CN117664705A - 多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备，具有这样的特征，包括：检测台，设有对应足底的检测区域；垂直往复应力‑应变检测单元，设置在检测台上，用于对足底的足底软组织加载垂直拉压应力并进行测量；剪切应力‑应变检测单元，设置在检测台上，用于对足底软组织加载横向剪切应力并进行测量；扭矩应力‑应变检测单元，设置在检测台上，用于对足底软组织加载扭矩并进行测量；升降机构，用于实现垂直往复应力‑应变检测单元、剪切应力‑应变检测单元和扭矩应力‑应变检测单元在竖直方向的升降。总之，本方法能够实现对多维度力学性能的检测，并且具有结构紧凑和便于携带的特点。

Description

多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备

技术领域

本发明涉及临床医学和生物医学工程领域，具体涉及一种多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备。

背景技术

足底软组织位于足部皮肤真皮层和骨骼之间，是一种由脂肪和特定结缔组织组成的复合材料。作为自然进化选择的结果，软组织通过复杂的组成和精细的结构，能够高效地实现各种精密的生理功能。因此，软组织力学性能的检测和表征是临床医学和生物医学工程领域的一项关键内容。

软组织力学性能的常用检测方法是在材料力学试验机的外部载荷下对离体标本样品施加位移，而具有争议的是，失活状态下软组织的生化状态和力学性能并不能准确反映活体的真实状态。基于非侵入性的要求，针对活体软组织的测量手段以超声、影像等间接方式为主。然而，影像学手段存在放射伤害，需严格限制测量次数及时间，得到的离散数据难以进行数学处理。

一般认为，软组织兼具弹性和粘性双重力学属性，使其具有能量吸收、缓慢回弹和蠕变的特性。在经典材料力学中，粘弹性通常通过动态力学分析即DMA来表征，以获得周期性的“应力-应变”数据。因此，在软组织粘弹性质的研究中，持续、周期性的直接测量是不可避免的。然而目前报道的DMA测试都是在离体尸体标本上进行的，具有较大局限性。近年来，一些研究报道了单脉冲的体内压痕试验来获得力-位移和应力松弛曲线，但这与DMA方法中的动态周期应力-应变对应关系和粘弹性分析仍有很大差距。对活体组织进行周期和连续的力学性质检测是迄今为止该领域尚未报道的理想方法。

在日常活动中，足底软组织受到反复的拉压力、剪切力和力矩作用。对于各种骨科与系统性疾病，研究足底受到的不同方向、不同形式的力是必要的。然而，到目前为止，只有压力被广泛报道，关于剪切和扭矩的报道较少。

此外，现有的检测装置为了实现不同足底的选点需求，执行机构均安装在运动模组上，不可避免地影响了设备的检测精度和稳定性，并且还存在体积较为庞大和其移动性较差的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备。

本发明提供了一种多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备，具有这样的特征，包括：检测台，设有对应足底的检测区域；垂直往复应力-应变检测单元，设置在检测台上，用于对足底的足底软组织加载垂直拉压应力并进行测量；剪切应力-应变检测单元，设置在检测台上，用于对足底软组织加载横向剪切应力并进行测量；扭矩应力-应变检测单元，设置在检测台上，用于对足底软组织加载扭矩并进行测量；升降机构，用于实现垂直往复应力-应变检测单元、剪切应力-应变检测单元和扭矩应力-应变检测单元在竖直方向的升降，其中，垂直往复应力-应变检测单元、剪切应力-应变检测单元和扭矩应力-应变检测单元相向安装，垂直往复应力-应变检测单元、剪切应力-应变检测单元和扭矩应力-应变检测单元均包括一个探测头，三个探测头等角度间隔地分布在同一圆周上。

在本发明提供的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备中，还可以具有这样的特征：其中，垂直往复应力-应变检测单元包括依次连接的第一驱动电机、第一旋转变直线运动机构和第一检测探头，以及第一拉压力传感器和第一位移传感器，第一旋转变直线运动机构用于将第一驱动电机输出的旋转运动转换成带动第一检测探头在竖直方向的直线往复运动，第一检测探头为垂直往复应力-应变检测单元的探测头，用于与足底软组织连接，第一拉压力传感器用于检测足底软组织在垂直方向上作用到第一检测探头上的压力，第一位移传感器用于检测第一检测探头在检测过程中的位移。

在本发明提供的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备中，还可以具有这样的特征：其中，第一旋转变直线运动机构包括第一偏心轮、第一拉杆、第一光轴、第一直线轴承、第二直线轴承和第一支撑架，第一偏心轮的转动中心轴与水平设置的第一驱动电机的输出轴连接，第一偏心轮的偏心轴与水平设置的第一拉杆连接，第一光轴与第一拉杆连接，第一直线轴承与第二直线轴承分别套设在第一光轴的两端，且第一直线轴承与第一支撑架相连，第一检测探头设置在第一光轴的上端，第一拉压力传感器连接在第一检测探头和第一光轴之间，第一位移传感器安装在第一支撑架上且设置在第一光轴的旁侧。

在本发明提供的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备中，还可以具有这样的特征：其中，剪切应力-应变检测单元包括依次连接的第二驱动电机、第二旋转变直线运动机构和第二检测探头，以及第二拉压力传感器、第三拉压力传感器和第二位移传感器，第二旋转变直线运动机构用于将第二驱动电机输出的旋转运动转换成带动第二检测探头在水平方向的直线往复运动，第二检测探头为剪切应力-应变检测单元的探测头，用于与足底软组织连接，第二拉压力传感器用于检测足底软组织在横向剪切方向上作用到第二检测探头上的压力，第三拉压力传感器用于检测足底软组织在垂直方向上作用到第二检测探头上的压力。第二位移传感器用于检测第二检测探头在检测过程中的位移。

在本发明提供的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备中，还可以具有这样的特征：其中，第二旋转变直线运动机构包括第二偏心轮、连接轴、第二直线导轨、第三直线导轨、L形板和第一方形连接件，第二偏心轮的圆心与与沿竖向设置的第二驱动电机的输出轴连接，连接轴的一端固定在第二偏心轮的边缘处，连接轴的另一端与第二直线导轨的滑块连接，第二拉压力传感器的一端通过L形板与第二直线导轨的滑块相连，第二拉压力传感器的另一端与第一方形连接件的侧面相连，第二检测探头、第三拉压力传感器、第一方形连接件和第三直线导轨的滑块依次相连，第二位移传感器设置在第二直线导轨的滑块的旁侧。

在本发明提供的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备中，还可以具有这样的特征：其中，扭矩应力-应变检测单元包括依次连接的第三驱动电机、旋转变扭转运动机构和第三检测探头，以及扭矩传感器、角度传感器和第四拉压力传感器，旋转变扭转运动机构用于将第三驱动电机输出的旋转运动转换成带动第三检测探头在水平方向的扭转往复运动，第三检测探头为扭矩应力-应变检测单元的探测头，用于与待检测的足底连接，扭矩传感器用于检测足底软组织作用到第三检测探头上的扭矩，角度传感器用于检测第三检测探头在检测过程中的转动角度，第四拉压力传感器用于检测足底软组织在垂直方向上作用到第三检测探头上的压力。

在本发明提供的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备中，还可以具有这样的特征：其中，旋转变扭转运动机构包括偏心转盘、第四直线导轨、第一带轮、第二带轮、同步带、扭转花键和扭转联轴器，偏心转盘的圆心与沿竖向设置的第三驱动电机的输出轴连接，第四直线导轨的滑块安装在偏心转盘上的边缘处，第四直线导轨的滑轨水平设置且与沿竖向设置的扭矩传感器的一端相连，扭矩传感器的另一端与第一带轮连接，第一带轮通过同步带与第二带轮连接，第二带轮套设在扭转花键上，第三检测探头、扭转花键、扭转联轴器和角度传感器依次连接，第四拉压力传感器设置在角度传感器的正下方。

在本发明提供的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备中，还可以具有这样的特征：其中，检测台包括固定板、减震片和底板，固定板上设置有垂直往复应力-应变检测单元、剪切应力-应变检测单元和扭矩应力-应变检测单元，减震片安装在固定板与底板之间。

在本发明提供的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备中，还可以具有这样的特征：其中，升降机构包括驱动件和Z轴丝杠滑块模组，竖直设置的驱动件与Z轴丝杠滑块模组的丝杠连接，Z轴丝杠滑块模组的滑块连接并带动垂直往复应力-应变检测单元、剪切应力-应变检测单元和扭矩应力-应变检测单元相在竖直方向升降。

在本发明提供的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备中，还可以具有这样的特征：其中，圆周的直径为10±5厘米。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备，因为，一方面，通过垂直往复应力-应变检测单元进行正压力动态特性检测，通过剪切应力-应变检测单元进行剪切力动态特性检测，通过扭矩应力-应变检测单元进行扭矩的力-位移动态特性检测，从而实现对足底软组织多维度力学性能的检测；另一方面，通过将垂直往复应力-应变检测单元、剪切应力-应变检测单元和扭矩应力-应变检测单元相向安装在固定板上，并且使三个单元的检测探头等角度间隔的分布在同一圆周上，从而实现了多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备总体结构的紧凑，进而能够便于携带使用。所以，本发明的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备能够实现对多维度力学性能的检测，并且具有结构紧凑和便于携带的特点。

附图说明

图1是本发明的实施例中多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备的立体结构示意图。

图2是本发明的实施例中检测台的结构示意图。

图3是本发明的实施例中垂直往复应力-应变检测单元和对应的升降机构的结构示意图。

图4是本发明的实施例中剪切应力-应变检测单元和对应的升降机构的结构示意图。

图5是本发明的实施例中扭矩应力-应变检测单元和对应的升降机构的结构示意图。

附图标记说明：

10检测台；11支撑架；111横柱；112立柱；12底板；13减震片；14固定板；15顶板；20垂直往复应力-应变检测单元；21第一驱动电机；22第一旋转变直线运动机构；221第一偏心轮；222第一拉杆；223第一光轴；224第一直线轴承；225第二直线轴承；226第一支撑架；23第一检测探头；24第一拉压力传感器；25第一位移传感器；30剪切应力-应变检测单元；31第二驱动电机；32第二旋转变直线运动机构；321第二偏心轮；322连接轴；323第二直线导轨；324第三直线导轨；325L形板；326第一方形连接件；33第二检测探头；34第二拉压力传感器；35第三拉压力传感器；36第二位移传感器；37第二支撑架；38固定导轨；39竖直固定板；40扭矩应力-应变检测单元；41第三驱动电机；42旋转变扭转运动机构；421偏心转盘；422第四直线导轨；423第一带轮；424第二带轮；425同步带；426扭转花键；427扭转联轴器；428第四支撑架；429L形固定件；420第二方形连接件；43第三检测探头；44扭矩传感器；45角度传感器；46第四拉压力传感器；47第三支撑架；50升降机构；51驱动件51；52Z轴丝杠滑块模组；53固定件。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备作具体阐述。

图1是本发明的实施例中多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备的立体结构示意图。

如图1所示，本实施例中提供了一种多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备100，包括检测台10、垂直往复应力-应变检测单元20、剪切应力-应变检测单元30、扭矩应力-应变检测单元40和升降机构50。

图2是本发明的实施例中检测台的结构示意图。

如图2所示，本实施例中检测台10设有对应足底的检测区域，包括由支撑架11、底板12、减震片13、固定板14和顶板15。

支撑架11包括8条横柱111和4条立柱112。

底板12设置在构成支撑架11底部的4条横柱111上。

固定板14设置在底板12上，且固定板14与底板12之间设置有多个减震片13，用于提高多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备100的稳定性。

构成支撑架顶部的4条横柱111上设置有顶板15，用于承载足部。

图3是本发明的实施例中垂直往复应力-应变检测单元和对应的升降机构的结构示意图。

如图3所示，垂直往复应力-应变检测单元20设置在检测台10的固定板14上，用于对足底的足底软组织加载垂直拉压应力并进行测量，包括依次连接的第一驱动电机21、第一旋转变直线运动机构22和第一检测探头23，以及第一拉压力传感器24和第一位移传感器25。

第一旋转变直线运动机构22用于将第一驱动电机21输出的旋转运动转换成带动第一检测探头23在竖直方向的直线往复运动，包括第一偏心轮221、第一拉杆222、第一光轴223、第一直线轴承224、第二直线轴承225和第一支撑架226。

第一偏心轮221的转动中心轴与水平设置的第一驱动电机21的输出轴连接，第一偏心轮221的偏心轴与水平设置的第一拉杆222连接。第一光轴223与第一拉杆222连接。

第一直线轴承224与第二直线轴承225分别套设在第一光轴223的两端，且第一直线轴承224与呈龙门架状的第一支撑架2267(图中隐藏了一块竖板)相连，第二直线轴承225固定在固定板14下方。

第一检测探头23设置在第一光轴223的上端，用于与足底软组织连接。本实施例中顶板15上开设有与第一检测探头23相对应的孔洞，从而使通过对应的升降机构50抬升的第一检测探头23能够通过该孔洞，与放置在顶板15上的足底的足底软组织相接触。

本实施例中还根据受试者意愿程度，将第一检测探头23设置为真空复合吸盘探头或刚性平面探头。第一检测探头23为真空复合吸盘探头时，通过电磁阀使真空发生器达到一定的压强，从而使真空复合吸盘探头吸住足底软组织表面的皮肤。检测探头为刚性平面探头时，通过无生物毒害易清理的胶黏剂将刚性平面探头的刚性平面与足底软组织表面的皮肤粘接，从而实现第一检测探头23与足底软组织的接触。

第一拉压力传感器24连接在第一检测探头23和第一光轴223之间，用于检测足底软组织在垂直方向上作用到第一检测探头23上的压力。

第一位移传感器25安装在固定在固定板14上的第一支撑架226上且设置在第一光轴223的旁侧，用于检测第一检测探头23在检测过程中的位移，本实施例中测量足底软组织的正压力时，第一检测探头23的垂直位移幅度范围±5mm。

垂直往复应力-应变检测单元20对应的升降机构50包括驱动件51、Z轴丝杠滑块模组52和固定件53。

竖直设置的驱动件51与Z轴丝杠滑块模组52的丝杠连接，升降机构50通过驱动件51驱动Z轴丝杠滑块模组52的滑块移动，从而带动通过固定件53与Z轴丝杠滑块模组52的滑块连接的第一驱动电机21在竖直方向升降，进而使第一检测探头23在竖直方向升降。

图4是本发明的实施例中剪切应力-应变检测单元和对应的升降机构的结构示意图。

如图4所示，剪切应力-应变检测单元30设置在检测台10上，用于对足底软组织加载横向剪切应力并进行测量，包括依次连接的第二驱动电机31、第二旋转变直线运动机构32和第二检测探头33，以及第二拉压力传感器34、第三拉压力传感器35、第二位移传感器36、第二支撑架37、固定导轨38和竖直固定板39。

第二驱动电机31与呈龙门架状的第二支撑架37（图中隐藏了一块竖板）中水平放置的横板固定连接。

第二旋转变直线运动机构32用于将第二驱动电机31输出的旋转运动转换成带动第二检测探头33在水平方向的直线往复运动，包括第二偏心轮321、连接轴322、第二直线导轨323、第三直线导轨324、L形板325和第一方形连接件326。

第二偏心轮321的圆心与与沿竖向设置的第二驱动电机31的输出轴连接，连接轴322的一端固定在第二偏心轮321的边缘处，连接轴322的另一端与第二直线导轨323的滑块连接，第二直线导轨323的滑轨与第二支撑架37的横版固定连接，第二直线导轨323的滑块通过L形板325与第二拉压力传感器34的一端连接，第二拉压力传感器34的另一端与第一方形连接件326的侧面相连，第一方形连接件326的上端、第三拉压力传感器35和第二检测探头33依次连接，第一方形连接件326的下端与第三直线导轨324的滑块相连接，第三直线导轨324的滑轨与第二支撑架37的横板固定连接。

第二检测探头33用于与足底软组织连接，本实施例中第二检测探头33与足底软组织的接触方式以及与足底软组织的连接方式与第一检测探头23对应的方式相同，在此不再复述。

本实施例中通过第二驱动电机31驱动第三拉压力传感器35沿第二直线导轨的滑轨方向进行横向移动，从而检测第二检测探头33与足底软组织接触后在横向剪切方向上受到的作用力。

第三拉压力传感器35用于检测足底软组织在垂直方向上作用到第二检测探头33上的压力。

第二位移传感器36设置在第二直线导轨323的滑块的旁侧，用于检测第二检测探头33在检测过程中的位移，本实施例中测量足底软组织的剪切力时，第二检测探头33的切向位移幅度范围±5mm。

第二支撑架37在图中被隐藏的竖板与固定导轨38的滑轨相连，固定导轨38的滑块与竖直固定板39相连，竖直固定板39固定在固定板14上。

剪切应力-应变检测单元30对应的升降机构50也包括驱动件51和Z轴丝杠滑块模组52。

竖直设置的驱动件51与Z轴丝杠滑块模组52的丝杠连接，升降机构50通过驱动件51驱动Z轴丝杠滑块模组52的滑块移动，从而带动与Z轴丝杠滑块模组52的滑块连接的第二支撑架37的另一块竖板在竖直方向升降，即带动第二支撑架37在竖直方向升降，从而使第二检测探头33能够在竖直方向进行升降。

图5是本发明的实施例中扭矩应力-应变检测单元和对应的升降机构的结构示意图。

如图5所示，扭矩应力-应变检测单元40设置在检测台10上，用于对足底软组织加载扭矩并进行测量，包括依次连接的第三驱动电机41、旋转变扭转运动机构42和第三检测探头43，以及扭矩传感器44、角度传感器45、第四拉压力传感器46和第三支撑架47。

第三驱动电机41固定在呈龙门架状的第三支撑架47的横板上，第三支撑架47固定在固定板14上。

旋转变扭转运动机构42用于将第三驱动电机41输出的旋转运动转换成带动第三检测探头43在水平方向的扭转往复运动，包括偏心转盘421、第四直线导轨422、第一带轮423、第二带轮424、同步带425、扭转花键426、扭转联轴器427、第四支撑架428、L形固定件429和第二方形连接件420。

偏心转盘421的圆心与沿竖向设置的第三驱动电机41的输出轴连接。第四直线导轨422的滑块安装在偏心转盘421上的边缘处，第四直线导轨422的滑轨水平设置且与沿竖向设置的扭矩传感器44的一端相连，扭矩传感器44的另一端与第一带轮423连接，第一带轮423通过同步带425与第二带轮424连接，第二带轮424套设在扭转花键426上。

第三检测探头43、扭转花键426、扭转联轴器427和角度传感器45依次连接，通过套设在扭转花键426上的扭转轴承与设置在固定板14上的第四支撑架428（图中隐藏了一块板）固定连接，从而使第三检测探头43在升降过程中能够处于稳定状态。

第三检测探头43用于与待检测的足底连接，通过同步带425带动第三检测探头43的往复扭转。本实施例中第三检测探头43与足底软组织的接触方式以及与足底软组织的连接方式与第一检测探头23对应的方式相同，在此不再复述。

扭矩传感器44通过同步带425能够同步第三检测探头43施加在足底软组织上的扭矩，即用于检测足底软组织作用到第三检测探头43上的扭矩。

角度传感器45设置在第二方形连接件420的内部，且角度传感器45的上端穿过第二方形连接件420的上平面与扭转联轴器427相连，用于检测第三检测探头43在检测过程中的转动角度，本实施例中测量足底软组织的扭矩的力-位移时，转向角度范围为±30°，周期频率不超过100Hz。

第四拉压力传感器46的上端穿过第二方形连接件420的下端，设置在角度传感器45的下方，用于检测足底软组织在垂直方向上作用到第三检测探头43上的压力，本实施例中在非检测状态下第四拉压力传感器46的上端不与角度传感器45的下端接触。

扭矩应力-应变检测单元40对应的升降机构50也包括驱动件51和Z轴丝杠滑块模组52。

竖直设置的驱动件51与Z轴丝杠滑块模组52的丝杠连接，升降机构50通过驱动件51驱动Z轴丝杠滑块模组52的滑块移动，从而带动通过L形固定件429与Z轴丝杠滑块模组52的滑块连接的第四拉压力传感器46在竖直方向升降。本实施例中第四拉压力传感器46在上升至一定高度后与角度传感器45的下端接触，带动第三检测探头43在竖直方向升降。

其中，垂直往复应力-应变检测单元20、剪切应力-应变检测单元30和扭矩应力-应变检测单元40相向安装，且第一检测探头23、第二检测探头33和第三检测探头43等角度间隔地分布在同一圆周上，本实施例中该圆周的直径设置为10±5厘米，从而使得多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备100的结构紧凑能够便于携带，并且能够完全满足受试的足底以全角度方向放置，进而对足底任意位置的足底软组织进行正压力、剪切力、扭矩的力-位移动态特性检测。

以下对多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备100的使用过程进行具体说明。

受试者的足部通过底部掏空的医用充气式踝关节固定支具和电磁铁固定地搁置在顶板15上，且通过顶板15的孔洞对待测量的足底软组织区域进行预对准。

待测量的足底软组织区域预对准完成后，垂直往复应力-应变检测单元20、剪切应力-应变检测单元30、扭矩应力-应变检测单元40对应的升降机构50通过驱动件51驱动竖直螺杆使Z轴丝杠滑块模组52的滑块移动，从而带动与Z轴丝杠滑块模组52的滑块连接的对应检测单元进行抬升，直至第一检测探头23、第二检测探头33和第三检测探头43分别与足底软组织接触，且第一拉压力传感器24、第三拉压力传感器35和第四拉压力传感器46呈现一定的数值，则对应的升降机构50完成抬升动作。此时，检测探头通过真空吸附或胶黏剂与对应的足底软组织表面的皮肤相固定，这样连杆周期运动可带动足底软组织同步位移。

随后进入检测阶段，垂直往复应力-应变检测单元20通过第一驱动电机21对足底软组织加载垂直拉压应力，并通过第一拉压力传感器24和第一位移传感器25分别进行力和位移的检测和记录；剪切应力-应变检测单元30通过第二驱动电机31对足底软组织加载横向剪切应力，并通过第二拉压力传感器34和第二位移传感器36分别进行力和位移的检测和记录；扭矩应力-应变检测单元40通过三驱动电机41对足底软组织加载扭矩，并通过扭矩传感器44和角度传感器45分别进行扭矩和转角的检测和记录。本实施例中记录得到的周期性的数据通过经典DMA方法进行分析。

根据本实施例所涉及的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备，一方面，通过垂直往复应力-应变检测单元进行正压力动态特性检测，通过剪切应力-应变检测单元进行剪切力动态特性检测，通过扭矩应力-应变检测单元进行扭矩的力-位移动态特性检测，从而实现对足底软组织多维度力学性能的检测；另一方面，通过将垂直往复应力-应变检测单元、剪切应力-应变检测单元和扭矩应力-应变检测单元相向安装在固定板上，并且使三个单元的检测探头等角度间隔的分布在同一圆周上，从而实现了多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备总体结构的紧凑，进而能够便于携带使用。

通过在多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备的底板与固定板之间设置多个减震片，进一步提高了设备的稳定性。

通过在垂直往复应力-应变检测单元、剪切应力-应变检测单元和扭矩应力-应变检测单元上分别设置对应的拉压力传感器，反馈检测单元对应的检测探头与足底软组织的接触压力，使得通过检测单元对应的升降机构能够将该检测单元升降至合适位置，实现检测探头对足底软组织的测试初始位置的快速寻找。

总之，本方法能够实现对多维度力学性能的检测，并且具有结构紧凑、便于携带和稳定性高的特点。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备，其特征在于，包括：

检测台，设有对应足底的检测区域；

垂直往复应力-应变检测单元，设置在所述检测台上，用于对所述足底的足底软组织加载垂直拉压应力并进行测量；

剪切应力-应变检测单元，设置在所述检测台上，用于对所述足底软组织加载横向剪切应力并进行测量；

扭矩应力-应变检测单元，设置在所述检测台上，用于对所述足底软组织加载扭矩并进行测量；

升降机构，用于实现所述垂直往复应力-应变检测单元、所述剪切应力-应变检测单元和所述扭矩应力-应变检测单元在竖直方向的升降，

其中，所述垂直往复应力-应变检测单元、所述剪切应力-应变检测单元和所述扭矩应力-应变检测单元相向安装，

所述垂直往复应力-应变检测单元、所述剪切应力-应变检测单元和所述扭矩应力-应变检测单元均包括一个探测头，三个所述探测头等角度间隔地分布在同一圆周上。

2.根据权利要求1所述的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备，其特征在于：

其中，所述垂直往复应力-应变检测单元包括依次连接的第一驱动电机、第一旋转变直线运动机构和第一检测探头，以及第一拉压力传感器和第一位移传感器，

所述第一旋转变直线运动机构用于将所述第一驱动电机输出的旋转运动转换成带动所述第一检测探头在竖直方向的直线往复运动，

所述第一检测探头为所述垂直往复应力-应变检测单元的探测头，用于与所述足底软组织连接，

所述第一拉压力传感器用于检测所述足底软组织在垂直方向上作用到所述第一检测探头上的压力，

所述第一位移传感器用于检测所述第一检测探头在检测过程中的位移。

3.根据权利要求2所述的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备，其特征在于：

其中，所述第一旋转变直线运动机构包括第一偏心轮、第一拉杆、第一光轴、第一直线轴承、第二直线轴承和第一支撑架，

所述第一偏心轮的转动中心轴与水平设置的所述第一驱动电机的输出轴连接，所述第一偏心轮的偏心轴与水平设置的所述第一拉杆连接，

所述第一光轴与所述第一拉杆连接，

所述第一直线轴承与所述第二直线轴承分别套设在所述第一光轴的两端，且所述第一直线轴承与所述第一支撑架相连，

所述第一检测探头设置在所述第一光轴的上端，

所述第一拉压力传感器连接在所述第一检测探头和所述第一光轴之间，

所述第一位移传感器安装在所述第一支撑架上且设置在所述第一光轴的旁侧。

4.根据权利要求1所述的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备，其特征在于：

其中，所述剪切应力-应变检测单元包括依次连接的第二驱动电机、第二旋转变直线运动机构和第二检测探头，以及第二拉压力传感器、第三拉压力传感器和第二位移传感器，

所述第二旋转变直线运动机构用于将所述第二驱动电机输出的旋转运动转换成带动所述第二检测探头在水平方向的直线往复运动，

所述第二检测探头为所述剪切应力-应变检测单元的探测头，用于与所述足底软组织连接，

所述第二拉压力传感器用于检测所述足底软组织在横向剪切方向上作用到所述第二检测探头上的压力，

所述第三拉压力传感器用于检测所述足底软组织在垂直方向上作用到所述第二检测探头上的压力；

所述第二位移传感器用于检测所述第二检测探头在检测过程中的位移。

5.根据权利要求4所述的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备，其特征在于：

其中，所述第二旋转变直线运动机构包括第二偏心轮、连接轴、第二直线导轨、第三直线导轨、L形板和第一方形连接件，

所述第二偏心轮的圆心与与沿竖向设置的所述第二驱动电机的输出轴连接，

所述连接轴的一端固定在所述第二偏心轮的边缘处，所述连接轴的另一端与所述第二直线导轨的滑块连接，

所述第二拉压力传感器的一端通过所述L形板与所述第二直线导轨的滑块相连，所述第二拉压力传感器的另一端与所述第一方形连接件的侧面相连，

所述第二检测探头、所述第三拉压力传感器、所述第一方形连接件和所述第三直线导轨的滑块依次相连，

所述第二位移传感器设置在所述第二直线导轨的滑块的旁侧。

6.根据权利要求1所述的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备，其特征在于：

其中，所述扭矩应力-应变检测单元包括依次连接的第三驱动电机、旋转变扭转运动机构和第三检测探头，以及扭矩传感器、角度传感器和第四拉压力传感器，

所述旋转变扭转运动机构用于将所述第三驱动电机输出的旋转运动转换成带动所述第三检测探头在水平方向的扭转往复运动，

所述第三检测探头为所述扭矩应力-应变检测单元的探测头，用于与待检测的足底连接，

所述扭矩传感器用于检测足底软组织作用到所述第三检测探头上的扭矩，

所述角度传感器用于检测所述第三检测探头在检测过程中的转动角度，

所述第四拉压力传感器用于检测所述足底软组织在垂直方向上作用到所述第三检测探头上的压力。

7.根据权利要求6所述的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备，其特征在于：

其中，所述旋转变扭转运动机构包括偏心转盘、第四直线导轨、第一带轮、第二带轮、同步带、扭转花键和扭转联轴器，

所述偏心转盘的圆心与沿竖向设置的所述第三驱动电机的输出轴连接，

所述第四直线导轨的滑块安装在所述偏心转盘上的边缘处，

所述第四直线导轨的滑轨水平设置且与沿竖向设置的所述扭矩传感器的一端相连，

所述扭矩传感器的另一端与所述第一带轮连接，

所述第一带轮通过所述同步带与所述第二带轮连接，

所述第二带轮套设在所述扭转花键上，

所述第三检测探头、所述扭转花键、所述扭转联轴器和所述角度传感器依次连接，

所述第四拉压力传感器设置在所述角度传感器的正下方。

8.根据权利要求1所述的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备，其特征在于：

其中，所述检测台包括固定板、减震片和底板，

所述固定板上设置有所述垂直往复应力-应变检测单元、所述剪切应力-应变检测单元和所述扭矩应力-应变检测单元，

所述减震片安装在所述固定板与所述底板之间。

9.根据权利要求1所述的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备，其特征在于：

其中，所述升降机构包括驱动件和Z轴丝杠滑块模组，

竖直设置的所述驱动件与所述Z轴丝杠滑块模组的丝杠连接，

所述Z轴丝杠滑块模组的滑块连接并带动所述垂直往复应力-应变检测单元、所述剪切应力-应变检测单元和所述扭矩应力-应变检测单元相在竖直方向升降。

10.根据权利要求1所述的多维度广谱足底软组织材料力学性质临床在线检测设备，其特征在于：

其中，所述圆周的直径为10±5厘米。