专利名称：多维弯矩加载机构的制作方法
技术领域：
本发明属于力学检测技术领域，尤其涉及一种实现多维弯矩加载的力学部件。
背景技术：
近年来，生物医学工程学的发展非常迅速，而作为主要分支领域的生物材料、生物 力学研究，随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，已成为各国科学家竞相研究和开发的热 点。生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究，研究范围从生物整 体到系统，器官(血液、体液、心脏、骨骼)等。鉴于人体运动的复杂性，特别是脊椎、腰椎、膝关节、肘关节等部位运动时，涉及多 维变量的扭弯复合力加载，例如脊椎侧弯动作往往需要扭、弯力矩的耦合作用。如何准确、 高精度地同步检测复合力加载条件下的生物材料特性，成为当前科学研究与产业发展的瓶 颈，其主要原因是缺乏实现生物材料力学检测所必须的模拟环境，例如缺乏多维弯矩加载 机构。多维弯矩加载机构以普通的材料力学试验机为基础，配上可实现弯矩扭矩和倾角多 元复合变量检测的多维传感器、生物材料、控制电路板及软件，实现生物材料的功能测试。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种多维弯矩加载机构。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是该多维弯矩加载机构主要包括固 定支架、第一基板、第二基板和摇臂，第一基板上开有第一导槽，与固定支架的内壁固定联 接，第二基板通过穿过第一导槽的紧固连接件与第一基板固定联接，第二基板上开有圆弧 形导槽，摇臂在圆弧形导槽的圆心处与第二基板固定联接，并且摇臂还通过穿过圆弧形导 槽的紧固连接件与第二基板固定联接。固定支架包括相互固定联接的上支撑梁和下支撑梁，第一基板与下支撑梁的内侧 壁固定联接，第一导槽为水平槽。与现有技术相比，本发明的有益效果是1.本发明实现了多维弯矩的加载，基本满足了脊椎、关节在简单运动状态下产生 的多维弯矩，可配合多维传感器有效地检测多维弯矩加载条件下的生物医学材料特性。2.本发明具有多维弯矩加载机构的实时性，同步性以及准确性等特点。


图1是本发明多维弯矩加载机构的结构示意图；图2是图1的左视图；图3是第二基板与凸台的位置关系示意图；图4是图3的右视图；图5是可实现弯矩扭矩和倾角多元复合变量检测的多维传感器结构示意图；图6是多维弯矩加载机构和多维传感器安装示意图。
其中，1.第一基板，21.固定支架的上支撑梁，22.固定支架的下支撑梁，3.第一导 槽，4.第二基板，5.圆弧形导槽，6.摇臂，7.凸台，8.连接头，9.电路腔，10.材料腔，71.凸 台的凸出部分，72.凸台的底板，11、12.螺栓。
具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明作进一步说明。如图1至图4所示，本发明多维弯矩加载机构主要由固定支架、第一基板1、第二基 板4和摇臂6构成。其中，第一基板1与固定支架的内壁固定联接，第一基板1上开有第一 导槽3，第二基板4通过穿过第一导槽3的紧固连接件与第一基板1固定联接，第二基板4 上开有圆弧形导槽5，摇臂6在圆弧形导槽5的圆心处与第二基板4固定联接，并且摇臂6 还通过穿过圆弧形导槽5的紧固连接件与第二基板4固定联接。作为本发明的优选实施方式，在图2所示的多维弯矩加载机构中，固定支架包括 相互垂直固定联接的上支撑梁21和下支撑梁22，第一基板1与下支撑梁22的内侧壁固定 联接，此结构使固定支架与多维弯矩加载机构的其他部件的联接稳定、牢靠；并且，使用时， 通过将上支撑梁21固定在外部横梁上，即容易地实现了对该整个机构的固定。第一导槽 3为水平槽，这样使第二基板4和摇臂6的高度可以较低，整个多维弯矩加载机构的结构紧 凑。本发明中，通过穿过第一导槽3的用于将第二基板4与第一基板1固定联接的紧 固连接件可以是常见的紧固螺钉，此外也可以是如图2至图4所示的凸台7。凸台7的底板 72固定在第二基板4上，凸台7的凸出部分71穿过第一导槽3，再由螺栓将凸台7固定在 第一基板1上，从而将第二基板4和第一基板1固定联接。使用凸台7作为紧固连接件可 使第二基板4和第一基板1之间联接更加稳固、可靠。第二基板4和摇臂6通过螺栓11和螺栓12紧固连接，即摇臂6 —方面在圆弧形 导槽5的圆心处通过螺栓12与第二基板4固定联接，另一方面通过穿过圆弧形导槽5的螺 栓11与第二基板4固定联接。作为本发明的优选实施方式，第二基板4采用扇形设计，以第一导槽3的几何中心 为中心，通过松动将凸台7固定在第一基板1上的螺栓可使第二基板4带动摇臂6在第一 导槽3上左右移动150mm。以圆弧形导槽5的对称轴为中心，该对称轴经过圆弧形导槽5的 圆心，通过调节螺栓11可使摇臂6绕所述圆弧形导槽5的对称轴左右旋转45度。图5示出了一种多维传感器的结构图，其结构主要由连接头8、电路腔9和材料腔 10组成，具体结构可参见2009年6月17日公开的公开号为CN101458187A的中国专利申请。 使用本发明多维弯矩加载机构时，将上支撑梁21固定在外部横梁上，使该机构固定。并且， 如图6所示，将多维传感器的连接头8固定在摇臂6上，材料腔10连接生物材料试样，根据 测量生物材料试样性能的需求，生物材料试样的另一端固定在所需的外部装置上，例如，当 需要给生物材料试样加载扭矩时，固定生物材料试样的外部装置为扭矩加载装置。当本发明多维弯矩加载机构以一定的偏心加载时，沿第一导槽3移动第二基板4， 使其相对第一基板1有一定的位置偏移。第二基板4的平移带动摇臂6、多维传感器、生物 材料试样一起平移，这样就在生物材料试样上加载了一个平移弯矩。当多维弯矩加载机构以一定的倾角加载时，调整第二基板4的位置，使其位于第一导槽3的几何中心处，调整摇臂6，使摇臂6绕圆弧形导槽5的圆心旋转，直至摇臂6在圆 弧形导槽5上偏离原位置。摇臂6的移动带动了多维传感器、生物材料试样的偏移，从而实 现了本发明多维弯矩加载机构在生物材料试样上加载一个转动弯矩。当使用本发明多维弯矩加载机构对生物材料试样同时加载平移弯矩和转动弯矩 时，可按以下方式进行沿第一导槽3平行移动第二基板4，使其相对第一基板1有一定的 位置偏移 ，调整摇臂6，使摇臂6绕圆弧形导槽5的圆心旋转，直至摇臂6在圆弧形导槽5上 偏离原位置。第二基板4的平移和摇臂6的旋转带动多维传感器的平移和转动，多维传感 器与生物材料试样连接，这样使生物材料试样接受两个方向的弯矩平移弯矩和转动弯矩。本发明多维弯矩加载机构可实现对生物材料试样不同方向上的弯矩加载，基本满 足了脊椎、关节在简单运动状态下产生的多维弯矩。弯矩大小、旋转倾角可由多维传感器检 测，对获得的信号采样处理，对取得的数据实时显示，用户可通过数据融合、建模分析等获 得生物材料试样的信息。
权利要求
一种多维弯矩加载机构，其特征是包括固定支架、第一基板(1)、第二基板(4)和摇臂(6)，第一基板(1)与固定支架的内壁固定联接，所述第一基板(1)上开有第一导槽(3)，所述第二基板(4)通过穿过第一导槽(3)的紧固连接件与第一基板(1)固定联接，所述第二基板(4)上开有圆弧形导槽(5)，所述摇臂(6)在圆弧形导槽(5)的圆心处与第二基板(4)固定联接，并且摇臂(6)还通过穿过圆弧形导槽(5)的紧固连接件与第二基板(4)固定联接。
2.根据权利要求1所述的多维弯矩加载机构，其特征是所述固定支架包括相互固定 联接的上支撑梁(21)和下支撑梁(22)，所述第一基板(1)与下支撑梁(22)的内侧壁固定 联接，所述第一导槽(3)为水平槽。
全文摘要
本发明公开了一种多维弯矩加载机构，主要包括固定支架、第一基板、第二基板和摇臂，第一基板上开有第一导槽，与固定支架的内壁固定联接，第二基板通过穿过第一导槽的紧固连接件与第一基板固定联接，第二基板上开有圆弧形导槽，摇臂在圆弧形导槽的圆心处与第二基板固定联接，并且摇臂还通过穿过圆弧形导槽的紧固连接件与第二基板固定联接。本发明的有益效果是实现了多维弯矩的加载，基本满足了脊椎、关节在简单运动状态下产生的多维弯矩，可配合多维传感器有效地检测多维弯矩加载条件下的生物医学材料特性；且具有多维弯矩加载机构的实时性，同步性以及准确性等特点。
文档编号G01N3/20GK101871867SQ201010188809
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者刘静, 叶树明, 王可诚, 蒋凯 申请人:浙江大学