一種壓力刺激試驗裝置、系統及方法
2023-04-23 02:53:56
一種壓力刺激試驗裝置、系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種壓力刺激試驗裝置、系統及方法，其中上述系統主要包括壓力刺激試驗裝置、PC控制系統、PLC控制器和步進電機驅動器；在具體結構中壓力刺激試驗裝置由包括施力組件和所述施力組件同軸排布設置的測力組件。本發明提供的壓力刺激試驗裝置、系統及方法，通過控制系統對壓力刺激試驗裝置進行自動化控制，通過自動化控制壓力刺激試驗裝置可進行精確施加壓力的控制，並通過實際反饋的壓力測量信號進行反饋調節和再補償；確保壓力刺激試驗的試驗壓力結果都是準確真實的，並可以提供得到真實精確的試驗結果，達到了試驗要求。
【專利說明】一種壓力刺激試驗裝置、系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫療器械裝備【技術領域】，尤其是涉及一種壓力刺激試驗裝置、系統及方法。
【背景技術】
[0002]臨床醫學以及基礎醫學領域中，在製造實驗模型、疼痛程度評估、疼痛相關表情、行為以及生理參數變化等系列疼痛科學研究中往往需要對人體或動物體施加壓力，以期達到壓力刺激誘發的痛覺。傳統的機械性傷害性壓力刺激誘發疼痛的設備不能達到遠程控制、精準控制的要求，通常需要實驗人員手持操作，且在壓力刺激誘發疼痛的過程中，存在壓力值及時間變量的可控制性差，精準度低，數據反饋不完整等問題，從而影響疼痛科學研究、疼痛臨床評價的準確性。
[0003]因此，現有技術的壓力刺激誘發疼痛的方式所施加的壓力值精準度低、可調節性差，痛覺刺激的持續時間以及相鄰刺激的間隔時間都無法準確控制，而且不具備壓力反饋及再調節功能，實驗過程中的安全性能差。同時，實驗人員的現場操作在一定程度上對受試者或實驗動物產生心理影響，很顯然現有技術的壓力刺激誘發疼痛的方式無法實現預期目標。
[0004]綜上所述，如何克服現有技術中的技術缺陷是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種壓力刺激試驗裝置、系統及方法，以解決上述技術問題。
[0006]為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的:
[0007]本發明提供的一種壓力刺激試驗裝置，包括施力組件和所述施力組件同軸排布設置的測力組件，其中:
[0008]所述施力組件包括依次設置的電機、絲槓、滾珠絲槓螺母、連接板、直線軸承、光槓、壓力彈簧、承力臺和承力板；所述電機與所述絲槓同軸轉動連接；所述絲槓與所述滾珠絲槓螺母螺紋連接；所述連接板的一端固定連接在所述滾珠絲槓螺母的頂部；所述連接板的另一端固定連接在所述直線軸承的頂部；所述直線軸承、所述連接板和所述壓力彈簧沿著所述光槓自下而上依次套接，且所述連接板接觸連接所述壓力彈簧的底部；所述壓力彈簧上端與所述承力臺下端接觸連接；所述承力臺與所述承力板接觸連接；
[0009]所述測力組件包括自上而下依次設置的頂蓋、稱重測力傳感器、壓力接觸頭；其中，所述頂蓋的底部設置有用於作為所述承力臺滑動的軌道腔體；所述頂蓋的所述軌道腔體內自上而下依次排列設置所述稱重測力傳感器、所述壓力接觸頭、所述承力板和所述承力臺；所述稱重測力傳感器設置在所述頂蓋的底面與所述壓力接觸頭之間，並與所述壓力接觸頭電連接；所述壓力接觸頭的底部與所述承力板的頂面貼合，實際工作狀態下可分離；實際工作狀態下，所述壓力接觸頭的底部與所述承力板的頂面之間分離，形成試驗腔體，所述試驗腔體用於固定受力人體部位。
[0010]優選的，作為一種可實施方案，所述壓力刺激試驗裝置還包括機架；所述施力組件還包括設置在所述電機的底部的承接板，所述承接板分別與所述機架和所述電機固定連接；所述機架還與所述絲杆的兩端通過軸承固定連接。
[0011]優選的，作為一種可實施方案，所述施力組件還包括設置在所述電機的底部的聯軸器:所述聯軸器的兩端分別與所述電機的輸出軸與所述絲槓鍵連接。
[0012]優選的，作為一種可實施方案，所述施力組件還包括設置在所述絲槓的頂端的深溝球軸承，所述深溝球軸承與所述絲槓的頂端成軸承配合連接。
[0013]優選的，作為一種可實施方案，所述施力組件還包括設置所述絲槓的尾端的止推軸承，所述止推軸承與所述絲槓的尾端成軸承配合連接。
[0014]優選的，作為一種可實施方案，所述測力組件還包括直線軸承；所述直線軸承豎直固定連接在所述機架上，且所述直線軸承與所述連接板滑動連接。
[0015]優選的，作為一種可實施方案，在所述測力組件結構中，所述壓力接觸頭與所述承力板可拆卸連接。所述連接板為鋼板。
[0016]優選的，作為一種可實施方案，在所述施力組件結構中，所述電機為步進電機；所述壓力彈簧為圓柱螺旋狀壓力彈簧。
[0017]相應地，本發明還提供了一種壓力刺激試驗系統，包括上述的壓力刺激試驗裝置，還包括控制系統；
[0018]所述控制系統具體包括PC控制系統、PLC控制器和步進電機驅動器，其中:所述PC控制系統包括PC輸入界面、計算模塊和指令控制模塊和反饋模塊；
[0019]所述PC輸入界面模塊，用於接收用戶輸入的預設的壓力值、次數、時間的輸入參數值；
[0020]所述計算模塊，用於根據所述輸入參數值，計算得到控制所述PLC控制器的參變量;
[0021]所述指令控制模塊，用於根據所述PLC控制器的參變量生成控制指令發給所述PLC控制器；
[0022]所述PLC控制器，用於接收所述指令控制模塊發送且生成的控制指令產生系列脈衝輸出信號，並輸出所述系列脈衝輸出信號，對所述步進電機驅動器進行邏輯控制；
[0023]所述步進電機驅動器，用於接收所述PLC控制器發來的所述系列脈衝輸出信號，對所述電機進行驅動控制；
[0024]所述反饋模塊，用於接收所述稱重測力傳感器檢測的實際輸出壓力值；
[0025]其中:所述PLC控制器的參變量包括指定頻率和時長；所述系列脈衝輸出信號包括指定頻率信號和時長信號。
[0026]相應地，本發明還提供了一種壓力刺激試驗方法，使用上述的壓力刺激試驗系統，所述壓力刺激試驗方法具體包括如下步驟:
[0027]PC控制系統接收用戶輸入的預設的壓力值、次數、時間的輸入參數值；根據輸入參數值，計算得到控制PLC控制器的參變量；再根據PLC控制器的參變量生成控制指令發給PLC控制器；
[0028]PLC控制器接收指令控制模塊發送且生成的控制指令產生系列脈衝輸出信號，並輸出系列脈衝輸出信號，對步進電機驅動器進行控制邏輯控制；
[0029]步進電機驅動器接收PLC控制器發來的系列脈衝輸出信號，對電機進行驅動控制；
[0030]PC控制系統最後接收稱重測力傳感器檢測的實際輸出壓力值。
[0031]與現有技術相比，本發明實施例的優點在於:
[0032]本發明提供的一種壓力刺激試驗裝置、系統及方法，分析上述壓力刺激試驗系統結構可知，其主要有機械執行部分和控制部分兩部分組成；其中控制部分主要由PC控制系統、PLC控制器和步進電機驅動器等組成；
[0033]上述PC控制系統在其PC硬體的基礎上通過軟體應用(包括各個處理模塊)實現的控制:首先，PC輸入界面模塊可以接收用戶輸入的預設的壓力值、次數、時間的輸入參數值；計算模塊可以根據所述輸入參數值，計算得到控制所述PLC控制器的參變量；指令控制模塊可以根據所述PLC控制器的參變量生成控制指令發給PLC控制器；PLC控制器(即可編程邏輯控制器主要用於控制機械的生產過程)作為實現對步進電機進行邏輯控制的器件，其可以通過調節指定頻率和時長等控制節點，實現對步進電機的數字邏輯控制。即PC機通過軟體平臺(即應用模塊)控制PLC的脈衝信號發生器端產生系列輸出信號，對步進電機驅動器和步進電機進行控制，形成動力源(隨後動力源經過一系列機械聯動和動力轉換，將輸入轉動機械能量轉化為彈簧壓縮量，產生不同大小的壓力，實現了不同壓力的痛覺刺激。)，在此過程中控制系統完成了對步進電機的轉速、指定頻率和時長、扭矩等進行調節控制；然而步進電機其轉速、指定頻率和時長、扭矩等因素都會決定上述施力組件驅動對側的測力組件中的圓柱螺旋狀壓力彈簧的彈性形變量(進而影響其施加壓力的大小)；最終通過控制系統即可實現精確的壓力刺激(即定量的施加壓力痛覺刺激)，與此同時改變和調節PLC控制器上的指定頻率和時長的控制節點，便可以實現單次「痛覺刺激持續時間」以及多次「痛覺刺激施加間隔時間」的精確控制調節。
[0034]最後，PC控制系統還可以接收稱重測力傳感器檢測的實際輸出壓力值(即反饋信號)；隨後對反饋信號進行判別，決定是否對力進行補償。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]為了更清楚地說明本發明【具體實施方式】或現有技術中的技術方案，下面將對【具體實施方式】或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0036]圖1為本發明實施例提供的壓力刺激試驗裝置的結構示意圖；
[0037]圖2為本發明實施例提供的壓力刺激試驗系統的結構原理示意圖；
[0038]圖3為本發明實施例提供的壓力刺激試驗方法的步驟流程示意圖；
[0039]附圖標記:
[0040]1-電機；2-承接板；3-聯軸器；
[0041]4-深溝球軸承； 5-絲槓；6-滾珠絲槓螺母；
[0042]7-止推軸承；8-光槓；9-直線軸承；
[0043]10-連接板；11-壓力彈簧；12-承力臺；
[0044]13-承力板；14-壓力接觸頭；15-稱重測力傳感器；
[0045]16-頂蓋；100-壓力刺激試驗裝置；101-PC控制系統；
[0046]102-PLC控制器；103-步進電機驅動器。
【具體實施方式】
[0047]下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0048]在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0049]在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0050]下面通過具體的實施例子並結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。
[0051 ] 參見圖1，本發明實施例提供的一種壓力刺激試驗裝置，包括施力組件和所述施力組件同軸排布設置的測力組件，其中:
[0052]所述施力組件包括依次設置的電機1、絲槓5、連接板10、滾珠絲槓螺母6、光槓8、直線軸承9、壓力彈簧11、承力臺12和承力板13 ;所述電機I與所述絲槓5同軸轉動連接；所述絲槓5與所述滾珠絲槓螺母6螺紋連接；所述連接板10的一端固定連接在所述滾珠絲槓螺母6的頂部；所述連接板10的另一端固定連接在所述直線軸承9的頂部；所述直線軸承9、所述連接板10和所述壓力彈簧11沿著所述光槓8自下而上依次套接，且所述連接板10接觸連接所述壓力彈簧11的底部；所述壓力彈簧11上端與所述承力臺12下端接觸連接；所述承力臺12與所述承力板13接觸連接；需要說明的是，連接板即用於連接固定施力組件和測力組件的基板，其可以選擇使用多種材料，例如:作為一種優選的可實施方式選擇使用鋼板作為連接板；上述電機可以選擇伺服電機或是步進電機、變頻電機等，並不局限於使用步進電機；只是作為最優選的可實施方式，可以選擇使用步進電機作為驅動動力源。
[0053]所述測力組件包括自上而下依次設置的頂蓋16、稱重測力傳感器15和壓力接觸頭14 ;其中，所述頂蓋16的底部設置有用於作為所述承力臺12滑動的軌道腔體；所述頂蓋16的所述軌道腔體內自上而下依次排列設置所述稱重測力傳感器15、所述壓力接觸頭14、所述承力板13和所述承力臺12 ;所述稱重測力傳感器15設置在所述頂蓋16的底面與所述壓力接觸頭14之間，並與所述壓力接觸頭14電連接；所述壓力接觸頭14的底部與所述承力板13的頂面貼合，實際工作狀態下可分離；實際工作狀態下，所述壓力接觸頭14的底部與所述承力板13的頂面之間分離，所述試驗腔體用於固定受力人體部位。
[0054]需要說明的是，上述連接板、上述圓柱螺旋壓力彈簧和上述承力臺排列設置；所述承力臺用於承接下方所述圓柱螺旋壓力彈簧傳遞的壓力，順序傳遞給承力板上面的受力物(如手指，手指即可以作為人體實現痛感試驗的身體部位)；頂蓋還可以起到一定的防塵、固定作用，與此同時上述頂蓋將作為承力臺滑動軌道。
[0055]需要說明的是，本發明實施例中的關於電機是如何進行控制可以選擇多種控制方式，例如:配合使用PLC控制器和電機驅動器對電機進行控制，也可以選用變頻器或是模擬電路對伺服電機進行控制；但是作為一種優選的可實施方案，應該選用PLC控制器和電機驅動器以及步進電機的組合方式。
[0056]下面對本發明實施例提供的壓力刺激試驗裝置的具體結構做一下詳細說明:
[0057]在具體的壓力刺激試驗裝置的結構中，上述壓力刺激試驗裝置具體還包括機架；所述施力組件還包括設置在所述電機的底部的承接板2，所述承接板2分別與所述機架和所述電機I固定連接；即承接板的主要是將電機固定在機架上；所述機架還與所述絲杆的兩端通過軸承固定連接。
[0058]具體地，所述施力組件還包括設置在所述電機的底部的聯軸器3:所述聯軸器3的兩端分別與所述電機I的輸出軸與所述絲槓5鍵連接。
[0059]需要說明的是，即通過上述鍵連接的連接方式可知:上述聯軸器主要起動力傳遞作用，其可以將電機轉動扭矩傳遞給絲槓，進而實現絲槓的同軸轉動(即同軸轉動連接)；
[0060]具體地，所述施力組件還包括設置在所述絲槓5的頂端的深溝球軸承4，所述深溝球軸承4與所述絲槓5的頂端成軸承配合連接。所述施力組件還包括設置所述絲槓的尾端的止推軸承7，所述止推軸承7與所述絲槓5的尾端成軸承配合連接。
[0061]需要說明的是，即上述深溝球軸承主要用於固定絲槓的頂端。然而止推軸承其可以承受豎直方向的載荷，其主要用於固定絲槓的尾端；止推軸承是用來專門承受軸向力的專用軸承，其承受軸平行的方向的力載荷的能力和作用更加突出。
[0062]具體地，所述測力組件還包括直線軸承9 ;所述直線軸承9豎直固定連接在所述機架上，且所述直線軸承9與所述連接板10滑動連接。
[0063]具體地，在所述測力組件結構中，所述壓力接觸頭14與所述承力板13可拆卸連接。需要說明的是，通過不同的壓力接觸頭的調換，可以實現最合適的施壓條件；
[0064]具體地，在所述施力組件結構中，所述電機I為步進電機；所述壓力彈簧11為圓柱螺旋狀壓力彈簧。
[0065]如圖1所示，下面對本發明實施例中的壓力刺激試驗裝置的具體各個組成結構構造分別做一下簡要介紹:
[0066]電機I (在其中一個實施方式中為步進電機):由步進電機驅動器直接控制，是機械系統部分的輸入端、動力源；承接板2:將步進電機固定在機架上；聯軸器3:起動力傳遞作用，將電機轉動傳遞給絲槓轉動；深溝球軸承4:固定絲槓；絲槓5:運動形式轉化，將絲槓轉動轉化為滾珠絲槓螺母的直線運動；滾珠絲槓螺母6:與絲槓形成滾珠絲槓螺母副；止推軸承7:固定絲槓、承受豎直方向的載荷；光槓8: (I)、傳遞直線運動，為直線軸承和承力板提供直線運動的軌道(2)、作為彈簧的導杆，防止彈簧失穩；直線軸承9:傳遞直線運動；連接板10(即鋼板):固聯滾珠絲槓螺母和直線軸承；壓力彈簧11 (即在一種優選的可實施方式中其特指圓柱螺旋壓力彈簧):能量轉換，將直線位移轉化為彈簧勢能實現指定壓力；承力臺12:承接下方彈簧壓力，傳遞給承力板上面的受力物(如手指)；承力板13:固定受力物位置；壓力接觸頭14:通過不同的壓力接觸頭的調換，實現最合適的施壓條件；稱重測力傳感器15:檢測力、反饋力；頂蓋16:防塵、固定、作為承力臺滑動軌道。
[0067]需要說明的是，分析上述壓力刺激試驗裝置的機械執行機構可知:電機作為測力組件中直接的動力輸出設備其被固定在機架上，其在旋轉過程中將會帶動聯軸器以及絲槓同軸轉動；由於絲槓與滾珠絲槓螺母螺紋連接，這樣上述這些零件組成了「螺紋螺杆傳動機構」。在絲槓以不同的轉動方向轉動時，其絲槓上配合的滾珠絲槓螺母也將進行豎直向上或是豎直向下的移動；例如:在連接板豎直向上移動時(在此過程中由於連接板的一端固定連接在滾珠絲槓螺母的頂部；連接板的另一端固定連接了側力組件中的壓力彈簧上；即壓力彈簧和連接板的另一端沿著光槓自下而上依次套接)，測量組件中的壓力彈簧也將受壓變形產生彈性變形。最後通過承力臺、承力板、壓力接觸頭、稱重測力傳感器、頂蓋實現逐級的壓力傳遞。由於承力板的底面與承力臺的頂面之間形成試驗腔體用於固定受力物(例如，人體手指)；在此過程中電機輸出動力經過一系列機械聯動和動力轉換，將輸入轉動機械能量轉化為彈簧壓縮量，產生不同大小的壓力，實現了不同壓力的痛覺刺激。其中，當壓力最終傳遞給稱重測力傳感器時，稱重測力傳感器還可以根據所受壓力檢測得到實際輸出的壓力值；
[0068]需要說明的是，PC控制系統與稱重測力傳感器和PLC控制器均建立的通信連接(即圖2中串口線示意了相關連接關係)；具體地，稱重測力傳感器與PC控制系統存在接口連接(例如:RS232總線串口、RS485總線串口等其他總線串口方式)；本發明實施例中的PLC控制器可以採用不同的通訊協議與上位機(即PC機或稱PC控制系統)連接，可以通過RS232的串口通訊，或者通過RS485串行通訊，當用上位機(即PC機)和PLC控制器通訊的時候不但可以採用傳統的D形式的串行通訊，還可以採用更適合工業控制的雙線的PR0FIBUS-DP通訊。關於通信模板的選擇屬於本領域技術人員能夠理解的公知常識，本發明實施例對此不再贅述。即PC機或稱PC控制系統通過串口線直接與現場可編程邏輯控制器進行通信，在PC機配置過程中需設置串口屬性與現場PLC串口匹配，串口屬性主要有:波特率、停止位、奇偶校驗、數據位、流控制。在建立無線通信鏈路前，設置網絡通信協議(所述網絡通信協議為傳輸控制協議/網際網路協議(TCP/IP))，成功建立通訊後，PLC控制器接收所採集的數據及從伺服器(即PC控制系統)接收到的控制指令，實現實時控制。這樣通過通訊接口以及稱重測力傳感器檢測的壓力大小反饋給控制系統以便於實現後續的壓力補
\-ZX O
[0069]具體地，PC控制系統(即PC機)對反饋信號進行判別，決定是否對力進行補償；即PC控制系統判斷當實際輸出壓力值小於所要求輸出壓力值時，可以再通過PLC控制器實現壓力補償控制；PC控制系統判斷當實際輸出壓力值大於所要求輸出壓力值時，可以再通過PLC控制器減少對壓力輸入的控制。
[0070]相應地，參見圖2，本發明實施例還提供了一種壓力刺激試驗系統，包括上述的壓力刺激試驗裝置100，還包括控制系統；
[0071]所述控制系統具體包括PC控制系統10UPLC控制器102和步進電機驅動器103，其中:所述PC控制系統包括PC輸入界面、計算模塊和指令控制模塊和反饋模塊；
[0072]所述PC輸入界面模塊，用於接收用戶輸入的預設的壓力值、次數、時間的輸入參數值；
[0073]所述計算模塊，用於根據所述輸入參數值，計算得到控制所述PLC控制器的參變量;
[0074]所述指令控制模塊，用於根據所述PLC控制器的參變量生成控制指令發給所述PLC控制器；
[0075]所述PLC控制器，用於接收所述指令控制模塊發送且生成的控制指令產生系列脈衝輸出信號，並輸出所述系列脈衝輸出信號，對所述步進電機驅動器進行控制邏輯控制；
[0076]所述步進電機驅動器，用於接收所述PLC控制器發來的所述系列脈衝輸出信號，對所述電機進行驅動控制；
[0077]所述反饋模塊，用於接收所述稱重測力傳感器檢測的實際輸出壓力值；
[0078]其中:所述PLC控制器的參變量包括指定頻率和時長；所述系列脈衝輸出信號包括指定頻率信號和時長信號。
[0079]分析上述壓力刺激試驗系統結構可知，其主要有機械執行部分和控制部分兩部分組成；其中控制部分主要由PC控制系統、PLC控制器和步進電機驅動器等組成；
[0080]上述PC控制系統在其PC硬體的基礎上通過軟體應用(包括各個處理模塊)實現的控制:首先，PC輸入界面模塊可以接收用戶輸入的預設的壓力值、次數、時間的輸入參數值；計算模塊可以根據所述輸入參數值，計算得到控制所述PLC控制器的參變量；指令控制模塊可以根據所述PLC控制器的參變量生成控制指令發給PLC控制器；PLC控制器(即可編程邏輯控制器主要用於控制機械的生產過程)作為實現對步進電機進行邏輯控制的器件，其可以通過調節指定頻率和時長等控制節點，實現對步進電機的數字邏輯控制。即PC機通過軟體平臺(即應用模塊)控制PLC的脈衝信號發生器端產生系列輸出信號，對步進電機驅動器和步進電機進行控制，形成動力源(隨後動力源經過一系列機械聯動和動力轉換，將輸入轉動機械能量轉化為彈簧壓縮量，產生不同大小的壓力，實現了不同壓力的痛覺刺激。)，在此過程中控制系統完成了對步進電機的轉速、指定頻率和時長、扭矩等進行調節控制；然而步進電機其轉速、指定頻率和時長、扭矩等因素都會決定上述施力組件驅動對側的測力組件中的圓柱螺旋狀壓力彈簧的彈性形變量(進而影響其施加壓力的大小)；最終通過控制系統即可實現精確的壓力刺激(即定量的施加壓力痛覺刺激)，與此同時改變和調節PLC控制器上的指定頻率和時長的控制節點，便可以實現單次「痛覺刺激持續時間」以及多次「痛覺刺激施加間隔時間」的精確控制調節。
[0081]最後，PC控制系統還可以接收稱重測力傳感器檢測的實際輸出壓力值(即反饋信號)；隨後對反饋信號進行判別，決定是否對力進行補償。
[0082]本發明實施例提供的上述壓力刺激試驗系統，自動化程度高，其結合壓力刺激試驗裝置以及控制系統可進行精確施加壓力的控制，並通過實際反饋的壓力測量信號進行反饋調節和再補償；確保壓力刺激試驗的試驗壓力結果都是準確真實的，並可以提供得到真實精確的試驗結果，達到了試驗要求。
[0083]基於同一發明構思，本發明實施例還提供了一種壓力刺激試驗方法，由於此方法解決問題的原理與前述一種壓力刺激試驗系統的各項功能相似，因此，此方法的實施可以通過前述系統具體功能實現，重複之處不再贅述。
[0084]相應地，參見圖3，本發明實施例還提供了一種壓力刺激試驗方法，使用上述的壓力刺激試驗系統，具體包括如下步驟:
[0085]步驟S100、所述PC控制系統接收用戶輸入的預設的壓力值、次數、時間的輸入參數值；根據所述輸入參數值，計算得到控制PLC控制器的參變量；再根據所述PLC控制器的參變量生成控制指令發給所述PLC控制器；
[0086]步驟S200、所述PLC控制器接收所述指令控制模塊發送且生成的控制指令產生系列脈衝輸出信號，並輸出所述系列脈衝輸出信號，對所述步進電機驅動器進行控制邏輯控制；
[0087]步驟S300、所述步進電機驅動器接收所述PLC控制器發來的所述系列脈衝輸出信號，對所述電機進行驅動控制；
[0088]步驟S400、所述PC控制系統最後接收所述稱重測力傳感器檢測的實際輸出壓力值。
[0089]下面簡述一下整個系統的控制動作說明:1、向pc界面中輸入預設的壓力值、次數、時間等參數；2、軟體算法生成一段程序輸入至PLC ;3、PLC脈衝信號發生器發出指定頻率、時長的信號至步進電機驅動器；4、步進電機驅動器驅動步進電機轉動；5、步進電機帶動滾珠絲槓螺母副，將轉動轉化為直線運動；6、直線軸承將直線位移轉化為彈簧壓縮量，產生所需壓力；7、壓力通過傳感器反饋給pc軟體，若力的大小不在指定範圍內，則重新發出信號進行補償；
[0090]最後需要說明的是，本發明實施例提供的壓力刺激試驗系統:1、採用了軟體系統平臺進行遠程控制，減少施加痛覺刺激試驗過程中的幹擾因素。2、控制系統的傳遞者為可編程PLC控制器，可通過多種形式施加痛覺刺激。比如:以5s為一個階段，施加三個階段逐漸加強的力。3、採用了轉動轉化為位移的方式，使得輸出端的輸出力更容易控制，反饋補償性能更好。4、採用了機械和軟體的雙重安全保險措施，降低誤操作導致受測人受傷。
[0091]本發明實施例提供的壓力刺激試驗裝置、系統及方法，其中應用壓力刺激試驗系統可以根據實驗需求，控制施加相應大小的力，從而實現指定等級的痛覺刺激。與此同時，其結合巧妙的機械結構設計以及自動化控制系統實現了定量的施加壓力痛覺刺激控制，單次「痛覺刺激持續時間」的控制以及多次「痛覺刺激施加間隔時間」的精準控制。通過本儀器的控制系統，可實現多次、定時、定頻、定量的精準痛覺刺激。因此，本發明實施例提供的壓力刺激試驗裝置、系統及方法，可實現的功能更為多樣，操作更加便捷，且試驗結果真實可靠。
[0092]最後應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。
【權利要求】
1.一種壓力刺激試驗裝置，其特徵在於， 包括施力組件和所述施力組件同軸排布設置的測力組件，其中: 所述施力組件包括依次設置的電機、絲槓、滾珠絲槓螺母、連接板、直線軸承、光槓、壓力彈簧、承力臺和承力板；所述電機與所述絲槓同軸轉動連接；所述絲槓與所述滾珠絲槓螺母螺紋連接；所述連接板的一端固定連接在所述滾珠絲槓螺母的頂部，所述連接板的另一端固定連接在所述直線軸承的頂部；所述直線軸承、所述連接板和所述壓力彈簧沿著所述光槓自下而上依次套接，且所述連接板接觸連接所述壓力彈簧的底部；所述壓力彈簧上端與所述承力臺下端接觸連接；所述承力臺與所述承力板接觸連接； 所述測力組件包括自上而下依次設置的頂蓋、稱重測力傳感器、壓力接觸頭；其中，所述頂蓋的底部設置有用於作為所述承力臺滑動的軌道腔體；所述頂蓋的所述軌道腔體內自上而下依次排列設置所述稱重測力傳感器、所述壓力接觸頭、所述承力板和所述承力臺；所述稱重測力傳感器設置在所述頂蓋的底面與所述壓力接觸頭之間，並與所述壓力接觸頭電連接；所述壓力接觸頭的底部與所述承力板的頂面貼合，實際工作狀態下可分離；實際工作狀態下，所述壓力接觸頭的底部與所述承力板的頂面之間分離，形成試驗腔體，所述試驗腔體用於固定受力人體部位。
2.根據權利要求1所述的壓力刺激試驗裝置，其特徵在於， 所述壓力刺激試驗裝置還包括機架；所述施力組件還包括設置在所述電機的底部的承接板，所述承接板分別與所述機架和所述電機固定連接；所述機架還與所述絲杆的兩端通過軸承固定連接。
3.根據權利要求1所述的壓力刺激試驗裝置，其特徵在於， 所述施力組件還包括設置在所述電機的底部的聯軸器:所述聯軸器的兩端分別與所述電機的輸出軸與所述絲槓鍵連接。
4.根據權利要求1所述的壓力刺激試驗裝置，其特徵在於， 所述施力組件還包括設置在所述絲槓的頂端的深溝球軸承，所述深溝球軸承與所述絲槓的頂端成軸承配合連接。
5.根據權利要求1所述的壓力刺激試驗裝置，其特徵在於， 所述施力組件還包括設置所述絲槓的尾端的止推軸承，所述止推軸承與所述絲槓的底端成軸承配合連接。
6.根據權利要求1所述的壓力刺激試驗裝置，其特徵在於， 所述測力組件還包括直線軸承；所述直線軸承豎直固定連接在所述連接板上，且所述直線軸承與所述光槓滑動連接。
7.根據權利要求1所述的壓力刺激試驗裝置，其特徵在於， 在所述測力組件結構中，所述壓力接觸頭與所述承力板可拆卸連接；所述連接板為鋼板。
8.根據權利要求1所述的壓力刺激試驗裝置，其特徵在於， 在所述施力組件結構中，所述電機為步進電機；所述壓力彈簧為圓柱螺旋狀壓力彈簧。
9.一種壓力刺激試驗系統，其特徵在於，包括如權利要求1-8任一項所述的壓力刺激試驗裝置，還包括控制系統； 所述控制系統具體包括PC控制系統、PLC控制器和步進電機驅動器，其中:所述PC控制系統包括PC輸入界面模塊、計算模塊和指令控制模塊和反饋模塊； 所述PC輸入界面模塊，用於接收用戶輸入的預設的壓力值、次數、時間的輸入參數值；所述計算模塊，用於根據所述輸入參數值，計算得到控制所述PLC控制器的參變量；所述指令控制模塊，用於根據所述PLC控制器的參變量生成控制指令發給所述PLC控制器； 所述PLC控制器，用於接收所述指令控制模塊發送且生成的控制指令產生系列脈衝輸出信號，並輸出所述系列脈衝輸出信號，對所述步進電機驅動器進行控制邏輯控制； 所述步進電機驅動器，用於接收所述PLC控制器發來的所述系列脈衝輸出信號，對所述電機進行驅動控制； 所述反饋模塊，用於接收所述稱重測力傳感器檢測的實際輸出壓力值； 其中:所述PLC控制器的參變量包括指定頻率和時長；所述系列脈衝輸出信號包括指定頻率信號和時長信號。
10.一種壓力刺激試驗方法，其特徵在於，使用如權利要求9所述的壓力刺激試驗系統，所述壓力刺激試驗方法具體包括如下步驟: 所述PC控制系統接收用戶輸入的預設的壓力值、次數、時間的輸入參數值；根據所述輸入參數值，計算得到控制PLC控制器的參變量；再根據所述PLC控制器的參變量生成控制指令發給所述PLC控制器； 所述PLC控制器接收所述指令控制模塊發送且生成的控制指令產生系列脈衝輸出信號，並輸出所述系列脈衝輸出信號，對所述步進電機驅動器進行控制邏輯控制； 所述步進電機驅動器接收所述PLC控制器發來的所述系列脈衝輸出信號，對所述電機進行驅動控制； 所述PC控制系統最後接收所述稱重測力傳感器檢測的實際輸出壓力值。
【文檔編號】A61B5/00GK104382559SQ201410710586
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】於生元, 謝敬聃, 白逸冰, 王志強, 劉若卓, 董釗 申請人:於生元, 謝敬聃