[发明专利]软骨不规则表面力学性能测试的多自由度宏微驱动平台

权利要求书

1.一种软骨不规则表面力学性能测试的多自由度宏微驱动平台，其特征在于：实现软骨不规则表面任意微区微观精准定位；包括三个模块：宏微驱动模块、装夹模块、传感与检测模块；所述宏微驱动模块包括基于并联结构的六自由度宏观刚性驱动结构和基于压电陶瓷驱动的三自由度微观驱动柔性球铰结构，所述六自由度宏观刚性驱动结构安装在底座（1）上，三自由度微观驱动柔性球铰结构连接在六自由度宏观刚性驱动结构与装夹模块之间；通过六自由度宏观刚性驱动结构与三自由度微观驱动柔性球铰结构相互配合，实现平台刚柔耦合驱动；所述传感与检测模块固定安置在六自由度宏观刚性驱动结构的上移动板（5）上，实时反馈精准调控并定位拟开展测试的微区；装夹模块置于最上方，夹持不同尺寸规格、不同曲面形貌的软骨；

所述的六自由度宏观刚性驱动结构由十二个虎克铰结构（3）、六个伸缩杆（4）、下移动板（2）、上移动板（5）构成，刚性并联结构复合联动实现六自由度的宏观刚性驱动；底座（1）与下移动板（2）通过嵌套式连接，提供周向旋转运动；旋转手柄（20）相互呈120°固定连接在下移动板（2），以加大六自由度平台旋转运动范围；下移动板（2）与六个伸缩杆（4）之间利用虎克铰结构（3）耦合连接；上移动板（5）与六个伸缩杆（4）利用虎克铰结构（3）耦合连接；

所述的三自由度微观驱动柔性球铰结构由压电陶瓷（10）、球壳（12）、电源接线口（11）、上移动板支撑杆（6）构成，三个压电陶瓷（10）分别置于球壳（12）内，所述压电陶瓷（10）通过电源接线口（11）利用逆压电效应在通电情况下，三个压电陶瓷（10）发生耦合微观柔性驱动，利用球铰柔性结构特性带动装夹模块的铝质轻量化夹盘（7）微观精确运动，实现不规则曲面软骨的精准定位拟开展测试的微区；压电陶瓷（10）与上移动板支撑杆（6）通过螺纹紧固连接，上移动板支撑杆（6）固定在上移动板（5）上；压电陶瓷（10）为锆钛酸铅压电陶瓷PZT 的球形结构；

所述的装夹模块是：六个楔形夹爪（8）在铝质轻量化夹盘（7）内通过梯形内轨道（14）实现对中性定位，通过夹针（9）与轻量化夹盘（7）螺纹连接对楔形夹爪（8）进行紧定；楔形夹爪（8）上设置一级夹块（15）、二级可拆卸夹块（16）、三级可拆卸夹块（17）、四级夹块（18）；六个模块化楔形夹爪（8）非联动式复合工作，在梯形内轨道（14）实现对中性定位；

所述的传感与检测模块是组合式微型传感器（13），分别为线位移传感器、角位移传感器、压电式传感器，三个传感器呈圆形相互夹角为120º等间距分布；其中线位移传感器检测装置线性移动量，角位移传感器检测转过的角度，压电式传感器检测三个压电陶瓷不同的体积变化量，通过空间位姿的实时反馈精准调控并定位拟开展测试的微区。

2.根据权利要求1所述的软骨不规则表面力学性能测试的多自由度宏微驱动平台，其特征在于：所述的一级夹块（15）固定安装在卡爪上，一级夹块（15）装夹定位内径在5~10mm的软骨；二级可拆卸夹块（16）夹持内径20~40mm的指类软骨；三级可拆卸夹块（17）夹持40~60mm的软骨；四级夹块（18）固定安装在卡爪上，夹持内径55~140mm的软骨；在夹爪反向安装状态适用于夹持尺寸内径在70mm以上的软骨；铝质轻量化夹盘（7）内径为70mm，在装夹软骨与骨连接同时存在时，尺寸不大于70mm的软骨下方连接骨放在夹盘内径中空处；多级夹块复合联动配合实现对软骨夹持小尺寸到大尺寸的切换。

3.根据权利要求1所述的软骨不规则表面力学性能测试的多自由度宏微驱动平台，其特征在于：所述的三个压电陶瓷（10）与铝质轻量化夹盘（7）通过柔性球铰连接，采用压电驱动实现微观定位；在三个压电陶瓷的电源接线口（11）独立的选择通入不同电量或者不通电，实现对变形量的耦合；角位移传感器、线位移传感器、压电式传感器从多角度传感与检测，通过空间位姿实时反馈精准调控并定位拟开展测试的微区，保证微观驱动控制的定位精度；所述六自由度宏观刚性驱动结构利用六个伸缩杆（4）耦合运动完成上平台在空间六个自由度X，Y，Z，α，β，γ的运动；利用旋转手柄（20）解决宏观刚性运动转动幅度小问题；实现平台灵活的多自由度宏观驱动。

4.根据权利要求1-3任一项所述的软骨不规则表面力学性能测试的多自由度宏微驱动平台，其特征在于：平台的整体尺寸为：平台高度200mm，圆外径180mm，内径80mm mm；平台的底座（1）与下移动板（2）的中心区域预留CT成像通路（19），用于X射线通过；利用旋转手柄（20），实现所夹持样品360°回转；CT成像通路（19）的内径为50mm，实现与电子计算机X线断层扫描机CT的集成；中心区域预留CT成像用x射线的通路，便于开展压痕划痕测试过程中样品微区结构演化行为的实时原位表征，原位测试可以在开展力学性能测试的过程中，直接观测材料表面微区结构演化，建立力学作用与微结构演化间的实时相关性；通过旋转手柄（20）实现样品360°回转，用于同步辐射成像或显微CT成像对样品连续回转自由度的要求，实现对不规则软骨材料内部结构的精细三维重构。