓教具属于医学模拟人(被动式机器人)内部带有模拟反馈力的仿生运动结构组件。模拟人应用于医学教学行业或者替代人的实验，例如汽车驾驶放模拟人进去撞车实验。

在外力作用下模拟人体骨骼运动时胸廓肋弓的应力反馈。胸骨正中位置按压时实现模拟真人反馈力由小变大缓慢渐变，胸廓向下向前的运动；其他方向按压时按压力反馈力快速达到最大值；撤销外力时能够模拟真人自主回复。

现有技术中的胸弓模拟教具，通常包括与人体胸骨轮廓心态相近的胸弓弹簧，该胸弓弹簧包括多根平行布置弓形的弹簧簧片，在胸弓弹簧围起的模拟胸腔内设置有导向机构，胸弓弹簧的上端与下端设置有上限位片与下限位片，导向机构包括一导套以及位于导套内的导杆，导套与导轨分别安装在上限位片和下限位片。在教学时，从上往下按压胸弓弹簧，胸弓弹簧受压时沿垂直方向运动的，然而该运动与人体实际运动变形不一样。在侧向力作用下，胸弓弹簧的形变时受支撑柱、导柱或导杆的限制或变形方向受限。该现有技术中的胸弓教具，在反复按压过程中，弹簧簧片中与上、下限位片端部接触的部位形成剪力区域，由于该区域收到剪力较大，因此，非常容易变形、断裂，造成教具无法使用。

另外，现有技术中，还有一胸弓模拟教具，包括与人体胸骨轮廓心态相近的胸弓弹簧，该胸弓弹簧包括多根平行布置弓形的弹簧簧片，胸弓弹簧的上方和/或下方设置有用于压住弹簧簧片的限位弹簧板，限位弹簧板包括与弹簧簧片相接触的基础部，以及位于基础部两侧的延伸部，延伸部沿着弹簧簧片在基础部所在平面上的投影进行延伸。在教学时，按压胸弓弹簧时，延伸部则开始压紧并贴合于弹簧簧片，并且相贴合的区域的面积随着弹簧簧片的逐渐变形而逐渐增大，合理设置延伸部的长度使得弹簧簧片变形达到最大程度时延伸部的端部依然与弹簧簧片具有间距，虽然其改变了弹簧簧片受压时的剪力状态，避免变形或断裂，但是其胸弓弹簧的形态布置导致其仍需要导向装置复位，不然胸弓弹簧在下压或者复位时，弹簧簧片会出现错位或者不能复位的情况，且其结构中胸弓弹簧受压时沿垂直方向运动的。在侧向力作用下，胸弓弹簧的形变时受支撑柱、导柱或导杆的限制或变形方向受限。

综上所述，目前全球的心肺复苏模型在胸廓按压模拟都是垂直按压和计算。但真实的实际真人按压时是胸廓向下向前运动。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种运动生物力学仿真结构的固定结构，解决肋弓弹簧易折断的问题。

本发明解决其技术问题的解决方案是：运动生物力学仿真结构的固定结构，包括脊骨模拟板，所述脊骨模拟板的侧壁布置有多个用于安装肋弓弹簧的第一通孔，各所述第一通孔的下壁和/或上壁两侧分别布置有第一倾斜面，所述第一倾斜面中靠近第一通孔敞口端的一端低于其远离第一通孔敞口端的一端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述脊骨模拟板包括脊骨上板和脊骨下板，所述脊骨上板的下端面布置有第一凸块，脊骨下板的上端面布置有第一凹槽，第一凸块和第一凹槽嵌合后形成相应的第一通孔。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括胸骨模拟板，所述胸骨模拟板的侧壁布置有用于安装肋弓弹簧的第二通孔，各所述第二通孔的下壁和/或上壁两侧分别布置有第二倾斜面，所述第二倾斜面中靠近第二通孔敞口端的一端低于其远离第二通孔敞口端的一端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述胸骨模拟板包括胸骨上板和胸骨下板，所述胸骨上板的下端面布置有倾斜布置的第二凹槽，胸骨下板的上端面布置有于第二凹槽匹配的第二凸块，第二凸块和第二凹槽嵌合后形成相应的第二通孔，第二凸块的上端面与水平面平行。

作为上述技术方案的进一步改进，所述脊骨模拟板和胸骨模拟板之间的夹角为20～30°。

作为上述技术方案的进一步改进，所述脊骨模拟板和胸骨模拟板之间的夹角为25°。

作为上述技术方案的进一步改进，所述脊骨模拟板和胸骨模拟板的上、下两端面分别布置有蜂槽。

作为上述技术方案的进一步改进，所述脊骨模拟板和胸骨模拟板上分别设置有一个铰接孔。

本发明的有益效果是：本发明通过在第一通孔的下壁和/或上壁两侧分别布置有第一倾斜面，所述第一倾斜面中靠近第一通孔敞口端的一端低于其远离第一通孔敞口端的一端。这样，第一通孔的两端形成从其中部到两端逐渐变化的导槽，该导槽的开口沿着第一通孔的中部往两端逐渐变大。这样的结构，扩大剪力区域让剪力分散，减少弹簧片变形位置集中在固定位置。反复按压时疲劳点分散，减少弹簧片折断，让产品更耐用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是将肋弓弹簧安装到脊骨模拟板和胸骨模拟板之间的结构示意图；

图2是本图1的俯视图；

图3是图2中A-A向的剖视图；

图4是本发明中脊骨模拟板的结构示意图；

图5是本发明中脊骨下板的结构示意图；

图6是本发明中胸骨模拟板的结构示意图；

图7是本发明中胸骨上板的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

参照图1～图7，运动生物力学仿真结构的固定结构，包括脊骨模拟板2，所述脊骨模拟板2的侧壁布置有多个用于安装肋弓弹簧的第一通孔7，各所述第一通孔7的下壁和/或上壁两侧分别布置有第一倾斜面20，所述第一倾斜面20中靠近第一通孔7敞口端的一端低于其远离第一通孔7敞口端的一端。这样，第一通孔7的两端形成从其中部到两端逐渐变化的导槽，该导槽的开口沿着第一通孔7的中部往两端逐渐变大。这样的结构，扩大剪力区域让剪力分散，减少弹簧片变形位置集中在固定位置。反复按压时疲劳点分散，减少弹簧片折断，让产品更耐用。

所述脊骨模拟板2包括脊骨上板21和脊骨下板22，所述脊骨上板21的下端面布置有第一凸块，脊骨下板22的上端面布置有第一凹槽，第一凸块和第一凹槽嵌合后形成相应的第一通孔7。第一凸块的侧壁和第一凹槽的侧壁之间的安装为过渡配合或者过盈配合，这样，可以保证脊骨上板21和脊骨下板22之间的连接稳定性。

脊骨模拟板2设置有向上折弯的折弯部23。折弯部23内布置有一个第一通孔7，第二弹簧片6固定在折弯部23的第一通孔7，这样，使得第二弹簧片6与脊骨模拟板2的连接点与其他弹簧簧片9与脊骨模拟板2不在一条直线上，这样的结构为按压时的向中性力相互拮抗以及肋弓自我恢复形状所需的力提供足够的保证。

所述胸骨模拟板3的侧壁布置有用于安装肋弓弹簧的第二通孔8，各所述第二通孔8的下壁和/或上壁两侧分别布置有第二倾斜面30，所述第二倾斜面30中靠近第二通孔8敞口端的一端低于其远离第二通孔8敞口端的一端。这样，第二通孔8的两端形成从其中部到两端逐渐变化的导槽，并且该导槽开口沿着第二通孔8的中部往两端逐渐变大。这样的结构所起的作用与第一通孔7的作用一样。

第一通孔7和第二通孔8的两端均配置从中部到两端逐渐变化的导槽，效果更优，让产品更耐用。

所述胸骨模拟板3包括胸骨上板31和胸骨下板32，所述胸骨上板31的下端面布置有倾斜布置的第二凹槽，胸骨下板32的上端面布置有于第二凹槽匹配的第二凸块，第二凸块和第二凹槽嵌合后形成相应的第二通孔8，第二凸块的上端面与水平面平行。第二凸块的侧壁和第二凹槽的侧壁之间的安装为过渡配合或者过盈配合，这样，可以保证脊骨上板21和脊骨下板22之间的连接稳定性。

所述脊骨模拟板2和胸骨模拟板3之间的夹角为20～30°。优选地，脊骨模拟板2和胸骨模拟板3之间的夹角为20°、25°和30°。而脊骨模拟板2和胸骨模拟板3夹角是25°，模拟人体骨架解剖。垂直按压胸骨模拟板3时形成杠杆作用，在需要同样形变效果下远离支点的力需要越小。

所述弹簧簧片9为弓形弹簧，弹簧簧片9的中部通过螺栓固定在脊骨模拟板2或胸骨模拟板3，弹簧簧片9的两端相应的通过螺栓固定在胸骨模拟板3或脊骨模拟板2。

所述脊骨模拟板2和胸骨模拟板3的上、下两端面分别布置有蜂槽4。具体的，脊骨上板21的上端面、脊骨上板21的下端面、胸骨上板31的上端面和胸骨下板32的下端面分别布置有蜂槽4。该蜂槽4结构，减轻材料重量，在外力作用下增强耐变形。

所述脊骨模拟板和胸骨模拟板上分别设置有一个铰接孔，铰接孔用于安装锁定单元。

以下是将肋弓弹簧安装到脊骨模拟板2和倾斜布置的胸骨模拟板3之间后的结构详细说明。

肋弓弹簧包括多根弹簧簧片9，连接脊骨模拟板2和胸骨模拟板3下端的弹簧簧片9为第一弹簧片5，连接脊骨模拟板2和胸骨模拟板3上端的弹簧簧片9为第二弹簧片6，第一弹簧片5和第二弹簧片6呈八字形布置，余下弹簧簧片9布置在第一弹簧片5和第二弹簧片6之间。

弹簧簧片9的数量为6根。由于倾斜布置的胸骨模拟板3，6根弹簧簧片9的长度不相同，即各弹簧簧片9不等长。弹簧簧片9的长度，由上自下肋弓弹簧片由短逐渐变长，模拟人体肋骨弓由上自下逐渐变长。当在不同位置按压胸骨形成的应力集合由上自下减少或者同样的力由上自下按压胸骨让胸廓形变逐渐增大。劲度系数相同的弹簧片，同样力作用下，长弹簧片变形较大。在垂直按压模拟胸骨板时，形成肋弓向下向前运动，进而模拟人体胸廓正确的反馈是向下向前运动。另外，可以根据实际的需要，更换不同厚度的弹簧片，模拟不同人种的胸廓在不同力按压下的形变程度和应力反馈，提高本发明的适用性。

弹簧簧片9被脊骨模拟板2和胸骨模拟板3夹紧后形成偏心的椭圆形椎台，长短轴约束。不定向按压力下垂直于模拟胸骨板按压力最小。模拟人体胸廓在按压时的应力变化。第一弹簧片5、靠近第一弹簧片5的弹簧簧片9和第二弹簧片6在胸骨受压力时形成扭转，形成向中性力相互拮抗，模拟肋间肌运动生物力学拮抗力作用。当按压力撤销时，整个肋弓自我恢复形状，包括前后，上下，左右的变形复形。变形复形时，无需额外添加导向单元。

所述胸骨模拟板3下端末处和脊骨模拟板2之间布置有锁定单元1，锁定单元1位于第一弹簧片5外侧，所述脊骨模拟板2的两侧布置有限制锁定单元1活动范围的限位槽10。限位槽10中靠近脊骨模拟板2上端面的位置布置有一圆弧面，该圆弧面防止锁定单元1与骨模拟板硬碰。

所述锁定单元1包括左锁环和右锁环，所述左锁环的上端和右锁环的上端分别铰接在胸骨模拟板3下端末处，左锁环的下端和右锁环的下端分别铰接在脊骨模拟板2。左锁环和右锁环通过铰接轴固定模拟胸骨板与模拟脊骨板，松配结构。模拟人体锁骨的机剖限制，具有导向作用，限制按压肋弓时只能向下向前变形，并通过限位槽10限制左锁环和右锁环绕其铰接轴转动的范围。

另外，胸骨模拟板3带有用于固定胸壁结构的突出钉头34。脊骨模拟板2带4个脚固定背部外壳12，便于其安装和固定。脊骨模拟板2上安装有颈椎固定件11，颈椎固定件用于模拟生理弯曲角度脊骨胸段和模拟颈椎固定受力方向及运动时的联动。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.运动生物力学仿真结构的固定结构，其特征在于：包括脊骨模拟板，所述脊骨模拟板的侧壁布置有多个用于安装肋弓弹簧的第一通孔，各所述第一通孔的下壁和/或上壁两侧分别布置有第一倾斜面，所述第一倾斜面中靠近第一通孔敞口端的一端低于其远离第一通孔敞口端的一端，所述脊骨模拟板包括脊骨上板和脊骨下板，所述脊骨上板的下端面布置有第一凸块，脊骨下板的上端面布置有第一凹槽，第一凸块和第一凹槽嵌合后形成相应的第一通孔。

2.根据权利要求1所述的运动生物力学仿真结构的固定结构，其特征在于：还包括胸骨模拟板，所述胸骨模拟板的侧壁布置有用于安装肋弓弹簧的第二通孔，各所述第二通孔的下壁和/或上壁两侧分别布置有第二倾斜面，所述第二倾斜面中靠近第二通孔敞口端的一端低于其远离第二通孔敞口端的一端。

3.根据权利要求2所述的运动生物力学仿真结构的固定结构，其特征在于：所述胸骨模拟板包括胸骨上板和胸骨下板，所述胸骨上板的下端面布置有倾斜布置的第二凹槽，胸骨下板的上端面布置有于第二凹槽匹配的第二凸块，第二凸块和第二凹槽嵌合后形成相应的第二通孔，第二凸块的上端面与水平面平行。

4.根据权利要求2所述的运动生物力学仿真结构的固定结构，其特征在于：所述脊骨模拟板和胸骨模拟板之间的夹角为20～30°。

5.根据权利要求4所述的运动生物力学仿真结构的固定结构，其特征在于：所述脊骨模拟板和胸骨模拟板之间的夹角为25°。

6.根据权利要求2所述的运动生物力学仿真结构的固定结构，其特征在于：所述脊骨模拟板和胸骨模拟板的上、下两端面分别布置有蜂槽。

7.根据权利要求2所述的运动生物力学仿真结构的固定结构，其特征在于：所述脊骨模拟板和胸骨模拟板上分别设置有一个铰接孔。

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