人体的皮肤在受到摩擦磨损时具有自我修复以及自我适应能力[1]。在平常的生活中,皮肤摩擦学包含了许多内容，皮肤的起泡、刮擦、皮肤与织物摩擦的舒适度测试以及假肢材料和皮肤之间的摩擦磨损等都属于其范畴[2]。皮肤与假肢材料在摩擦时会引起假肢材料的失效、损坏、磨损等现象[3-4]。因此，研究生物肢体与皮肤摩擦也成为皮肤摩擦学中重要的一部分。

众多学者对皮肤摩擦进行了深入研究。李炜等人[5]研究了存在汗液时皮肤的摩擦特性，发现了在有汗液的假肢穿戴环境下,汗液会增强皮肤的不舒适感。LI等[6]研究了不同假肢袜条件下残肢皮肤的摩擦学行为、机械刺激和舒适感，分析织物编织参数、表面特征和材料组成对肢体皮肤的摩擦学行为、机械刺激和舒适感的影响。徐萍等人[7]研究了人体下肢皮肤界面与假肢材料的摩擦特性，得出硅胶材料对降低皮肤摩擦损伤的风险以及提高残肢患者穿戴舒适性有利的结论。李飞等人[8]将人体膝关节半月板结构引入假肢膝关节，提高了假肢的抗冲击性能和吸震性能。纪伟等人[9]研究了假肢与皮肤往复摩擦的能量损耗，表明减小假肢表面的粗糙度可以提高与皮肤的适配性和残肢患者穿戴的舒适性。BAUSSAN等[10]对皮肤与织物接触时的相互作用力进行测定，从而预测了织物和皮肤间的摩擦特性。唐玮等人[11]对皮肤与纺织品的摩擦进行研究，得到了织物表面摩擦特性存在差异的根本原因是织物本身的表面特征。王旭等人[12-14]在针对织物与皮肤摩擦的研究中，发现同一种原料的织物与皮肤动摩擦的趋势是相同的，并且研究出织物与皮肤摩擦性能的测试方法。

以上的研究学者从肢体与皮肤的摩擦学方面对肢体皮肤摩擦进行了分析，研究了皮肤摩擦损伤的规律，但是对皮肤与假肢接触产生的复杂应力没有进行详细的描述。另外，假肢与肢体间的接触损伤是由冲击和磨损共同作用导致的，但目前市场上只有固定压力的平移磨损测试试验机，不能模拟肢体与皮肤的真实摩擦情况。本文作者根据肢体与皮肤的真实摩擦情况，结合对摩擦磨损时复杂应力的分析，对以往的试验机和试验方法做了相应改进，研究了一种生物肢体皮肤冲击磨损舒适度试验机，并简化了肢体与皮肤摩擦实验的步骤。该试验机可用于模拟假肢与皮肤摩擦磨损的运动过程，为假肢的设计以及肢体与皮肤的磨损分析提供依据。

1 试验机结构设计

1.1 试验机总体结构

图1所示为设计的生物肢体皮肤冲击磨损舒适度试验机的结构。主要包括肢体固定装置、挤压磨损装置、冲击嵌套磨损装置和支撑平台。

图1 生物肢体皮肤冲击磨损舒适度试验机的结构Fig 1 The structure of the test machine for the abrasion comfort of biological limb skin

如图2所示，支撑平台包括平台底座、第一工作台和第二工作台。第一工作台固定设置于平台底座上，第二工作台设置于第一工作台上方，且第二工作台能够相对第一工作台移动。挤压磨损装置和冲击嵌套磨损装置设置于第二工作台上，肢体固定装置设置于平台底座上且能够在平台底座上移动。

图2 生物肢体皮肤冲击磨损舒适度试验机的结构Fig 2 The structure of the test machine for the abrasion comfort of biological limb skin

支撑平台还包括工字钢、第一丝杆装置和第二丝杆装置。第一丝杆装置和第二丝杆装置设置于第一工作台和第二工作台之间，通过第一丝杆装置可以拖动第二工作台相对于第一工作台做横向运动，通过第二丝杆装置可以拖动第二工作台做纵向运动。

1.2 试验机各装置结构

1.2.1 肢体固定装置结构

为了将肢体固定在试验机上，在试验机的一侧设置有肢体固定装置，图3所示即为生物肢体皮肤冲击磨损舒适度试验机的肢体固定装置。

图3 肢体固定装置结构Fig 3 Structure of limb fixation device

图3中，肢体固定底座与底座上的滑槽滑动连接，如图2所示；可调节升降杆设置于肢体固定底座上，可根据受测者高度进行调整；肢体放置台设置于可调节升降杆上；平移丝杆安装在肢体放置台上，用于控制肢体放置台的水平移动。此外，肢体放置台上设置弧形凹槽，弧形凹槽内用于肢体放置，弧形凹槽两侧设置穿孔，两对穿孔在弧形凹槽两侧，皮带穿过穿孔，实现肢体固定。

1.2.2 挤压磨损装置结构

为了模拟试验机的挤压磨损实验，在试验机上设置挤压磨损装置，如图4所示。设置在支撑平台上的第一伺服电机驱动传动轮，通过传动带带动水平控制轮运转；水平控制轮轮面上通过铰链方式装有滑块，滑块与“T”形水平移动杆上的竖直滑动轨道凹槽形成移动副，从而把水平控制轮旋转运动转化为水平移动杆的水平运动。挤压磨损装置的水平移动杆中部设置有孔，竖直移动杆穿过水平移动杆中部的孔形成移动副，使得两者只能做竖直方向的相对滑动。

文章来源：《皮肤病与性病》 网址: http://www.pfbyxb.cn/qikandaodu/2021/0623/1109.html