專利名稱：動物離心收縮訓練儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種動物離心收縮訓練儀，主要用于動物離心收縮運動訓練和動物離心收縮運動干預實驗以及對訓練和實驗后動物肌肉組織反應的檢測。
背景技術：
肌肉收縮時所受外界負荷力矩大于肌肉所產生的力矩，肌肉就會發(fā)生離心收縮， 已有研究表明，離心收縮運動對肌腱損傷的臨床病癥有明顯的緩解作用，目前已有多種動物離心收縮運動模型應用于肌肉損傷的實驗研究中，該類模型在用于引發(fā)肌肉急性損傷研究中具有很高的效率，但是，現有的動物離心收縮運動模型都具有裝置本身不能靈活調節(jié)， 負載量不可調控和對實驗動物造成身體創(chuàng)傷等缺陷。

實用新型內容為了克服現有技術的上述缺陷，本實用新型提供了一種動物離心收縮訓練儀，該裝置不但可以靈活調節(jié)，還具有負載量可調和對實驗動物身體不產生創(chuàng)傷的特點。為了實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案是一種動物離心收縮訓練儀， 包括用于放置和固定被測動物的訓練儀本體，其特征在于還包括機械式外力施力裝置和向心收縮刺激裝置，所述機械式外力施力裝置包括用于向被測動物施以外力的可往復運動的壓板，所述向心收縮刺激裝置設有用于刺激被測動物肌肉收縮的刺激電極。所述機械式外力施力裝置通常還包括控制所述壓板往復運動的傳動機構和驅動所述傳動機構的電機。所述向心收縮刺激裝置通常包括用于產生向心收縮刺激信號的刺激器，所述刺激器的刺激信號輸出端連接所述刺激電極。所述動物離心收縮訓練儀還可以包括電控裝置，所述電控裝置優(yōu)選包括上位機和依照所述上位機的控制指令調控所述電機運動的電機控制器，所述電機控制器的控制信號輸出端連接所述電機的控制信號輸入端，所述刺激器的刺激信號輸入端連接所述上位機的刺激信號輸出端。所述動物離心收縮訓練儀還可以包括信號采集處理器和與所述信號采集處理器的感應信號輸入端連接的感應器，所述感應器的感應端設有與被測動物連接的連接構件， 所述信號采集處理器的感應信號輸出端連接所述上位機的感應信號輸入端。所述刺激電極的端部優(yōu)選設有用于刺入被測動物的被測肢體相應位置的刺激針或所述刺激電極本身即構成所述刺激針，所述上位機和電機控制器之間設有嵌入式控制器，所述嵌入式控制器設有操作面板，所述操作面板上設有控制所述電機運動參數的控制按鈕。所述壓板上可以設有傳感器，優(yōu)選為力傳感器，所述力傳感器的感應信號輸出端經A/D變換器連接到所述嵌入式控制器的感應信號輸入端。所述動物離心收縮訓練儀通常還包括用于給所述電機供電的可變電壓/電流源，
3所述可變電壓/電流源連接至所述嵌入式控制器，所述可變電壓/電流源依據所述嵌入式控制器的電源控制指令改變所述可變電壓/電流源的輸出電壓/電流。所述訓練儀本體通常包括用于放置被測動物軀體的基礎平臺、用于放置被測動物的被測肢體的支撐臺和用于安裝所述支撐臺的支桿，所述支桿安裝在所述基礎平臺上，所述支撐臺與所述支桿之間采用具有多個自由度的活動連接。所述支撐臺臺面上優(yōu)選設有用于放置被測動物被測肢體的一個帶坡度的圓滑凹槽，所述支撐臺外周側面設有用于固定被測動物肢體的捆綁帶。本實用新型的有益效果是(1)通過嵌入式控制器集中控制機械式外力施力裝置和向心收縮刺激裝置，可方便地使被測動物產生離心收縮運動，簡單、可調，且控制精確；(2)利用相應的電控裝置實現對電機的閉環(huán)控制，可方便且精確地調控施加給被測動物的外力，以容易地掌控離心訓練的負荷，以滿足各種參數組合下的動物離心收縮運動相關的實驗要求；(3)用柔軟的捆綁帶固定被測動物的被測肢體，用十分安全的刺激針刺激被測對象的被測肢體，并通過感應器感應被測對象的受力，對被測動物基本不產生身體傷害；(4)所述支撐臺和所述支桿之間采用具有多個自由度的活動連接，最大限度地適應被測動物不同姿態(tài)的要求，并可以消除被測動物間個體的差異，實現了所述訓練儀自身的靈活可調。

圖1為本實用新型的各部分組成示意圖；圖2為本實用新型的控制部分的原理框圖。
具體實施方式
如圖1和圖2所示，本實用新型提供了一種動物離心收縮訓練儀，包括用于放置和固定被測動物的訓練儀本體，還包括機械式外力施力裝置和向心收縮刺激裝置，所述機械式外力施力裝置包括用于向被測動物施以外力的可往復運動的壓板4，所述向心收縮刺激裝置設有用于刺激被測動物肌肉收縮的刺激電極，所述機械式外力施力裝置可以包括控制所述壓板往復運動的傳動機構和驅動所述傳動機構的電機3。所述壓板在所述電機和傳動機構的帶動下可作直線形式的往復運動或做與被測動物的被測肢體運動形式相適應的弧形擺動，或其他適宜的往復運動形式，為了便于對所施加外力的控制，優(yōu)選使所述壓板做直線往復運動，相應地，所述傳動機構是將電機的擺動轉化為壓板的直線往復運動，如所述傳動機構可以是齒輪齒條傳動機構，所述齒輪與所述電機的輸出軸同軸連接，所述壓板安裝在所述齒條上。通過向心收縮刺激裝置，可迫使被測動物產生肌肉向心收縮，再通過所述機械式外力施力裝置施加外力，特別是使該外力負荷力矩大于肌肉所產生的力矩，肌肉就會發(fā)生離心收縮，即通過所述機械式外力施力裝置和向心收縮刺激裝置的聯合作用，迫使被測動物產生離心收縮運動。通常，為結構簡化起見，可以使所述壓板作上下或略有傾斜的直線往復運動，向下移動時壓制被測動物的腿(或其他被測肢體，下同)向下彎作離心運動，運動到位后通過適當的復位件(例如復位彈簧)將壓板抬起恢復原位，而被測動物的腿在電極的電擊刺激下重新彈起，進入下一個動作循環(huán)。在此情況下，所述驅動電機可以通過減速器與將旋轉運動轉化為直線運動的傳動機構連接所述壓板，所述壓板可以位于被測動物的被測肢體。也可以根據被測動物被測肢體的離心運動軌跡，將壓板的運動方式設置為弧形， 相應地，所述傳動機構應采用將旋轉運動轉化為擺動的傳動機構，以便將所述減速器輸出的轉動轉化為與其連接的擺桿的擺動，所述壓板連接在所述擺桿的端部。為保證壓板往復動作的準確性，減少累積誤差，所述驅動電機優(yōu)選步進電機。為保證快速復位，所述傳動機構中可以設有能將所述壓板的某個單一方向上的運動限制在一個相對較短的行程內的裝置，如利用棘輪與復位彈簧相配合實現所述壓板壓制被測動物的方向上到位后能夠盡快產生復位運動，從而實現復位的快速。所述向心收縮刺激裝置可以包括用于產生向心收縮刺激信號的刺激器，所述刺激器的刺激信號輸出端連接所述刺激電極7，用于刺激被測動物的相應部位肌肉產生向心收縮。為了便于與被測動物可靠連接以避免被測動物受到刺激后動作導致所述刺激電極脫落，所述刺激電極的端部優(yōu)選設有用于刺入被測動物的被測肢體相應位置的刺激針或所述刺激電極本身即構成所述刺激針，在被測動物受到刺激針刺激產生肌肉的向心收縮時，優(yōu)選在所述被測動物的被測肢體的屈膝方向利用所述壓板施加大于向心收縮力5% -10%的離心力，使其膝關節(jié)做離心收縮運動。所述動物離心收縮訓練儀還可以包括電控裝置，所述電控裝置優(yōu)選包括上位機1 和依照所述上位機的控制指令調控所述電機運動的電機控制器2，所述電機控制器的控制信號輸入端可以直接連接于所述上位機的控制信號輸出端。所述電機控制器是該動物離心收縮訓練儀的控制系統的核心，所述電機控制器的控制信號輸出端連接所述電機的控制信號輸入端，所述刺激器的刺激信號輸入端連接所述上位機的刺激信號輸出端。所述動物離心收縮訓練儀還可以包括信號采集處理器6和與所述信號采集處理器的感應信號輸入端連接的感應器8，所述感應器的感應端設有與被測動物連接的連接構件，所述連接構件可以為具有一定張力的細繩、捆扎帶或其他適宜的形式。為了連接的可靠性，優(yōu)選將所述細繩或捆扎帶套在被測動物的被測肢體相應位置，所述信號采集處理器的感應信號輸出端連接所述上位機的感應信號輸入端。所述上位機和電機控制器之間優(yōu)選設有嵌入式控制器，所述上位機和所述嵌入式控制器之間優(yōu)選采用USB接口控制器連接，所述嵌入式控制器和所述電機控制器之間優(yōu)選通過控制接口連接。所述嵌入式控制器可以設有操作面板，所述操作面板上設有控制所述電機運動參數的控制按鈕。所述壓板上可以設置傳感器，優(yōu)選為力傳感器，所述力傳感器采集到所述機械式外力施力裝置的動作執(zhí)行終的實際輸出力或力矩的大小，并反饋給所述嵌入式控制器，用于形成控制閉環(huán)。當所述力傳感器的輸出為模擬量時，還應將所述力傳感器的感應信號輸出端先連接一 A/D變換器，所述A/D變換器的另一端連接到所述嵌入式控制器的感應信號輸入端，由所述嵌入式控制器實現對所述機械式外力施力裝置的閉環(huán)控制。所述嵌入式控制器根據力的反饋結果修正其對所述電機的動力參數，如力矩和擺角，并通過改變輸出給所述電機控制器的控制指令改變所述電機的輸出，進而控制所施加的外力的大小，從而實
5現對外力的實時、精確控制，進而有助于完成對被測控對象的精密和實時控制與測量。所述動物離心收縮訓練儀還可以包括用于給所述電機供電的可變電壓/電流源， 所述可變電壓/電流源連接至所述嵌入式控制器，所述可變電壓/電流源依據所述嵌入式控制器的電源控制指令改變所述可變電壓/電流源的輸出電壓/電流，其中可變電壓優(yōu)選在4-12伏之間進行調控。所述訓練儀本體可以包括用于放置被測動物軀體的基礎平臺，用于放置被測動物的被測肢體的支撐臺9和用于安裝所述支撐臺的支桿10，所述支桿安裝在所述基礎平臺上，所述支撐臺的數量優(yōu)選為兩個，對稱分布于所述基礎平臺上方的兩側，所述支撐臺與所述支桿之間采用具有多個自由度的活動連接，從而最大限度地適應被測動物不同姿態(tài)的要求，并可以消除被測動物間個體的差異，各個所述支桿和所述基礎平臺的連接均可采用螺紋連接。所述支撐臺臺面上優(yōu)選設有用于放置被測動物被測肢體的一個帶坡度的圓滑凹槽，以方便被測肢體的放置，也是從被測動物舒適度上考慮的優(yōu)化形式，所述支撐臺外周側面設有用于固定被測動物肢體的捆綁帶。下面結合一實例介紹本實用新型的具體操作方法和步驟(1)將被測動物的軀體平躺置于所述基礎平臺上，將其被測肢體上的髖關節(jié)部位用捆綁帶固定在支撐臺的圓滑凹槽上；(2)將被測動物的髖關節(jié)固定成屈曲90度，膝關節(jié)初始位置處于90度，小腿可在 90-135度之間做屈伸運動；(3)將感應器連接在被測肢體伸膝位135度時的脛骨末端；(4)在被測肢體的股直肌的相應位置刺入電極刺激針(優(yōu)選正極在股直肌中點， 負極在髕骨止點20mm處)，另一側肢體刺入刺激針，但不連接電極，留作空白對照；(5)施加離心運動負荷在上位機輸入一組參數，以輸入頻率83. 3Hz，波寬2毫秒、 波間隔10毫秒、脈沖數為250以及主周期為13秒的串刺激為例，驅動刺激器輸出串刺激， 使所述被測動物的股四頭肌做數秒(優(yōu)選為3秒)的向心收縮，在施加串刺激數毫秒(優(yōu)選為200毫秒)后，通過輸出針對電機的控制參數，在所述被測肢體的屈膝方向施加大于向心收縮力5%-10%的等速力使其膝關節(jié)做數秒(優(yōu)選為2.8秒)的被動運動，該運動與刺激針引起的向心收縮運動相結合形成了離心收縮運動，使其回復到初始成屈曲90度的位置。 按訓練計劃通過4-10伏間電壓調整調控離心收縮運動的強度。動物離心收縮運動干預實驗初始日測量以10-12伏電壓持續(xù)時間3秒串刺激引發(fā)的實驗動物最大伸膝力Fmax為100%強度。本實用新型操作簡便，調節(jié)靈活，能夠實現負載可調和對動物無創(chuàng)，具有廣闊的應用前景。
權利要求1.一種動物離心收縮訓練儀，包括用于放置和固定被測動物的訓練儀本體，其特征在于還包括機械式外力施力裝置和向心收縮刺激裝置，所述機械式外力施力裝置包括用于向被測動物施以外力的可往復運動的壓板，所述向心收縮刺激裝置設有用于刺激被測動物肌肉收縮的刺激電極。
2.如權利要求1所述的動物離心收縮訓練儀，其特征在于所述機械式外力施力裝置包括控制所述壓板往復運動的傳動機構和驅動所述傳動機構的電機。
3.如權利要求1所述的動物離心收縮訓練儀，其特征在于所述向心收縮刺激裝置包括用于產生向心收縮刺激信號的刺激器，所述刺激器的刺激信號輸出端連接所述刺激電極。
4.如權利要求1、2或3所述的動物離心收縮訓練儀，其特征在于還包括電控裝置，所述電控裝置包括上位機和依照所述上位機的控制指令調控所述電機運動的電機控制器，所述電機控制器的控制信號輸出端連接所述電機的控制信號輸入端，所述刺激器的刺激信號輸入端連接所述上位機的刺激信號輸出端。
5.如權利要求4所述的動物離心收縮訓練儀，其特征在于還包括信號采集處理器和與所述信號采集處理器的感應信號輸入端連接的感應器，所述感應器的感應端設有與被測動物連接的連接構件，所述信號采集處理器的感應信號輸出端連接所述上位機的感應信號輸入端。
6.如權利要求5所述的動物離心收縮訓練儀，其特征在于所述刺激電極的端部設有用于刺入被測動物的被測肢體相應位置的刺激針或所述刺激電極本身即構成所述刺激針，所述上位機和電機控制器之間設有嵌入式控制器，所述嵌入式控制器設有操作面板，所述操作面板上設有控制所述電機運動參數的控制按鈕。
7.如權利要求6所述的動物離心收縮訓練儀，其特征在于所述壓板上設有力傳感器， 所述力傳感器的感應信號輸出端經A/D變換器連接到所述嵌入式控制器的感應信號輸入端。
8.如權利要求7所述的動物離心收縮訓練儀，其特征在于還包括用于給所述電機供電的可變電壓/電流源，所述可變電壓/電流源連接至所述嵌入式控制器，所述可變電壓/電流源依據所述嵌入式控制器的電源控制指令改變所述可變電壓/電流源的輸出電壓/電流。
9.如權利要求8所述的動物離心收縮訓練儀，其特征在于所述訓練儀本體包括用于放置被測動物軀體的基礎平臺、用于放置被測動物的被測肢體的支撐臺和用于安裝所述支撐臺的支桿，所述支桿安裝在所述基礎平臺上，所述支撐臺與所述支桿之間采用具有多個自由度的活動連接。
10.如權利要求9所述的動物離心收縮訓練儀，其特征在于所述支撐臺臺面上設有用于放置被測動物被測肢體的一個帶坡度的圓滑凹槽，所述支撐臺外周側面設有用于固定被測動物肢體的捆綁帶。
專利摘要本實用新型涉及一種動物離心收縮訓練儀，包括用于放置和固定被測動物的訓練儀本體，還包括機械式外力施力裝置和向心收縮刺激裝置，所述機械式外力施力裝置包括用于向被測動物施以外力的可往復運動的壓板，所述向心收縮刺激裝置設有用于刺激被測動物肌肉收縮的刺激電極，所述機械式外力施力裝置包括控制所述壓板往復運動的傳動機構和驅動所述傳動機構的電機，所述向心收縮刺激裝置包括用于產生向心收縮刺激信號的刺激器，所述刺激器的刺激信號輸出端連接所述刺激電極。本實用新型操作簡便、調節(jié)靈活、能夠實現負載可調，而且對被測動物不產生創(chuàng)傷，可以廣泛應用于有關離心收縮測試的場合。
文檔編號A01K15/02GK202035375SQ2011200598
公開日2011年11月16日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權日2011年3月9日
發(fā)明者何輝, 劉卉, 熊開宇, 王明順, 王琳, 高維緯 申請人:北京體育大學