CN110687042A - 离体软组织多轴拉伸测量平台及其测量方法 - Google Patents
离体软组织多轴拉伸测量平台及其测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110687042A CN110687042A CN201910871081.5A CN201910871081A CN110687042A CN 110687042 A CN110687042 A CN 110687042A CN 201910871081 A CN201910871081 A CN 201910871081A CN 110687042 A CN110687042 A CN 110687042A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- soft tissue
- stretching
- steel wire
- platform
- fixed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 title claims abstract description 68
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 55
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明公开了离体软组织多轴拉伸测量平台及其测量方法。目前对软组织力学特性的测量基本都集中在单轴特性上。本发明的四个线性滑轨沿平台周向均布固定在平台上，每个线性滑轨与一个线性滑块构成滑动副；线性滑块上固定有绳轮支撑架；四个拉伸机构沿平台周向均布，四个拉伸机构与四个线性滑轨在周向位置上一一对应；拉伸机构包括夹具、一级滑轮组、二级滑轮组、微型拉力传感器、直线电机、接近开关、连接帽、一级钢丝绳、二级钢丝绳和三级钢丝绳；对软组织样本进行单轴拉伸测量时，选择直线电机输出轴同轴的其中两个拉伸机构；对软组织样本进行双轴拉伸测量时，四个拉伸机构的夹具均夹紧软组织样本。本发明能得到软组织的多维力学特性响应。
Description
技术领域
本发明属于测量技术领域，具体涉及一种面向离体生物软组织的多轴拉伸测量平台及其测量方法，能够实现对生物软组织的单轴或双轴的拉伸实验。
背景技术
虚拟手术模拟仿真作为医生操作机器人辅助手术系统的一个重要手段，其模拟的真实性主要依赖于软组织的模型准确性，而虚拟软组织的基础则是真实的软组织的力学特性。目前，对软组织力学特性的测量基本都集中在单轴特性上，而且依赖于专业的材料试验机。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构简单、能够测量离体软组织的多轴拉伸测量平台及其测量方法。
本发明离体软组织多轴拉伸测量平台，主要由平台、绳轮支撑架、线性滑块、线性滑轨和拉伸机构组成。四个线性滑轨沿平台周向均布固定在平台上，每个线性滑轨与一个线性滑块构成滑动副；线性滑块上固定有绳轮支撑架；四个拉伸机构沿平台周向均布，四个拉伸机构与四个线性滑轨在周向位置上一一对应。
所述的拉伸机构由夹具、一级滑轮组、二级滑轮组、微型拉力传感器、直线电机、电机安装支架、接近开关、限位支撑架、螺钉、连接帽、一级钢丝绳、二级钢丝绳、三级钢丝绳和夹紧轴组成。所述直线电机的底座固定在电机安装支架上，电机安装支架固定在平台上；微型拉力传感器的一个拉力传递部分与一级钢丝绳的一端固定，另一个拉力传递部分与连接帽固定；连接帽与直线电机的输出轴固定；一级钢丝绳的另一端与一级滑轮组的绳轮支架固定；绕在一级滑轮组的绳轮上的二级钢丝绳两端分别与一个二级滑轮组的绳轮支架固定；每个二级滑轮组的绳轮上的三级钢丝绳两端均与夹具固定；所述的一级滑轮组和两个二级滑轮组呈等腰三角形分布；夹具的两块夹板相对面上均固定有间距设置的多根夹紧轴；所述的接近开关固定在限位支撑架上，限位支撑架固定在平台上；直线电机由控制器控制；接近开关和微型拉力传感器的信号均输给控制器，当控制器收到接近开关的信号时，控制直线电机停止运动。每个拉伸机构的一级滑轮组的绳轮支架与周向位置对应的绳轮支撑架固定。
所述两块夹板上的夹紧轴交错排布。
所述的一级滑轮组和二级滑轮组均包括绳轮支架、绳轮、螺母、螺栓和轴套。所述的绳轮通过轴套与螺栓构成转动副，螺栓穿过绳轮支架的过孔，并与螺母连接。
所述的螺栓与螺母之间设有垫圈。
该离体软组织多轴拉伸测量平台的测量方法，具体如下：
对软组织样本的单轴拉伸测量过程具体如下：
选择直线电机输出轴同轴的其中两个拉伸机构，两个拉伸机构的夹具夹紧软组织样本，夹紧时夹具两块夹板上的夹紧轴由软组织样本两侧插入软组织样本内。该两个拉伸机构的直线电机由控制器控制同步反向运动；每个拉伸机构中，直线电机的输出轴带动连接帽、微型拉力传感器、一级钢丝绳和一级滑轮组，一级滑轮组经二级钢丝绳同步带动两个二级滑轮组和两条三级钢丝绳，进而两条三级钢丝绳同步带动夹具；两个拉伸机构同步拉动软组织样本两侧，实现软组织样本的拉伸形变，形变量通过直线电机的输出轴位移均值得到，拉力通过两个微型拉力传感器的测量值均值得到。
对软组织样本的双轴拉伸测量过程具体如下：
四个拉伸机构的夹具均夹紧软组织样本，夹紧时夹具两块夹板上的夹紧轴由软组织样本两侧插入软组织样本内。四个拉伸机构的直线电机由控制器控制同步运动，直线电机输出轴同轴的每两个拉伸机构为一组实现反向运动；每个拉伸机构中，直线电机的输出轴带动连接帽、微型拉力传感器、一级钢丝绳和一级滑轮组，一级滑轮组经二级钢丝绳同步带动两个二级滑轮组和两条三级钢丝绳，进而两条三级钢丝绳同步带动夹具；四个拉伸机构实现软组织样本的双轴拉伸形变，每个轴向的形变量通过该轴向上两个直线电机的输出轴位移均值得到，每个轴向的拉力则通过该轴向上的两个微型拉力传感器的测量值均值得到。
当某个直线电机的输出轴触动对应的接近开关时，控制器控制该直线电机停止运动。
本发明具有的有益效果：
1、本发明结构简单、紧凑，利用滑轮和钢丝绳实现力的传递，采用四个直线电机实现正交方向的双向拉伸，易于控制，能得到软组织的多维力学特性响应。
2、本发明有限位装置，防止在实验过程中软组织被过度拉伸。
3、本发明的各部件易于装卸，维修方便。
附图说明
图1是本发明的整体机构图。
图2是本发明的拉伸机构结构图。
图3是本发明的一级滑轮组或二级滑轮组结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
结合图1，离体软组织多轴拉伸测量平台，主要由平台1、绳轮支撑架2、线性滑块3、线性滑轨4和拉伸机构5组成。四个线性滑轨沿平台1周向均布固定在平台1上，每个线性滑轨与一个线性滑块3构成滑动副；线性滑块3上固定有绳轮支撑架2；四个拉伸机构5沿平台1周向均布，四个拉伸机构5与四个线性滑轨在周向位置上一一对应；绳轮支撑架2用于支撑拉伸机构5的一级滑轮组，使得拉伸机构的夹具位于同一平面内，线性滑轨和线性滑块3用于控制软组织拉伸过程中始终保持同一个方向，拉伸机构5用于实现机构的拉伸传动，作为整个测试平台的驱动输入。
结合图2，拉伸机构5由夹具5-2、一级滑轮组5-3、二级滑轮组、微型拉力传感器5-4、直线电机5-5、电机安装支架5-6、接近开关5-7、限位支撑架5-8、螺钉5-9、连接帽5-10、一级钢丝绳5-11、二级钢丝绳、三级钢丝绳和夹紧轴5-12组成。直线电机5-5的底座通过螺钉5-9固定在电机安装支架5-6上，电机安装支架5-6固定在平台1上；微型拉力传感器5-4的一个拉力传递部分与一级钢丝绳5-11的一端固定，另一个拉力传递部分与连接帽5-10固定；连接帽5-10与直线电机的输出轴固定；一级钢丝绳5-11的另一端与一级滑轮组5-3的绳轮支架5-3-1固定；绕在一级滑轮组5-3的绳轮5-3-2上的二级钢丝绳两端分别与一个二级滑轮组的绳轮支架5-3-1固定；每个二级滑轮组的绳轮5-3-2上的三级钢丝绳两端均与夹具5-2固定；一级滑轮组5-3和两个二级滑轮组呈等腰三角形分布，以保证受力均匀；夹具的两块夹板相对面上均固定有间距设置的多根夹紧轴5-12，且两块夹板上的夹紧轴5-12交错排布；软组织样本5-1通过夹紧轴5-12夹紧于夹具上；接近开关5-7固定在限位支撑架5-8上，限位支撑架5-8固定在平台1上；在实验中，当软组织样本5-1被拉伸到一定程度时，直线电机的输出轴会触动接近开关，防止软组织样本5-1被过度拉伸的情况发生；直线电机由控制器控制；接近开关和微型拉力传感器的信号均输给控制器，当控制器收到接近开关的信号时，控制直线电机停止运动。每个拉伸机构5的一级滑轮组5-3的绳轮支架5-3-1与周向位置对应的绳轮支撑架2固定。
结合图3，一级滑轮组5-3和二级滑轮组均由绳轮支架5-3-1、绳轮5-3-2、螺母5-3-3、螺栓5-3-4、垫圈5-3-5和轴套5-3-6组成。绳轮5-3-2通过轴套5-3-6与螺栓5-3-4构成转动副，螺栓5-3-4穿过绳轮支架5-3-1的过孔，并与螺母5-3-3连接；螺栓5-3-4与螺母5-3-3之间设有垫圈5-3-5；一级滑轮组5-3和二级滑轮组的作用是使软组织样本5-1受力均匀。
该离体软组织多轴拉伸测量平台的测量方法，具体如下：
对软组织样本的单轴拉伸测量过程具体如下：
选择直线电机输出轴同轴的其中两个拉伸机构5，两个拉伸机构5的夹具夹紧软组织样本5-1，夹紧时夹具两块夹板上的夹紧轴5-12由软组织样本5-1两侧插入软组织样本5-1内。该两个拉伸机构5的直线电机5-5由控制器控制同步反向运动；每个拉伸机构5中，直线电机5-5的输出轴带动连接帽5-10、微型拉力传感器5-4、一级钢丝绳5-11和一级滑轮组5-3，一级滑轮组5-3经二级钢丝绳同步带动两个二级滑轮组和两条三级钢丝绳，进而两条三级钢丝绳同步带动夹具5-2；两个拉伸机构5同步拉动软组织样本两侧，实现软组织样本的拉伸形变，形变量通过直线电机5-5的输出轴位移均值得到，拉力则通过两个微型拉力传感器5-4的测量值均值得到。当软组织样本5-1被拉伸到一定程度时，直线电机的输出轴会触动接近开关，防止软组织样本5-1被过度拉伸的情况发生。
对软组织样本5-1的双轴拉伸测量过程具体如下：
四个拉伸机构5的夹具均夹紧软组织样本5-1，夹紧时夹具两块夹板上的夹紧轴5-12由软组织样本5-1两侧插入软组织样本5-1内。四个拉伸机构5的直线电机5-5由控制器控制同步运动，直线电机输出轴同轴的每两个拉伸机构5为一组实现反向运动；每个拉伸机构5中，直线电机5-5的输出轴带动连接帽5-10、微型拉力传感器5-4、一级钢丝绳5-11和一级滑轮组5-3，一级滑轮组5-3经二级钢丝绳同步带动两个二级滑轮组和两条三级钢丝绳，进而两条三级钢丝绳同步带动夹具5-2；四个拉伸机构5实现软组织样本的双轴拉伸形变，每个轴向的形变量通过该轴向上两个直线电机5-5的输出轴位移均值得到，每个轴向的拉力则通过该轴向上的两个微型拉力传感器5-4的测量值均值得到。当软组织样本5-1被拉伸到一定程度时，直线电机的输出轴会触动接近开关，防止软组织样本5-1被过度拉伸的情况发生。
Claims (6)
1.离体软组织多轴拉伸测量平台，主要由平台、绳轮支撑架、线性滑块、线性滑轨和拉伸机构组成，其特征在于：四个线性滑轨沿平台周向均布固定在平台上，每个线性滑轨与一个线性滑块构成滑动副；线性滑块上固定有绳轮支撑架；四个拉伸机构沿平台周向均布，四个拉伸机构与四个线性滑轨在周向位置上一一对应；
所述的拉伸机构由夹具、一级滑轮组、二级滑轮组、微型拉力传感器、直线电机、电机安装支架、接近开关、限位支撑架、螺钉、连接帽、一级钢丝绳、二级钢丝绳、三级钢丝绳和夹紧轴组成；所述直线电机的底座固定在电机安装支架上，电机安装支架固定在平台上；微型拉力传感器的一个拉力传递部分与一级钢丝绳的一端固定，另一个拉力传递部分与连接帽固定；连接帽与直线电机的输出轴固定；一级钢丝绳的另一端与一级滑轮组的绳轮支架固定；绕在一级滑轮组的绳轮上的二级钢丝绳两端分别与一个二级滑轮组的绳轮支架固定；每个二级滑轮组的绳轮上的三级钢丝绳两端均与夹具固定；所述的一级滑轮组和两个二级滑轮组呈等腰三角形分布；夹具的两块夹板相对面上均固定有间距设置的多根夹紧轴；所述的接近开关固定在限位支撑架上，限位支撑架固定在平台上；直线电机由控制器控制；接近开关和微型拉力传感器的信号均输给控制器，当控制器收到接近开关的信号时，控制直线电机停止运动；每个拉伸机构的一级滑轮组的绳轮支架与周向位置对应的绳轮支撑架固定。
2.根据权利要求1所述的离体软组织多轴拉伸测量平台，其特征在于：所述两块夹板上的夹紧轴交错排布。
3.根据权利要求1所述的离体软组织多轴拉伸测量平台，其特征在于：所述的一级滑轮组和二级滑轮组均包括绳轮支架、绳轮、螺母、螺栓和轴套；所述的绳轮通过轴套与螺栓构成转动副，螺栓穿过绳轮支架的过孔，并与螺母连接。
4.根据权利要求3所述的离体软组织多轴拉伸测量平台，其特征在于：所述的螺栓与螺母之间设有垫圈。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的离体软组织多轴拉伸测量平台的测量方法，其特征在于：该方法具体如下：
对软组织样本的单轴拉伸测量过程具体如下：
选择直线电机输出轴同轴的其中两个拉伸机构，两个拉伸机构的夹具夹紧软组织样本，夹紧时夹具两块夹板上的夹紧轴由软组织样本两侧插入软组织样本内；该两个拉伸机构的直线电机由控制器控制同步反向运动；每个拉伸机构中，直线电机的输出轴带动连接帽、微型拉力传感器、一级钢丝绳和一级滑轮组，一级滑轮组经二级钢丝绳同步带动两个二级滑轮组和两条三级钢丝绳，进而两条三级钢丝绳同步带动夹具；两个拉伸机构同步拉动软组织样本两侧，实现软组织样本的拉伸形变，形变量通过直线电机的输出轴位移均值得到，拉力通过两个微型拉力传感器的测量值均值得到；
对软组织样本的双轴拉伸测量过程具体如下：
四个拉伸机构的夹具均夹紧软组织样本，夹紧时夹具两块夹板上的夹紧轴由软组织样本两侧插入软组织样本内；四个拉伸机构的直线电机由控制器控制同步运动，直线电机输出轴同轴的每两个拉伸机构为一组实现反向运动；每个拉伸机构中，直线电机的输出轴带动连接帽、微型拉力传感器、一级钢丝绳和一级滑轮组，一级滑轮组经二级钢丝绳同步带动两个二级滑轮组和两条三级钢丝绳，进而两条三级钢丝绳同步带动夹具；四个拉伸机构实现软组织样本的双轴拉伸形变，每个轴向的形变量通过该轴向上两个直线电机的输出轴位移均值得到，每个轴向的拉力则通过该轴向上的两个微型拉力传感器的测量值均值得到。
6.根据权利要求5所述的离体软组织多轴拉伸测量平台的测量方法，其特征在于：当某个直线电机的输出轴触动对应的接近开关时，控制器控制该直线电机停止运动。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910871081.5A CN110687042A (zh) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | 离体软组织多轴拉伸测量平台及其测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910871081.5A CN110687042A (zh) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | 离体软组织多轴拉伸测量平台及其测量方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110687042A true CN110687042A (zh) | 2020-01-14 |
Family
ID=69109377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910871081.5A Pending CN110687042A (zh) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | 离体软组织多轴拉伸测量平台及其测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110687042A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114790498A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-07-26 | 南通成鹏纺织有限公司 | 一种便于毛皮固定的毛皮拉伸装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204495650U (zh) * | 2015-03-17 | 2015-07-22 | 上海理工大学 | 细胞基底张应力加载装置 |
| CN107941613A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-04-20 | 江苏铂影数据科技有限公司 | 生物反应与软组织力学多功能测试一体仪 |
| CN109297815A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-02-01 | 上海市第六人民医院 | 一种微观尺度下生物组织力学特性测试平台 |
| CN110132736A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-08-16 | 浙江理工大学 | 双驱动离体软组织多维力学响应测量平台及其测量方法 |
-
2019
- 2019-09-16 CN CN201910871081.5A patent/CN110687042A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204495650U (zh) * | 2015-03-17 | 2015-07-22 | 上海理工大学 | 细胞基底张应力加载装置 |
| CN107941613A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-04-20 | 江苏铂影数据科技有限公司 | 生物反应与软组织力学多功能测试一体仪 |
| CN109297815A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-02-01 | 上海市第六人民医院 | 一种微观尺度下生物组织力学特性测试平台 |
| CN110132736A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-08-16 | 浙江理工大学 | 双驱动离体软组织多维力学响应测量平台及其测量方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114790498A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-07-26 | 南通成鹏纺织有限公司 | 一种便于毛皮固定的毛皮拉伸装置 |
| CN114790498B (zh) * | 2022-03-18 | 2023-03-10 | 南通成鹏纺织有限公司 | 一种便于毛皮固定的毛皮拉伸装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2007510151A (ja) | 多軸万能試験機 | |
| JP2007510151A6 (ja) | 多軸万能試験機 | |
| JP4979628B2 (ja) | 二軸引張試験装置 | |
| CN103293071B (zh) | 一种拉-扭复合疲劳试验装置 | |
| CN106525571A (zh) | 一种适配于光学显微镜上的显微镜拉伸仪 | |
| CN105973699B (zh) | 一种可以实现试样横截面几何尺寸实时测量的测量装置及其应用 | |
| CN110132736A (zh) | 双驱动离体软组织多维力学响应测量平台及其测量方法 | |
| CN204882237U (zh) | 一种小力矩拉力机 | |
| CN107941613B (zh) | 生物反应与软组织力学多功能测试一体仪 | |
| CN110687042A (zh) | 离体软组织多轴拉伸测量平台及其测量方法 | |
| JP6231147B2 (ja) | 引張又は圧縮試験装置 | |
| CN105758740A (zh) | 可控磁场强度的小型扭转疲劳材料力学性能原位测试仪 | |
| CN210982019U (zh) | 一种用于拉力试验装置的拉伸夹持机构 | |
| JP4218201B2 (ja) | 材料試験装置 | |
| CN103149090A (zh) | 一种膜材三向拉伸测试装置 | |
| CN210639029U (zh) | 一种水性聚氨酯薄膜的拉力试验装置 | |
| CN209460017U (zh) | 一种拉伸测试仪 | |
| CN206330835U (zh) | 一种适配于光学显微镜上的显微镜拉伸仪 | |
| CN111551436B (zh) | 高分子纤维材料拉力试验装置 | |
| CN109916714A (zh) | 一种碳纤维格栅拉伸试验固定装置 | |
| CN204831928U (zh) | 一种用于光缆设备的拉力机 | |
| KR20170116800A (ko) | 비틀림 시험장치 | |
| CN211477851U (zh) | 一种拉力试验机 | |
| US6606918B2 (en) | Multi-axial strain testing apparatus | |
| CN207717509U (zh) | 一种万能材料试验机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200114 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |