[實用新型]一種基于機器人測量的人體生物力學特性實驗系統

無效

• 申請號: 201020244952.5
• 申請日: 2010-06-30
• 公開（公告）號: CN201710369U
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 田聯房;杜啟亮
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: A61B5/22
• 分類號: A61B5/22
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃磊;李衛東

技術領域

本實用新型涉及人體生物力學特性實驗研究的實驗系統，特別涉及一種基于機器人測量的人體生物力學特性實驗系統，可用于完成對人體脊柱、關節及人工組織的力學特性的實驗研究。

背景技術

目前用于對人體生物力學性能進行研究的實驗裝置一般都是采用砝碼+滑輪+圓盤的結構形式。這種實驗裝置需要通過改變砝碼的質量塊來實現對實驗標本的加載，無法對實驗標本進行連續加載，從而降低了實驗的精確性。同時，現有技術中，對實驗標本空間位移的測量采用的方法一般是利用雙平面立體測量技術及計算機圖像處理技術，由兩個互成角度的攝像機攝取標本上各標志點的移動，將圖像存入計算機，通過計算機圖像處理系統識別、定位和計算標志點的空間位置，從而重建實驗標本的三維運動，這種測量方法把力的加載與位移的測量截然分開，不易于實驗數據的集中提取與分析，同時測量精度不高。因此，現有的用于對人體生物力學性能進行研究的實驗裝置一般存在精確性低、操作麻煩、不能連續實驗等缺點。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服上述現有技術的缺點與不足，提供一種精確性高、可連續加載實驗的基于機器人測量的人體生物力學特性實驗系統。

為達上述目的，本實用新型采用如下的技術方案：

一種基于機器人測量的人體生物力學特性實驗系統，包括控制電腦、機器人、機器人控制裝置、夾具以及用于放置控制電腦、機器人和機器人控制裝置的工作臺，所述夾具為兩個，其中一個設于工作臺上，另一個通過傳感器與機器人的末端執行器連接，被測的實驗標本置于兩夾具之間；所述機器人、機器人控制裝置和控制電腦依次連接。

所述機器人為六自由度關節機器人，優選為工業機器人。

所述六自由度關節機器人是有六個自由度(DOF)的，它們為腰(waist)即基座、肩(shoulder)即大臂、肘(elbow)即小臂、腕橫滾(wrist?pitch)、腕俯仰(wrist?pitch)、腕偏轉(yaw)，分別對應關節JOINT1～JOINT6。其中前三個關節控制機器人在三維空間的平移，即空間位置的變化，后三個關節控制機器人的旋轉，即姿態的變化。六個關節都是旋轉關節，由動力機構驅動。

兩個夾具的結構相同，每個夾具均包括底板以及兩個相互垂直的調節機構，每個調節機構均包括調節螺栓組件、滑塊、夾板和導軌，所述導軌設于底板上，且所述滑塊、夾板均與導軌滑動連接；所述調節螺栓組件設于底板側邊，且調節螺栓組件、滑塊和夾板依次連接；

所述調節螺栓組件、滑塊、夾板的個數均為兩個，且沿底板中心線對稱設置，即兩個調節螺栓組件之間、兩個滑塊之間、兩個夾板之間沿底板中心線對稱設置。

作為優選，調節機構的調節范圍為50mm×50mm到70mm×70mm，以滿足實驗標本的需求。

所述傳感器為六自由度力/力矩傳感器。

所述傳感器為低噪聲應變硅片傳感器。

所述機器人中設有動力機構，所述機器人控制裝置包括控制手柄和驅動器，所述驅動器和控制手柄均與控制電腦連接；所述控制手柄通過連接線與機器人的動力機構連接；所述驅動器通過數據線與機器人的動力機構連接。

所述控制電腦包括相互連接的實時通訊界面模塊和數據采集卡，所述數據采集卡通過信號線分別與傳感器、機器人控制裝置連接。控制電腦主要完成兩個方面的工作：一是負責實時讀取來自六自由度關節機器人的6個關節的旋轉角度(Joint1-Joint6)以及在笛卡兒坐標系中的機器人末端執行器的位置(3個直線位移X，Y，Z和3個旋轉位移Rx，Ry，Rz)，同時，讀取來自6自由度力/力矩傳感器的3個力信號(F(x)，F(y)，F(z))和3個力矩信號(T(x)，T(y)，T(z))。另一方面，可實現對六自由度關節機器人的控制，模擬人體標本的各種運動姿態(前屈、后伸、側彎、扭轉)。

所述實時通訊界面模塊包括力/力矩顯示模塊、實時曲線顯示模塊、位移顯示模塊和控制模塊，所述力/力矩顯示模塊、實時曲線顯示模塊、位移顯示模塊和控制模塊均與數據采集卡連接。

所述力/力矩顯示模塊包括直方圖顯示模塊和數值顯示模塊，所述直方圖顯示模塊和數值顯示模塊均與數據采集卡連接。數據顯示模塊主要是用于實時顯示來自六自由度力/力矩傳感器的3個力信號(F(x)，F(y)，F(z))和3個力矩信號(T(x)，T(y)，T(z))，直方圖顯示模塊用于動態顯示力/力矩信號的變化過程。