颈椎生物力学行为的繁殖机制在Rotation-Traction操纵人类的脖子gydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

Rotation-traction操纵(RT)是一种常用的物理治疗过程中医(中医)颈椎病。这个过程暂时分离了C3和C4颈椎互相当医生不平稳的动作而适用于颈部由患者自愿转到一个特定的位置根据医生指示,颈椎的扭曲和锁定。然而,高速率的颈椎损伤发生时由于经验不足的医生实习生缺乏足够的训练。因此,我们开发了一种颈椎机制,模仿的动态行为在RT操纵人类的脖子。首先,gydF4y2Ba在活的有机体内gydF4y2Ba和gydF4y2Ba在体外gydF4y2Ba实验获得的生物力学特性曲线在RT操纵人类的脖子。第二,系统质-弹电磁离合器是设计用来模仿人类的整个动态响应的脖子。在这个系统中,春天是设计成直线和非线性捕捉软组织的粘弹性,和一个电磁离合器用于模拟颈椎的突然撤离。测试结果表明,该机制可以展览所需的行为RT操纵时以同样的方式在人类。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

颈椎病是一个通用的和非特异性的医学术语指的退行性变化,发展自发地随着年龄或其次由于外伤或其他病理条件。更具体地说,65岁,95%的病人是脊柱的退行性疾病的影响(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。在中国,这类疾病的发病率是总人口的3.8%和17.6%之间gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。颈椎病的治疗方法通常在本质上保守,和物理形态是首选治疗spine-related障碍(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。RT操纵是一种有效的物理治疗方法对颈椎病有轻微症状。在中医医院在全国普遍实行,这个过程由一个不平稳的操作应用的医生对病人的脖子上。控制临床研究由中国中医科学院望京医院已经表明,RT操纵可能放松粘连在硬脑膜的袖子,减少压缩和刺激的光盘,改善颈部硬膜外腔的循环和相对更有效的颈神经根病(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。然而,缺乏经验的医生实习生执行此疗法容易疏忽的错误,导致医疗事故事件从软组织挫伤脊椎严重受伤,即使专业医生的指导下。因此,装置,模拟了生物力学行为在RT操纵人类的脖子,可以客观地评价RT操纵性能将有利于培训医生和传播世界各地这种传统疗法。gydF4y2Ba

从工程的角度来看,活组织load-transmitting机制(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。因此,机械原理(例如,静力学、材料强度和应力分析)可以应用于颈椎的解决生理问题。在文献中,人类的生物力学行为的脖子一直在研究使用gydF4y2Ba在活的有机体内gydF4y2Ba和gydF4y2Ba在体外gydF4y2Ba方法(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。在gydF4y2Ba在活的有机体内gydF4y2Ba方法所需的力学参数,如位移、速度、加速度,以及外部力量应用于临床医生的直接测量使用专用的传感器系统。相比之下,gydF4y2Ba在体外gydF4y2Ba基于模型的方法。三种方法被用来研究人类颈椎生物力学的数学计算模型,如有限元分析(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba9gydF4y2Ba];人体测量测试假人(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba),如混合三世;和完整的尸体gydF4y2Ba11gydF4y2Ba,gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]或孤立的全颈椎(WCS)标本(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

为了应对对RT操纵训练设备的需求,我们设计了一个颈椎机制有三个自由度(自由度:两个转动关节和一个棱镜)复制在RT颈椎生物力学行为的操作和自动评价医生的性能在执行期间RT操纵以同样的方式在人类。描述这项工作的三个主要贡献如下:颈椎生物力学特征的提取gydF4y2Ba在活的有机体内gydF4y2Ba和gydF4y2Ba在体外gydF4y2Ba实验数据,一个非线性弹簧和一个电磁离合器的结合是为了捕捉颈椎生物力学行为的RT操作期间,和颈椎机制发展援助通过客观评价缺乏经验的从业者在提高他们的技能。gydF4y2Ba

本文的其余部分组织如下。颈椎生物力学参数的提取gydF4y2Ba在活的有机体内gydF4y2Ba和gydF4y2Ba在体外gydF4y2Ba在部分实验数据gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。提出了一个创新的模型和一个电磁离合器质-弹捕捉颈椎的生物力学特性。颈椎的集中参数模型和直线提出了非线性弹簧在随后的部分。机制设计和计算机仿真执行部分gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。最后,颈椎机制系统是建立能仿真突然加速度变化在应用程序不平稳的操作。此外,实验验证的有效性实现颈椎机制医生实习生的培训系统。gydF4y2Ba

2。在RT操纵颈椎生物力学参数gydF4y2Ba

2.1。RT操作操作gydF4y2Ba

RT操作包括四个步骤:头部空间,预紧拉的脖子,抽筋的行动,并归还。首先,病人在椅子上坐直,放松身体。病人在医生的指示下,主动把他/她的头向左或向右的生理限制,降低了对胸部的下巴,又把在同一个方向第一转动,直到的头不能进一步。第二,医生停轻轻地,慢慢地在病人的头部前臂同时严格保持下颌骨找到位置的颈椎是相互扭曲、锁定并确定应该施加的力的大小等,宫颈方面立即脱离他们的胶囊没有受伤。第三,准备干行动,医生可收放起落架稍微扭曲和锁定位置和应用高速和低烈度向上的混蛋。这系绳运动一起执行一个声音释放或开裂的声音,宣布成功操作。最后,医生逐渐放松前臂,这样病人的脖子可以自发地返回到其原始状态。图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba展示了一个场景,在该场景中,RT执行操作由一位有经验的医生。gydF4y2Ba

2.2。测量生物力学参数gydF4y2Ba在活的有机体内gydF4y2Ba

在RT操纵,只有面向垂直力预计,其他力量或扭矩可能会导致受伤。因此,一维垂直力代表一个标准衡量RT操纵。gydF4y2Ba

在gydF4y2Ba在活的有机体内gydF4y2Ba实验中,一个专用的测量装置,包括力传感器和加速度计是用来探测垂直力由医生的脖子,头部的感应加速度。应变仪作为力传感器,电阻变化被惠斯通电桥的输出。ADXL202双轴加速度传感器可以测量动态和静态加速度数字信号输出,和它的最大测量范围为±2 ~ 10 g。图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba显示了专用的测量装置和一个实验性的快照。gydF4y2Ba

力——标准RT操纵和acceleration-versus-time曲线绘制在图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba,我们得出这样的结论:预加载阶段通常持续2 ~ 5 s,同时,相比之下,牛肉干行动只持续大约110毫秒。两座山峰中存在强迫时间波形,第二峰值远高于第一。牵引力增加逐渐起初,之前第一个峰值,随后在一定程度上减少收缩的不平稳的行动。第二个峰值附近,牵引力特别是短时间内急剧变化。第二个峰值的价值被定义为最大的作用力。头部加速度跳跃积极最大的最大作用力,然后迅速降低时,施加力量消失了。数学上,抽筋的行动可以被描述为一个高速、低烈度,一维运动冲动。gydF4y2Ba

许多测试科目被望京医院应用系统的方式,这样的评估标准标准RT操纵已经推导出。统计分析后对肥胖,超重和正常体重患者组、生物力学参数的平均值和方差表中列出gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

分析颈椎的变刚度特性,在OptiTrack S250e三维(3 d)动作捕捉系统是用来测量头的位移在RT操纵。标记点(追踪)被安排在这个问题上的头部和躯干,如图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

数据处理和时间对齐后专用测量设备的测量,位移时间曲线绘制如图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,我们可以阅读相关的最大位移和位移加载阶段。gydF4y2Ba

2.3。测量的最大允许加速WCS标本gydF4y2Ba

限制最大允许加速颈椎是至关重要的,防止在RT操纵身体伤害,这样的加速度可以测量gydF4y2Ba在体外gydF4y2Ba通过使用一个轴材料测试设备(茨威格Roell BX1-EZ005 a4k - 000)模拟牛肉干行动WCS尸体标本(见图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

WCS标本在扭曲和锁定位置,安装和牛肉干力量大小50 N, 150 N, 250 N被加载时间间隔70毫秒,110毫秒,150毫秒,分别。给出了加速度表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,这表明,最大允许加速安全操纵RT大约是4600毫米/秒gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

3所示。颈椎模型gydF4y2Ba

3.1。颈椎的集总参数描述gydF4y2Ba

尽管他们的分布式特性,软组织,如皮肤、肌肉、软骨、韧带通常使用集中参数模型建模。一般来说,这些材料可以被视为表现出线性行为如果仍然很小。如果应变不超过1毫米,机械的行为被认为是线性粘弹性(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba),是模仿并行或串行组合相当不错的线性弹簧和线性阻尼器,如开耳文和麦克斯韦模型及其变体(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。描述软组织的接触行为在粘性影响巨大的情况下,狩猎和克罗斯利(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba)认为,模型将同意更好的物理直觉如果阻尼系数依赖于相对渗透率。进一步的研究表明,Hunt-Crossley模型符合restitution-characterised能量损失系数的概念在影响(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

不幸的是,现有的模型不能直接采用捕获颈椎在RT操纵的行为;随着应变远远大于1毫米,粘性效应不太微不足道由于低速在加载阶段,和一个滑动的现象发生在不平稳的行动的后果。的位移曲线如图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,大部分的位移加载阶段的结果。一起低速特性,颈椎在加载阶段的行为相当被非线性硬弹簧定位与线性阻尼器。此外,电磁力限制器模拟facet-sliding现象在不平稳的行动。当一名实习施加的力超过电磁铁的吸引力,电磁铁与电枢的分离,因此运动的加速度,直到出现沿导杆上机械停止的结束停止。颈椎模型和其往复运动示意图如图所示gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,将自动设置主管负责人“扭曲和锁定”的位置。gydF4y2Ba

3.2。动力学分析gydF4y2Ba

颈椎的动态模型描述如下:gydF4y2Ba(我)gydF4y2Ba在加载阶段,gydF4y2Ba (2)gydF4y2Ba在不平稳的行动阶段,3例存在。gydF4y2Ba

案例1。gydF4y2Ba电枢不接触较低的机械结束停止,或者联系下机械结束停止,但是gydF4y2Ba ,我们获得gydF4y2Ba

例2。gydF4y2Ba 。电磁铁是脱离电枢,吸引力逐渐下降。我们获得gydF4y2Ba 和电枢的动力是由gydF4y2Ba

例3。gydF4y2Ba移动组件上机械年底停止停止;在这种情况下,我们获得gydF4y2Ba (3)gydF4y2Ba在恢复阶段,两种情况的存在。gydF4y2Ba

案例1。gydF4y2Ba电磁铁是脱离电枢向下的动作时,我们获得gydF4y2Ba

例2。gydF4y2Ba电磁铁是附着在电枢,和他们一起向下移动直到电枢回到其初始位置,我们获得gydF4y2Ba

3.3。电磁铁gydF4y2Ba

考虑到圆柱电磁铁如图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba。我们假设磁通密度是均匀的电磁铁,气隙和电枢磁场强度之间的关系和磁通密度是线性的。忽略漏磁通,使用高斯定律,我们获得gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba和gydF4y2Ba磁铁的磁通密度,气隙,电枢,分别和gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba 相应的横截面区域。gydF4y2Ba

同样,由gydF4y2Ba安培定律gydF4y2Ba,我们获得gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba绕组的匝数,gydF4y2Ba是当前线,gydF4y2Ba和gydF4y2Ba的相对磁导率电磁铁芯和衔铁,分别和gydF4y2Ba 是自由空间的渗透性。此外,gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba 是磁芯的平均长度和电枢,分别和gydF4y2Ba气隙长度。所以,气隙中的磁通密度gydF4y2Ba是gydF4y2Ba 和电磁力计算气隙gydF4y2Ba

3.4。直线非线性弹簧gydF4y2Ba

的非线性弹簧是由滑块与轴对称曲线支持表面和四组弹簧轴承滚子径向对称排列,如图gydF4y2Ba9(一个)gydF4y2Ba。滑块能够自由上下移动导杆,并对曲线曲面的凸轮滚子压紧螺旋弹簧通过线性轴承。一些具有不同曲率的曲线表面可能连接在一起形成支持表面并没有直接联系。gydF4y2Ba

我们将作为一个例子的一个组成部分的支承面曲率半径gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba凸轮滚子上的受力分析如图gydF4y2Ba9 (b)gydF4y2Ba,在那里gydF4y2Ba代表了从螺旋弹簧和恢复力gydF4y2Ba和gydF4y2Ba正常和切向分量的支持力量,分别。让gydF4y2Ba表示凸轮滚子的半径,gydF4y2Ba滑块相对于参考位置的位移,gydF4y2Ba滑块的质量和头部,gydF4y2Ba外部力量。偏转角度计算gydF4y2Ba

首先,我们获得正常和切向力的平衡关系gydF4y2Ba 由此可见,gydF4y2Ba 。然而,由于螺旋弹簧的位移gydF4y2Ba ,我们写gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba和gydF4y2Ba是加载变形和螺旋弹簧的刚度,分别。因此,弹性力,不包括重力偏差,满足的方程gydF4y2Ba 因此,其刚度gydF4y2Ba

从上面的方程,我们知道刚度特性在一定程度上可以改变预加载变形的变化。此属性用于生成不同stiffness-displacement曲线相同的支持表面对应于肥胖,超重,正常体重的患者群体。gydF4y2Ba

4所示。设计和计算机模拟gydF4y2Ba

4.1。直线非线性弹簧gydF4y2Ba

非线性弹簧的刚度特性在颈椎的行为机制在加载阶段,惯性力和粘性的影响可以忽略。从图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba和表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba操纵,颈部的最大位移RT大约是50毫米,由内科医生和最大力量小于450 N在最糟糕的情况下,这是符合人体颈椎的生理拉宽容gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。的最大弹性力非线性弹簧设置为最大预紧力,也就是说,gydF4y2Ba 在gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 40毫米。适应参数的肥胖,超重,和正常体重患者组,螺旋弹簧的预紧变形gydF4y2BaσgydF4y2Ba调整生成不同的非线性弹簧的刚度特性,与给定的吗gydF4y2BaσgydF4y2Ba_{马克斯gydF4y2Ba}= 6毫米。gydF4y2Ba

三个不同的值gydF4y2BaσgydF4y2Ba= 1/3gydF4y2BaσgydF4y2Ba_{马克斯gydF4y2Ba},2/3gydF4y2BaσgydF4y2Ba_{马克斯gydF4y2Ba},gydF4y2BaσgydF4y2Ba_{马克斯gydF4y2Ba}被选中的肥胖,超重,正常体重的情况下,分别和相应的力量——和stiffness-displacement曲线绘制在图吗gydF4y2Ba10gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

根据直线非线性弹簧的刚度公式的理论推导,凸轮滚子的尺寸不是刚度有关,其作用只是力传输和被动伴随运动;因此,凸轮滚子半径gydF4y2BargydF4y2Ba= 10毫米。至于半径的确定gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba根据这三个参数的最大值(gydF4y2BaFgydF4y2Ba_{r,马克斯gydF4y2Ba},gydF4y2BaσgydF4y2Ba_{马克斯gydF4y2Ba},gydF4y2BaxgydF4y2Ba_{马克斯gydF4y2Ba})确定在上述声明中,直线的表达式的非线性弹簧刚度可以降低到一个只有相关gydF4y2BaRgydF4y2Ba和gydF4y2BakgydF4y2Ba;一般来说,春天用来转移需要有足够大的刚度。通过选择和重复检查,当gydF4y2BakgydF4y2Ba= 35.5 ~ 40 N /毫米,它可以满足强度条件和工作旅行条件,最后,gydF4y2BakgydF4y2Ba= 35.5 N / mm选择最好的价值gydF4y2BaRgydF4y2Ba可以获得,gydF4y2BaRgydF4y2Ba= 280毫米。gydF4y2Ba

4.2。电磁铁的选择gydF4y2Ba

电磁铁模仿滑动现象在不平稳的行动,和它的最大吸引力因此必须大于最大预紧力,但小于相对应的最大作用力肥胖组,被选为420 N。电磁铁的核心是纯铁做的gydF4y2BaμgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba= 4000,电枢是由碳钢gydF4y2BaμgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}= 100。电磁铁的其他参数选择如下:gydF4y2BaNgydF4y2Ba= 2,000转,gydF4y2BahgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba= 27毫米,gydF4y2BaRgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba= 25毫米,gydF4y2BaRgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba= 23毫米,gydF4y2BargydF4y2Ba= 20毫米,gydF4y2BalgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba= 0 ~ 4毫米。磁铁的吸引力是不同的绕组中通过调整电流。电磁铁的力-位移关系对肥胖,超重,正常体重患者组是绘制在图gydF4y2Ba11gydF4y2Ba最初,他们开始在420 N, 325 N, 283 N,分别。gydF4y2Ba

4.3。计算机模拟gydF4y2Ba

其他参数测定试验和错误,造型方面的力-位移曲线如图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba和gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。具体来说,我们使用,gydF4y2Ba米gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba= 9公斤(包括标准为成人头的重量7公斤,滑块的重量2公斤),gydF4y2Ba米gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba= 0.42公斤,gydF4y2BaRgydF4y2Ba= 280毫米,gydF4y2BakgydF4y2Ba= 35.5 N /毫米,机械有限滑块的最大行程的53毫米,gydF4y2BaxgydF4y2Ba_{马克斯gydF4y2Ba}= 55毫米,如果两个商业线性阻尼器的阻尼系数和指导棒150 N·s /毫米和2 N·s /毫米,分别。以肥胖组的情况为例,颈椎机制的动态行为模拟根据前面章节中描述的动力学。肥胖组在一个标准的作用力RT操纵gydF4y2BaFgydF4y2Ba(gydF4y2BatgydF4y2Ba)有义务遵守以下规则,从大量的实验数据中提取的生物力学研究:gydF4y2Ba(我)gydF4y2Ba最大预紧、牛肉干、最大力量,分别局限于230±50 N, 174±50 N, 362±75 N。gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba强迫时间曲线的斜率在加载阶段gydF4y2BakgydF4y2Ba_{精准医疗gydF4y2Ba}应该限制在一个范围82 ~ 201 N / s,不会发生突然加速,因此,患者不会感到不适在这个阶段。gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba牛肉干行动的破裂时间必须小于150 ms。gydF4y2Ba(iv)gydF4y2Ba结束时不平稳的行动,医生必须他/她的手臂慢慢向下,严格对病人的下巴,这样患者的颈椎逐渐回到原来的位置。gydF4y2Ba

如图gydF4y2Ba12gydF4y2Ba我们可以获得预期的位移,加速时间曲线与给定的参数,使用颈椎机制和应用gydF4y2BaFgydF4y2Ba(gydF4y2BatgydF4y2Ba)是构建符合上市规则。gydF4y2Ba

5。机械实现gydF4y2Ba

5.1。直线非线性弹簧gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba13gydF4y2Ba显示了一个非线性弹簧装置的原理图。滑块只能沿着导杆滑垂直,对支持和凸轮滚子压紧螺旋弹簧的表面,其加载变形gydF4y2BaσgydF4y2Ba通过手轮调整使用螺纹的螺母和螺栓来生成不同的非线性弹簧的刚度特性,以模仿肥胖,超重,和正常体重患者团体;重量越重集团设定的机制,迫使运营商需要发挥就越大。gydF4y2Ba

5.2。颈椎机制gydF4y2Ba

如图gydF4y2Ba14gydF4y2Ba、三自由度颈椎机制包括头、躯干和基座。模仿头部动作,双自由度头自动转70°向左或向右,向下弯曲30°,再次将进一步10°作为初始旋转方向相同。躯干包含一帧,两个线性阻尼器,一个电磁离合器和一个直线非线性弹簧。头之间的力传感器放置机制和非线性弹簧,衡量学员的力的头。使用可调滑块调整机制的高度,以适合不同身高的运营商。gydF4y2Ba

5.3。冲击载荷强度分析gydF4y2Ba

在不平稳的行动阶段,由于突然出现高负荷与较低的机械碰撞结束停止,一个瘦,矩形碳钢板。电磁铁自动退出电枢如果接触力大于或等于电磁吸引力。因此,最大冲击力是合理地认为是最大的吸引力gydF4y2BaFgydF4y2Ba_{新兴市场gydF4y2Ba}= 400 N均匀分布于一个环形接触区。静态失效分析是通过商业有限元分析软件Abaqus,薄板的应力分布曲线绘制在图gydF4y2Ba15gydF4y2Ba,碳钢210 gpa的杨氏模量,泊松比为0.3,极限抗拉强度gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_utgydF4y2Ba= 600 MPa,屈服强度gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_ygydF4y2Ba= 355 MPa。四面体网格应用,边界条件和加载条件设置如下。薄钢板固定两端,冲击荷载均匀分布在圆形环附近的圆孔。gydF4y2Ba

基于Mises-Hencky理论,也称为最大畸变能理论,当有效应力等于或大于材料的屈服强度,材料是无效的。的主要压力gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba和gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba的有效应力gydF4y2Ba表示为gydF4y2Ba

从图gydF4y2Ba15gydF4y2Ba最大有效应力gydF4y2Ba为45.9 MPa。因此,安全系数gydF4y2Ba是gydF4y2Ba 这表明的薄板充分满足强度要求Mises-Hencky理论。gydF4y2Ba

5.3.1。疲劳失效gydF4y2Ba

虽然静强度要求是满足,我们必须考虑需要经常使用,也就是说,薄板的疲劳寿命。疲劳极限强度gydF4y2Ba满足以下公式:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba是修改后的疲劳极限,gydF4y2Ba理论疲劳极限和吗gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba和gydF4y2Ba是修正因素。通常,的价值gydF4y2Ba不可用,必须生成一个粗略的近似获得估计设计计算。下面的关系(gydF4y2Ba23gydF4y2Ba)选择初始近似值。为碳钢gydF4y2Ba

因此,我们获得gydF4y2Ba 。修正因素如下所述:gydF4y2Ba(我)gydF4y2Ba表面因素:表面光洁度是要考虑的最重要的一个方面在疲劳寿命预测。Shigley [gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]显示表达式:gydF4y2Ba 因为薄钢板的表面加工,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba= 4.45 MPa和gydF4y2BabgydF4y2Ba=−0.265被选中时,豪厄尔的参考研究(gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。我们因此获得gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba大小的因素:分析下的组件通常有不同的尺寸比标准的疲劳试样。如果横截面积较大,较大的表面缺陷的可能性存在。Shigley推荐以下近似(gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]:gydF4y2Ba 因为这个方程考虑了尺寸效应,假设一个圆形截面在旋转时,弯曲,扭转,当量直径gydF4y2Ba不旋转的矩形截面尺寸gydF4y2Ba和gydF4y2Ba是gydF4y2Ba 对于薄板,我们使用gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba负载因素:因为只有存在于薄板弯曲,它遵循gydF4y2Ba (gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba(iv)gydF4y2Ba应力集中效应:大多数疲劳失效发生在应力集中,其效果是用数学表达gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba是应力集中系数。在参考机械设计手册gydF4y2Ba26gydF4y2Ba),应力集中系数的有限宽度与中央孔板gydF4y2Ba 中心孔的直径在哪里吗gydF4y2BadgydF4y2Ba= 60毫米,薄钢板的宽度gydF4y2BabgydF4y2Ba= 95毫米,高度gydF4y2BahgydF4y2Ba= 8毫米,如图gydF4y2Ba16gydF4y2Ba。因此,gydF4y2BaKgydF4y2Ba_fgydF4y2Ba= 1.57,gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

最后,我们获得gydF4y2Ba

因为最大有效应力gydF4y2Ba 从生活的压力曲线,我们得出结论gydF4y2Ba23gydF4y2Ba],薄板的疲劳寿命周期大于10gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba。此外,由于负载波动载荷的影响,平均应力gydF4y2Ba和交变应力gydF4y2Ba薄板可以计算的gydF4y2Ba

根据疲劳破坏理论为不完全扭转波动负载(gydF4y2Ba23gydF4y2Ba),gydF4y2Ba 满足疲劳强度的要求。gydF4y2Ba

6。实验验证和评价gydF4y2Ba

实验来验证实现颈椎的机器人能否复制人类颈椎的生物力学特性和评估性能在RT操作训练。首先,10熟练医师应邀对颈椎执行RT操纵机器人。他们都给积极评价操作相似的颈椎机器人和人类的话题。RT操作认可的医生,获得强迫时间曲线表明,该评估参数,最大预紧力,牛肉干力量,最大力量,和牛肉干的行动时间,落入容许范围。图gydF4y2Ba(17日)gydF4y2Ba情节强迫时间曲线在一个RT操纵,肥胖的选择设置,从强迫时间曲线中提取的参数和标准范围的比较表gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba17 (b)gydF4y2Ba显示,实习生操作不合格是因为以下缺点:(1)肉干时间太长生成干行动和(2)不平稳的力量是不足以达到上部机械结束停止。gydF4y2Ba

验证机制是否有利于改善医生实习生的操纵能力,30实习生被要求执行RT操纵颈椎机制,如图gydF4y2Ba18gydF4y2Ba。在培训之前,通过利率相关的四个关键参数小于40%。100年以后重复的训练,通过率都大大提高,其中一个通过率大于80%(见附加细节表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。所有的受试者口头采访后测试之间操纵人类的相似性和颈椎机制,和100%的受试者给予了积极评价。gydF4y2Ba

7所示。结论gydF4y2Ba

摘要RT操纵的生物力学性质测定gydF4y2Ba在活的有机体内gydF4y2Ba和gydF4y2Ba在体外gydF4y2Ba测量,因此,小说集中参数模型,提出了不同于常用的开耳文和Hunt-Crossley模型来捕获RT操纵的生物力学特性。在这个颈椎模型中,两个创新值得强调。第一个创新是使用直线非线性弹簧来捕获颈椎的刚度变化由于大的压力,第二是使用电磁铁模仿滑动现象,发生在RT操纵的不平稳的作用。提出了一种颈椎机制的动态模型,然后通过计算机仿真验证。最后,颈脊髓系统实现机制。颈髓实验结果表明,该机制能够忠实地复制人类颈椎的生物力学性质在RT操纵和有助于医生实习生的培训。gydF4y2Ba

命名法gydF4y2Ba

米gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba米gydF4y2Ba2gydF4y2Ba:gydF4y2Ba	分别为滑块的质量和电磁铁gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba春天gydF4y2Ba:gydF4y2Ba	非线性弹簧的弹性力gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba新兴市场gydF4y2Ba:gydF4y2Ba	电磁吸引力对电枢的电磁铁,gydF4y2BaFgydF4y2Ba米gydF4y2Ba电磁离合器的阈值吸引力gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	位移的非线性弹簧滑块与参考位置,gydF4y2BaxgydF4y2Ba米gydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2Ba马克斯gydF4y2Ba分别代表外力的位移达到基于阈值的电磁离合器和年底上机械在滑块停止时停止gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba新兴市场gydF4y2Ba:gydF4y2Ba	位移的电枢的参考位置时,电磁铁的分离gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2BaμgydF4y2Ba2gydF4y2Ba:gydF4y2Ba	阻尼系数的线性阻尼器和导杆,分别gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba混蛋gydF4y2Ba:gydF4y2Ba	起始时间的不平稳的行动。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

这项工作得到了国家自然科学基金(批准号61075080和61075080)。gydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba

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