[发明专利]一种用于探究人体皮肤力学特性微型机器人的机械结构

说明书

本发明公开了一种用于探究人体皮肤力学特性微型机器人的机械结构，包括运动控制部分、探针固定平台部分和探针钢架结构部分，运动控制部分包括一个底座a，底座a上固设有多个制动器，该制动器包括外圈和内圈，外圈固定于底座a上，内圈能够在外圈内转动并上、下移动；底座a外周均匀固设有多个滚珠滑组，该滚珠滑组包括外层和内层，外层固定于底座a上，内层底端固定于制动器的内圈上，并随制动器的内圈一起上、下移动，滚珠滑组内层上设置有位移传感，本发明采用制动器驱动探针固定平台上下移动，从而使得探针在皮肤上产生连续的形变，再借助于传感器测出的数据以及有限元结构分析法，能用于精确地分析出皮肤的各向异性、粘弹性、非线性等特征。

技术领域

本发明涉及应用在探究人体皮肤力学特性的微型机器人技术领域，特别是一种用于探究人体皮肤力学特性微型机器人的机械结构。

背景技术

皮肤组织生物特性测试研究不仅有助于医生判别皮肤组织是否发生病变，而且能够有效地优化外科手术方案，提高手术的安全性。早期皮肤力学特性的测量多采用活体生物力学法，在活体状态下，将人体麻醉，用医学仪器直接测量皮肤特性。这种方法没有考虑到皮肤组织的各向异性以及神经、体液、代谢、理化环境等对皮肤力学特性的影响。

随着现代力学特性测量手段的不断改进，各种生物力学测试方法广泛应用于皮肤力学研究，最常见的是压痕测量法，即在皮肤组织表面进行拉伸或挤压，根据位移和负载之间的动态响应过程，在利用传感器测得点的数据以及数值方法，获取皮肤组织的力学特性参数。针对在皮肤组织表面产生适当的位移，并利用位移和负载之间的动态关系获得皮肤的力学特性参数，科研人员进行了大量的探究。科学家Lanir在文章《A structure theoryfor the homogeneous biaxial stress-strain relationships in flat collagenoustissues》提出对腹部皮肤做了二维拉伸试验，即在两个相互垂直的方向上对皮肤施加力进而产生形变，该装置使用不便，且只能垂直或水平方向对皮肤进行测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于探究人体皮肤力学特性微型机器人的机械结构，该机械结构能携带探针在皮肤表面产生一定量的连续且规则的位移与形变，再借助于传感器测出的数据以及有限元分析法，能精确地分析出皮肤的各向异性、粘弹性、非线性等特征。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于探究人体皮肤力学特性微型机器人的机械结构，包括运动控制部分、探针固定平台部分和探针钢架结构部分，其中，运动控制部分包括一个底座a，底座a上固设有多个制动器，该制动器包括外圈和内圈，外圈固定于底座a上，内圈能够在外圈内转动并上、下移动；底座a外周均匀固设有多个滚珠滑组，该滚珠滑组包括外层和内层，外层固定于底座a上，内层底端固定于制动器的内圈上，并随制动器的内圈一起上、下移动，滚珠滑组内层上设置有位移传感，内层顶端设置有定位销；

探针固定平台部分包括底座b，底座b的底面设置有导柱，通过将定位销设置于导柱中，将运动控制部分与探针固定平台部分连接在一起；底座b的顶面设置有用于连接探针钢架结构部分的磁铁，磁铁周围均匀设置有位移传感器；

探针钢架结构部分包括一个与磁铁吸附连接的底座c，底座c的顶面设置有一个支撑柱，该支撑柱顶面连接探针，探针的顶面设置有生物力学传感器，支撑柱的外圆周面上均布有加强筋，加强筋与底座b上的位移传感器接触连接。

优选地，底座a为六棱柱状刚体结构，底座a具有六个侧平面，便于定位和安装滚珠滑组。

进一步优选地，共有三个滚珠滑组，底座a具有六个侧平面，每间隔一个侧平面设置一个滚珠滑组，且三个滚珠滑组呈等边三角形设置。

更进一步优选地，共有三个制动器，制动器在底座a上呈等边三角形设置，制动器为BEI-KimcoLA15音圈式制动器。