[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

说明书

本发明涉及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，属于精密驱动领域。包括宏微驱动模块、装夹模块、传感与检测模块；宏微驱动模块的六自由度宏观刚性驱动结构安装在底座上，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；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上，实时反馈精准调控并定位拟开展测试的微区。优点在于：探针不动且不破坏软骨结构的情况下测定完整的软骨的微观力学性能：软骨表面全局的硬度、杨氏模量与摩擦系数等力学性能的分布特性等性能图谱。

技术领域

本发明涉及精密驱动领域，特别涉及一种刚柔耦合宏微驱动测试辅助仪器，尤指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，是一种多自由度刚柔耦合宏微驱动与不规则表面软骨安置夹持装置相结合的小型化软骨不规则表面力学性能测试平台。

背景技术

软骨表面为不规则曲面，对表面微区的力学性能测试需要对微区进行精准定位，需要载物平台实现多自由度运动实现微区的定位与调控，尤其是开展微区纳米压痕划痕测试，需要的定位精度较高，自由度较多，现有平台所能加持的均为规则性方块型试件，且只能实现X、Y两个方向的平动，其多为普通方形夹具，夹具利用丝杠连接进行对试件夹持与松紧，难以夹持不规则形状，所夹持的尺寸限定大，难以满足所需复合工况，不便于开展软骨微观力学性能测试。

发明内容

本发明的目的在于提供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，解决了现有技术存在的上述问题。本发明在纳米压痕划痕测试仪上的探针不动的情况下，可针对软骨不规则表面开展压痕与划痕测试，获取软骨表面全局的硬度、杨氏模量与摩擦系数等力学性能的分布特性。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。

软骨不规则表面力学性能测试的多自由度宏微驱动平台用以辅助服务软骨材料结构、性能测试。本发明的特点在刚柔耦合多自由度宏微驱动下，实现力学性能测试微区精准定位与不规则软骨检测区域无死角运动，可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。所设计的夹持夹具符合软骨不规则曲面特性，通过传感与检测单元控制运动变量，利用有限元分析法到软骨性能图谱，获取软骨表面全局的硬度、杨氏模量与摩擦系数等力学性能的分布特性。该平台的底座与下移动板的中心区域预留CT成像用x射线的通路，能够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。在开展基于CT的原位测试过程中，测试平台需要与CT集成，所设计平台需满足小型化，轻量化的需求，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。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

软骨不规则表面力学性能测试的多自由度宏微驱动平台，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；