一种动物肢体拉伸仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种动物肢体拉伸仪，所述拉伸仪包括躯体支撑板、肢体固定器、传动装置和控制装置，所述肢体固定器对称设置于所述躯体支撑板两侧，所述肢体固定器通过传动装置与控制装置配合连接，具体实现方法为：（1）动物仰卧或俯卧的姿势固定于所述躯体支撑板上，动物的上肢和/或下肢通过肢体固定器进行固定，（2）在所述控制装置的操控下，所述传动装置带动肢体固定器进行拉伸运动；所述拉伸仪可以在活体动物模型上进行拉伸实验，并能够精确的确定拉伸的幅度、时间长度、频率等生物力学相关的参数。
【专利说明】一种动物肢体拉伸仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种拉伸加载装置，尤其是一种动物肢体拉伸仪。
【背景技术】
[0002]牵张力是决定细胞形变和功能的主要因素，人体及动物体内细胞的增殖、分化、迁移、凋亡等生物学过程受到包括力学因素在内的多种环境因素的影响。
[0003]在不同的张应力作用下细胞骨架的所有构件发生整体重排，从而导致细胞发生形变，细胞形状的改变发出信息并向胞核内传递而导致不同结果。目前的拉伸研究主要处在细胞水平，所涉及的拉伸实验装置也是对于细胞等微观结构的拉伸。然而，在体状态下研究细胞在生理状态下对应力的各种反应，包括体液静压力、流体剪切应力、电流及生化环境以及体外一系列复杂的环境，鲜有涉及。这样，导致在体细胞拉伸研究难以进行。
[0004]目前的拉伸研究主要处在细胞水平，所涉及的拉伸实验装置也是对于细胞等微观结构的拉伸。然而，在体状态下研究细胞在生理状态下对应力的各种反应，包括体液静压力、流体剪切应力、电流及生化环境以及体外一系列复杂的环境，鲜有涉及。用作探讨活体模型对机械应力的各种力学反应机制，对比动物活体模型与细胞模型的研究结果的活体肢体拉伸加载装置尚不存在。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种动物肢体拉伸仪。
[0006]本实用新型所要解决的另一技术问题在于提供具有上述动物肢体拉伸功能的拉伸仪的实现方法。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是:
[0008]一种动物肢体拉伸仪，包括躯体支撑板、肢体固定器、传动装置和控制装置，所述肢体固定器对称设置于所述躯体支撑板两侧，所述肢体固定器通过传动装置与控制装置配合连接。
[0009]优选的，上述动物肢体拉伸仪，所述躯体支撑板两侧边缘为齿状结构，该躯体支撑板的端部设置有头部固定器，使动物平躺于躯体支撑板时，保证头部与躯干部在同一平面上，所述肢体固定器由肢体摆臂和肢体固定支撑臂垂直固定组成，该肢体固定支撑臂的两侧边缘为齿状结构，通过躯体支撑板以及肢体固定支撑臂的齿状结构，利用线绳的缠绕，可以对动物进行紧密固定，所述肢体固定支撑臂既可以固定动物上肢，也可以固定动物下肢。
[0010]优选的，上述动物肢体拉伸仪，所述躯体支撑板中部为用于放置动物的凹面结构，所述肢体固定支撑臂中部为用于放置动物肢体的凹面结构。
[0011]优选的，上述动物肢体拉伸仪，所述肢体固定支撑臂为球窝关节，能够实现躯干平面内的转动。
[0012]优选的，上述动物肢体拉伸仪，所述头部固定器为软性头部固定器，即采用柔性绳材质的环状可伸拉结构。[0013]优选的，上述动物肢体拉伸仪，通过所述传动装置的齿轮和传动皮带的传动配合，实现对所述肢体固定器的拉伸控制。
[0014]优选的，上述动物肢体拉伸仪，所述传动装置还包括避免肢体固定器过度拉伸的限位部件。
[0015]优选的，上述动物肢体拉伸仪，所述控制装置包括角度刻度盘、控制面板、ARM开发板和伺服电机，其中，伺服电机用于提供动力，所述ARM开发板和伺服电机通信连接，信号交互，所述角度刻度盘和控制面板分别与所述ARM开发板线路连接。
[0016]优选的，上述动物肢体拉伸仪，所述ARM开发板包括电源模块、光电开关模块、GPIO接口模块、伺服驱动器并口接口模块、以及脉冲线驱动模块，其中，
[0017]电源模块，用于提供接口电路的电源；
[0018]光电开关模块，与电源模块线路连接，用于限定肢体固定器的拉伸位置；
[0019]GPIO接口模块，GPIO—个端口与光电开关模块线路连接，用于控制和监视角度刻度盘和控制面板所反馈的仪器拉伸状态；
[0020]伺服驱动器并口接口模块，与GPIO另一个端口线路连接，用于连接伺服电机；
[0021]脉冲线驱动模块，与GPIO再一个端口线路连接，用于滤除干扰。
[0022]优选的，上述动物肢体拉伸仪，所述脉冲线驱动模块包括施密特触发器、芯片S3C2440和芯片26LS31，光电开关模块输出的信号通过施密特触发器滤除尖刺干扰后，通过外部中断EINT3、EINT4通知芯片S3C2440，并在中断服务程序中采取保护措施，停止PWM(脉冲宽度调制)输出，以防肢体固定器的拉伸超过限位，芯片26LS31将GPIO接口模块输出的脉冲分为差分脉冲信号，增强信号的抗干扰能力。
[0023]优选的，上述动物肢体拉伸仪，所述保护措施指通过WinCE6.0底层的中断服务程序(Interrupt Service Routine, ISR)通知系统，并创建中断服务线程(InterruptService Thread, 1ST)，在1ST中实现对该中断的响应。
[0024]具有上述动物肢体拉伸功能的拉伸仪的实现方法，具体实现方法为:
[0025](I)动物仰卧或俯卧的姿势固定于所述躯体支撑板上，动物的上肢和/或下肢通过肢体固定器进行固定；
[0026](2)在所述控制装置的操控下，所述传动装置带动肢体固定器进行拉伸运动。
[0027]优选的，上述拉伸仪的实现方法，所述控制装置的实现控制方式为:
[0028](I)ARM开发板的电源模块通电，对ARM开发板的GPIO接口模块的模块信息进行开机上电初始化；
[0029](2)通过控制面板设置GPIO接口模块的模块信息，即对拉伸参数进行设置；
[0030](3) GPIO接口模块保存所设置的拉伸参数，并进行计算，得到对应的设置参数；
[0031](4)打开光电开关模块，脉冲线驱动模块滤除干扰后，伺服驱动器并口接口模块接收到GPIO接口模块传输的设置参数，控制伺服电机提供相应的动力，通过传动装置带动肢体固定器进行拉伸运动，时时拉伸参数通过角度刻度盘进行显示，直至拉伸完成，等待下次拉伸设置。
[0032]优选的，上述拉伸仪的实现方法，所述拉伸参数包括拉伸的幅度、时间长度、频率等生物力学相关的参数。
[0033]本实用新型的有益效果是:[0034]上述动物肢体拉伸仪，不仅能够精确的确定拉伸的幅度、时间长度、频率等生物力学相关的参数，而且使用范围非常广泛，例如，可用于大鼠动物模型的拉伸实验；该动物肢体拉伸仪可以在活体动物模型上进行拉伸实验，动力采用伺服电机提供，能够提供精确的控制，而智能控制的核心采用ARM开发板，不仅成本低廉，而且开发方便灵活，且能精确的控制拉伸量，从而能够对拉伸等生物力学因素对机体的影响进行研究，为进一步进行生物力学拉伸的临床应用实验打下基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是本实用新型提供的一种动物肢体拉伸仪的结构示意图，
[0036]图中:1_伺服电机2-躯体支撑板3-肢体摆臂4-角度刻度盘
[0037]5-肢体固定支撑臂6-固定杆7-机械限位臂
[0038]8-第一副从动齿轮传动轴9-第二副从动齿轮传动轴
[0039]10-主从动齿轮11-第一副从动齿轮12-第二副从动齿轮
[0040]13-机械限位挡板14-光电位置开关挡板15-传动皮带
[0041]16-伺服电机带动齿轮17-起始光电位置开关
[0042]18-极限位置光电开关19-构件安装板；
[0043]图2是动物肢体拉伸仪的控制装置的伺服电机与ARM开发板的接口电路图，
[0044]图中:P1为ARM开发板引出的信号接口，包括一些具有特殊功能的引脚，如外部中断信号EINT3、EINT4、定时器输出T0UT0、T0UT1等，以及若干GP10，
[0045]J1为DB25接口，用于连接伺服驱动器的控制接口，包含了伺服驱动器的脉冲输入、A、B、Z相脉冲反馈、信号输入IN1?IN4以及信号输出0UT1和0UT2，
[0046]U1、U2为施密特触发器,用于对ARM输出的光电脉冲进行滤波处理，以防信号中的尖刺噪声对伺服电机的动作产生干扰，
[0047]U3、U4为限位光电开关，用于确定传动轴背部挡板的位置，以防拉伸臂超过安全拉伸范围，
[0048]U5、U6分别为26LS31与26LS32，是一种线驱动器，用于将单相脉冲转换为差分脉冲信号或者进行相反的转换过程；
[0049]图3是具有上述动物肢体拉伸功能的拉伸仪的实现方法的流程图。
【具体实施方式】
[0050]为了使本领域的技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图及【具体实施方式】对本实用新型所述技术方案作进一步的详细说明。
[0051]如图1和图2所示，所述动物肢体拉伸仪，包括构件安装板、躯体支撑板、肢体固定器、传动装置和控制装置，所述控制装置包括角度刻度盘、控制面板、ARM开发板和伺服电机，其中，伺服电机用于提供动力，所述ARM开发板和伺服电机通信连接，信号交互，所述角度刻度盘和控制面板分别与所述ARM开发板线路连接，所述ARM开发板包括电源模块、光电开关模块、GP10接口模块、伺服驱动器并口接口模块、以及脉冲线驱动模块，其中，
[0052]电源模块，用于提供接口电路的电源；
[0053]光电开关模块，与电源模块线路连接，包括起始光电位置开关和极限位置光电开关，该起始光电位置开关和极限位置光电开关分别固定于所述构件安装板上，用于限定肢体固定器的拉伸位置；
[0054]GPIO接口模块，GPIO—个端口与光电开关模块线路连接，用于控制和监视角度刻度盘和控制面板所反馈的仪器拉伸状态；
[0055]伺服驱动器并口接口模块，与GPIO另一个端口线路连接，用于连接伺服电机；
[0056]脉冲线驱动模块，与GPIO再一个端口线路连接，用于滤除干扰，该脉冲线驱动模块包括施密特触发器、芯片S3C2440和芯片26LS31，光电开关模块输出的信号通过施密特触发器滤除尖刺干扰后，通过外部中断EINT3、EINT4通知芯片S3C2440，通过WinCE6.0底层的中断服务程序(Interrupt Service Routine, ISR)通知系统，并创建中断服务线程(Interrupt Service Thread, 1ST),在1ST中实现对该中断的响应,即在中断服务程序中采取保护措施，停止定时器的PWM (脉冲宽度调制)输出，置位相应标志位，并通知应用程序，以防肢体固定器的拉伸超过限位，芯片26LS31将GPIO接口模块输出的脉冲分为差分脉冲信号，增强信号的抗干扰能力；
[0057]所述躯体支撑板通过固定杆与所述构件安装板固定连接，所述躯体支撑板中部为用于放置动物的凹面结构，该躯体支撑板两侧边缘为齿状结构，该躯体支撑板的端部设置有软性头部固定器，软性固定器采用柔性绳材质，为环状可伸拉结构，使动物平躺于躯体支撑板时，保证头部与躯干部在同一平面上；所述肢体固定器对称设置于所述躯体支撑板两侦牝该肢体固定器由肢体摆臂和肢体固定支撑臂垂直固定组成，该肢体固定支撑臂为球窝关节，能够实现躯干平面内的转动，该肢体固定支撑臂的两侧边缘为齿状结构，通过躯体支撑板以及肢体固定支撑臂的齿状结构，利用线绳的缠绕，可以对动物进行紧密固定，所述肢体固定支撑臂既可以固定动物上肢，也可以固定动物下肢；
[0058]所述传动装置包括机械限位臂、第一副从动齿轮传动轴、第二副从动齿轮传动轴、主从动齿轮、第一副从动齿轮、第二副从动齿轮、机械限位挡板、光电位置开关挡板、传动皮带和伺服电机带动齿轮，其中，机械限位挡板、主从动齿轮、第一副从动齿轮和第二副从动齿轮分别通过第一副从动齿轮传动轴和第二副从动齿轮传动轴穿过所述构件安装板与所述肢体固定器的肢体摆臂相连接，其中，主从动齿轮与第一副从动齿轮连接在一起，同时，机械限位臂固定于所述构件安装板上，与机械限位臂配合，起到限位作用，所述光电位置开关挡板设置于所述主从动齿轮上，并与主从动齿轮轴动连接，该光电位置开关挡板与所述起始光电位置开关和极限位置光电开关配合，起到限位作用，所述主从动齿轮和伺服电机带动齿轮通过传动皮带传动连接，该伺服电机带动齿轮与所述控制装置的伺服电机相连接。
[0059]上述动物肢体拉伸仪工作原理简述如下:
[0060]应用上述动物肢体拉伸仪，其传动是伺服电机通过传动皮带来带动主从动齿轮，主从动齿轮与第一副从动齿轮连接在一起，第一副从动齿轮和第二副从动齿轮通过齿轮相啮合，来带动肢体摆臂进行拉伸。在拉伸过程中的角度显示可通过角度刻度盘进行指示。所述拉伸仪的位置限定分为两个部分，一部分是由起始光电位置开关、极限位置光电开关与光电位置开关挡板组成的电气限位部分，电气限位部分来限定拉伸的起始位置与最大角度；另一部分是机械限位臂和机械限位挡板组成的机械限位部分，机械限位部分来避免拉伸造成损伤。躯体支撑板与肢体固定支撑臂上布有的齿状结构的小的固定用缺口，用来满足柔性固定需求。
[0061]如图3所示，具有上述动物肢体拉伸功能的拉伸仪的实现方法，具体实现方法为:
[0062](1)动物仰卧或俯卧的姿势固定于所述躯体支撑板上，动物的上肢和/或下肢通过肢体固定器进行固定；
[0063](2)在所述控制装置的操控下，所述传动装置带动肢体固定器进行拉伸运动。
[0064]具体实现过程为:
[0065](1) ARM开发板的电源模块通电，对ARM开发板的GP10接口模块的模块信息进行开机上电初始化；
[0066](2)通过控制面板设置GP10接口模块的模块信息，即对拉伸参数进行设置，所述拉伸参数包括拉伸的幅度、时间长度、频率等生物力学相关的参数；
[0067](3) GP10接口模块保存所设置的拉伸参数，并进行计算，得到对应的设置参数；
[0068]因伺服电机运行在位置模式下，因而通过控制其输入的位置脉冲的频率和脉冲数来控制电机转动的速度和角度。在ARM9控制板上，通过定时器的PWM模式来输出脉冲信号，通过设置定时器参数即可控制脉冲信号频率、占空比以及脉冲数量，拉伸的角度、速度和时间的计算公式如下:
[0069]
【权利要求】
1.一种动物肢体拉伸仪，其特征在于:包括躯体支撑板、肢体固定器、传动装置和控制装置，所述肢体固定器对称设置于所述躯体支撑板两侧，所述肢体固定器通过传动装置与控制装置配合连接。
2.根据权利要求1所述的动物肢体拉伸仪，其特征在于:所述躯体支撑板两侧边缘为齿状结构，该躯体支撑板的端部设置有头部固定器，使动物平躺于躯体支撑板时，保证头部与躯干部在同一平面上，所述肢体固定器由肢体摆臂和肢体固定支撑臂垂直固定组成，该肢体固定支撑臂的两侧边缘为齿状结构，通过躯体支撑板以及肢体固定支撑臂的齿状结构，利用线绳的缠绕，可以对动物进行紧密固定，所述肢体固定支撑臂既可以固定动物上肢，也可以固定动物下肢；所述躯体支撑板中部为用于放置动物的凹面结构，所述肢体固定支撑臂中部为用于放置动物肢体的凹面结构。
3.根据权利要求2所述的动物肢体拉伸仪，其特征在于:所述肢体固定支撑臂为球窝关节，能够实现躯干平面内的转动。
4.根据权利要求2所述的动物肢体拉伸仪，其特征在于:所述头部固定器为采用柔性绳材质的环状可伸拉结构。
5.根据权利要求1所述的动物肢体拉伸仪，其特征在于:通过所述传动装置的齿轮和传动皮带的传动配合，实现对所述肢体固定器的拉伸控制，所述传动装置还包括避免肢体固定器过度拉伸的限位部件。
6.根据权利要求1所述的动物肢体拉伸仪，其特征在于:所述控制装置包括角度刻度盘、控制面板、ARM开发板和伺服电机，其中，伺服电机用于提供动力，所述ARM开发板和伺服电机通信连接，信号交互，所述角度刻度盘和控制面板分别与所述ARM开发板线路连接。
7.根据权利要求6所述的动物肢体拉伸仪，其特征在于:所述ARM开发板包括电源模块、光电开关模块、GPIO接口模块、伺服驱动器并口接口模块、以及脉冲线驱动模块，其中， 电源模块，用于提供接口电路的电源； 光电开关模块，与电源模块线路连接，用于限定肢体固定器的拉伸位置； GPIO接口模块，GPIO 一个端口与光电开关模块线路连接，用于控制和监视角度刻度盘和控制面板所反馈的仪器拉伸状态； 伺服驱动器并口接口模块，与GPIO另一个端口线路连接，用于连接伺服电机； 脉冲线驱动模块，与GPIO再一个端口线路连接，用于滤除干扰。
8.根据权利要求7所述的动物肢体拉伸仪，其特征在于:所述脉冲线驱动模块包括施密特触发器、芯片S3C2440和芯片26LS31，光电开关模块输出的信号通过施密特触发器滤除尖刺干扰后，通过外部中断EINT3、EINT4通知芯片S3C2440，并在中断服务程序中采取保护措施，停止脉冲宽度调制输出，以防肢体固定器的拉伸超过限位，所述保护措施指通过WinCE6.0底层的中断服务程序通知系统，并创建中断服务线程，在中断服务线程中实现对该中断的响应；芯片26LS31将GPIO接口模块输出的脉冲分为差分脉冲信号，增强信号的抗干扰能力。
【文档编号】A61B19/00GK203506917SQ201320632758
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年10月14日
【发明者】吴金鹏, 龚智勇, 吕恒勇, 胡甜甜, 李迎新 申请人:中国医学科学院生物医学工程研究所