一种柔性驱动轴刚度测量装置及方法
技术领域
本发明涉及刚度测量技术，具体是一种柔性驱动轴刚度测量装置及方法。
背景技术
微创介入治疗是治疗心血管疾病的主要手段之一，也用于肿瘤等部分疾病的治疗，是未来医疗行业重点发展的行业。微创介入治疗过程中动力的传输经常需要使用柔性驱动轴，其力学性能直接关系到治疗的可操作性和安全性。具体而言，若柔性驱动轴的刚度过大，则柔性驱动轴在治疗过程中无法成大角度弯曲，致使其无法穿过弯曲的路径而到达患处，有时即使能穿过，也由于过大的弯曲力作用在与之接触的组织，造成传动过程中组织的损伤，由此影响治疗的安全性。若柔性驱动轴的刚度过小，则柔性驱动轴在治疗过程中可操作性差，无法快速根据需求到达指定的患处，导致手术时间过长或者失败。因此，为了保证微创介入治疗过程的顺利进行，在设计和制作柔性驱动轴时需要根据使用病变部位的需求和医生操作上的需求，准确控制柔性驱动轴的刚度。而为了准确控制柔性驱动轴的刚度，必然需要对柔性驱动轴的刚度进行精确测量。但在现有技术条件下，尚无一种能够精确测量柔性驱动轴刚度的装置。
发明内容
本发明为了解决目前尚无一种能够精确测量柔性驱动轴刚度的装置的问题，提供了一种柔性驱动轴刚度测量装置及方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种柔性驱动轴刚度测量装置，包括基座、标尺、透明挡板、两个夹压条块、两根紧固螺钉；
所述基座包括半圆形立板；半圆形立板的直形段端面朝下，且半圆形立板的直形段端面延伸设置有矩形立板；
半圆形立板的前板面开设有半圆形凹槽，且半圆形凹槽的直形段槽壁朝上；半圆形凹槽的弧形段槽壁与半圆形立板的弧形段端面之间贯通开设有竖向扁孔和两个左右对称的横向扁孔；两个横向扁孔的上孔壁衔接为一体，且两个横向扁孔的前孔壁均与竖向扁孔的后孔壁齐平；半圆形凹槽的槽底开设有第I矩形凹槽；第I矩形凹槽的上槽壁与两个横向扁孔的上孔壁衔接为一体；第I矩形凹槽的下槽壁与半圆形凹槽的直形段槽壁衔接为一体；半圆形凹槽的直形段槽壁后边缘延伸设置有两个左右对称的第I限位条块；半圆形凹槽的直形段槽壁前边缘延伸设置有两个左右对称的第II限位条块；
矩形立板的前板面开设有第I竖向沟槽、两个左右对称的第II竖向沟槽、两个左右对称的第II矩形凹槽；第I竖向沟槽的上端贯通半圆形凹槽的直形段槽壁中部；第I竖向沟槽的下端贯通矩形立板的下端面中部；第I竖向沟槽的槽底与半圆形凹槽的槽底齐平；两个第II竖向沟槽的上端分别贯通半圆形凹槽的直形段槽壁左端和直形段槽壁右端；两个第II竖向沟槽的下端分别贯通矩形立板的下端面左部和下端面右部；两个第II竖向沟槽的槽底均与半圆形凹槽的槽底衔接为一体；两个第II矩形凹槽分别与两个第II竖向沟槽的上部连通为一体；两个第II矩形凹槽的槽底分别与两个第II竖向沟槽的槽底衔接为一体；位置靠左的第II矩形凹槽的左槽壁与矩形立板的左端面之间、位置靠右的第II矩形凹槽的右槽壁与矩形立板的右端面之间各贯通开设有一个横向螺孔；
标尺固定嵌设于第I矩形凹槽内；透明挡板可滑动地贯穿竖向扁孔；透明挡板的后板面下边缘分别与两个第I限位条块可分离地接触；透明挡板的前板面下边缘分别与两个第II限位条块可分离地接触；两个夹压条块分别可活动地嵌设于两个第II矩形凹槽内；两根紧固螺钉分别旋拧于两个横向螺孔内，且两根紧固螺钉的尾端面分别与两个夹压条块可分离地接触。
一种柔性驱动轴刚度测量方法(该方法是基于本发明所述的一种柔性驱动轴刚度测量装置实现的)，该方法是采用如下步骤实现的：
步骤一：先将基座水平放置，再将透明挡板从竖向扁孔内抽出，然后将两根紧固螺钉拧松，由此使得两根紧固螺钉的尾端面分别离开两个夹压条块；
步骤二：先将待测量的柔性驱动轴掰弯，再将柔性驱动轴嵌设于半圆形凹槽和两个第II竖向沟槽内，然后将两根紧固螺钉拧紧，由此使得两根紧固螺钉的尾端面分别顶推两个夹压条块，从而使得两个夹压条块分别夹压柔性驱动轴的两个直形段；调整柔性驱动轴的位置，使得柔性驱动轴的弧形段顶点对准标尺上的某一刻度值，读取并记录该刻度值；
步骤三：选取细线和砝码；先将细线嵌设于第I竖向沟槽内，再将细线的首端与柔性驱动轴的弧形段顶点固定，然后将砝码固定于细线的尾端；
步骤四：先将透明挡板插入竖向扁孔内，再将基座直立放置；此时，在砝码的重力作用下，砝码通过细线向下拉动柔性驱动轴的弧形段，由此使得柔性驱动轴的弧形段顶点向下移动并对准标尺上的某一刻度值，读取并记录该刻度值；在此过程中，柔性驱动轴的弧形段左部和弧形段右部同时鼓起并分别伸入两个横向扁孔内；
步骤五：根据两次记录的刻度值之差计算出柔性驱动轴的刚度，由此完成刚度测量；具体计算公式如下：
式中：Q表示柔性驱动轴的刚度；m表示砝码的质量；g表示重力加速度；s表示两次记录的刻度值之差。
本发明所述的一种柔性驱动轴刚度测量装置及方法基于全新的结构和原理，实现了精确、方便、快速地测量柔性驱动轴的刚度，由此实现了准确控制柔性驱动轴的刚度，从而保证了微创介入治疗过程的顺利进行。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了目前尚无一种能够精确测量柔性驱动轴刚度的装置的问题，适用于柔性驱动轴的设计和制作。
附图说明
图1是本发明所述的一种柔性驱动轴刚度测量装置的结构爆炸图一。
图2是本发明所述的一种柔性驱动轴刚度测量装置的结构爆炸图二。
图3是本发明所述的一种柔性驱动轴刚度测量方法的示意图。
图中：1-基座，2-标尺，3-透明挡板，4-夹压条块，5-紧固螺钉，6-半圆形凹槽，7-竖向扁孔，8-横向扁孔，9-第I矩形凹槽，10-第I限位条块，11-第II限位条块，12-第I竖向沟槽，13-第II竖向沟槽，14-第II矩形凹槽，15-横向螺孔，16-柔性驱动轴，17-细线，18-砝码。
具体实施方式
一种柔性驱动轴刚度测量装置，包括基座1、标尺2、透明挡板3、两个夹压条块4、两根紧固螺钉5；
所述基座1包括半圆形立板；半圆形立板的直形段端面朝下，且半圆形立板的直形段端面延伸设置有矩形立板；
半圆形立板的前板面开设有半圆形凹槽6，且半圆形凹槽6的直形段槽壁朝上；半圆形凹槽6的弧形段槽壁与半圆形立板的弧形段端面之间贯通开设有竖向扁孔7和两个左右对称的横向扁孔8；两个横向扁孔8的上孔壁衔接为一体，且两个横向扁孔8的前孔壁均与竖向扁孔7的后孔壁齐平；半圆形凹槽6的槽底开设有第I矩形凹槽9；第I矩形凹槽9的上槽壁与两个横向扁孔8的上孔壁衔接为一体；第I矩形凹槽9的下槽壁与半圆形凹槽6的直形段槽壁衔接为一体；半圆形凹槽6的直形段槽壁后边缘延伸设置有两个左右对称的第I限位条块10；半圆形凹槽6的直形段槽壁前边缘延伸设置有两个左右对称的第II限位条块11；
矩形立板的前板面开设有第I竖向沟槽12、两个左右对称的第II竖向沟槽13、两个左右对称的第II矩形凹槽14；第I竖向沟槽12的上端贯通半圆形凹槽6的直形段槽壁中部；第I竖向沟槽12的下端贯通矩形立板的下端面中部；第I竖向沟槽12的槽底与半圆形凹槽6的槽底齐平；两个第II竖向沟槽13的上端分别贯通半圆形凹槽6的直形段槽壁左端和直形段槽壁右端；两个第II竖向沟槽13的下端分别贯通矩形立板的下端面左部和下端面右部；两个第II竖向沟槽13的槽底均与半圆形凹槽6的槽底衔接为一体；两个第II矩形凹槽14分别与两个第II竖向沟槽13的上部连通为一体；两个第II矩形凹槽14的槽底分别与两个第II竖向沟槽13的槽底衔接为一体；位置靠左的第II矩形凹槽14的左槽壁与矩形立板的左端面之间、位置靠右的第II矩形凹槽14的右槽壁与矩形立板的右端面之间各贯通开设有一个横向螺孔15；
标尺2固定嵌设于第I矩形凹槽9内；透明挡板3可滑动地贯穿竖向扁孔7；透明挡板3的后板面下边缘分别与两个第I限位条块10可分离地接触；透明挡板3的前板面下边缘分别与两个第II限位条块11可分离地接触；两个夹压条块4分别可活动地嵌设于两个第II矩形凹槽14内；两根紧固螺钉5分别旋拧于两个横向螺孔15内，且两根紧固螺钉5的尾端面分别与两个夹压条块4可分离地接触。
位置靠左的夹压条块4的右表面、位置靠右的夹压条块4的左表面各粘附有一层海绵垫。使用时，海绵垫能够防止柔性驱动轴被压坏，由此保证无损检测。
两个第I限位条块10之间的距离小于两个第II限位条块11之间的距离。
半圆形凹槽6的半径为20mm～40mm、深度为3mm～6mm；第I竖向沟槽12的宽度为1mm～3mm、深度为3mm～6mm；两个第II竖向沟槽13的宽度均为1mm～3mm、深度均为3mm～6mm。
一种柔性驱动轴刚度测量方法(该方法是基于本发明所述的一种柔性驱动轴刚度测量装置实现的)，该方法是采用如下步骤实现的：
步骤一：先将基座1水平放置，再将透明挡板3从竖向扁孔7内抽出，然后将两根紧固螺钉5拧松，由此使得两根紧固螺钉5的尾端面分别离开两个夹压条块4；
步骤二：先将待测量的柔性驱动轴16掰弯，再将柔性驱动轴16嵌设于半圆形凹槽6和两个第II竖向沟槽13内，然后将两根紧固螺钉5拧紧，由此使得两根紧固螺钉5的尾端面分别顶推两个夹压条块4，从而使得两个夹压条块4分别夹压柔性驱动轴16的两个直形段；调整柔性驱动轴16的位置，使得柔性驱动轴16的弧形段顶点对准标尺2上的某一刻度值，读取并记录该刻度值；
步骤三：选取细线17和砝码18；先将细线17嵌设于第I竖向沟槽12内，再将细线17的首端与柔性驱动轴16的弧形段顶点固定，然后将砝码18固定于细线17的尾端；
步骤四：先将透明挡板3插入竖向扁孔7内，再将基座1直立放置；此时，在砝码18的重力作用下，砝码18通过细线17向下拉动柔性驱动轴16的弧形段，由此使得柔性驱动轴16的弧形段顶点向下移动并对准标尺2上的某一刻度值，读取并记录该刻度值；在此过程中，柔性驱动轴16的弧形段左部和弧形段右部同时鼓起并分别伸入两个横向扁孔8内；
步骤五：根据两次记录的刻度值之差计算出柔性驱动轴16的刚度，由此完成刚度测量；具体计算公式如下：
式中：Q表示柔性驱动轴16的刚度；m表示砝码18的质量；g表示重力加速度；s表示两次记录的刻度值之差。
所述步骤二和步骤四中，刻度值的读取是利用电子放大镜进行的。
所述步骤二中，柔性驱动轴16的弧形段顶点所对准的刻度值为零刻度值。
柔性驱动轴16的刚度的理论值计算公式为：
式中：E表示柔性驱动轴16的弹性模量；r表示柔性驱动轴16的弧形段半径；I表示柔性驱动轴16的惯性矩；A表示柔性驱动轴16的横截面积。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
