并联式髋关节摩擦特性试验机驱动机构运动学研究.pdf

《并联式髋关节摩擦特性试验机驱动机构运动学研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第2期组合机床与自动化加工技术No．22012年2月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueFeb．2012文章编号：1001—2265(2012)02—0016—04并联式髋关节摩擦特性试验机驱动机构运动学研究；l：顾伟，程刚，徐鹏，于敬利(中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州221116)摘要：为了克服现有髋关节试验机在复杂运动轨迹模拟和变载荷动力加载等方面存在的不足，试制了一台以3SPS+1PS并联机构为核心驱动模块的髋关节试验机。基于Rodrigues参数，对该髋关节试验机的驱动机构进行了运动学建

2、模和求解。根据IS014242．1：2002(E)标准的相关规定，对该机构逆运动学模型进行了数值仿真，得到模拟髋关节运动所需的主动件运动学参数变化规律。确定了该髋关节试验机的运动方案，并验证了驱动件选型的合理性。通过耗时计算，测得Rodrigues参数法求解试验机逆运动学的运算时间，满足控制实时性的需要。关键词：髋关节试验机；3SPS+1PS并联机构；Rodrigues参数；运动学分析；数值仿真中图分类号：TH122；TP273文献标识码：AKinematicsStudyofaDrivingMechanismofaParallelHipJointSimulato

3、rGUWei，CHENGGang，XUPeng，YUJing-li(CollegeofMechanical＆ElectricalEngineering，ChinaUniversityofMining&Technology，XuzhouJiang—SU221116，China)Abstract：InordertOovercomedefectsincomplexmotionsimulationandvariabledynamicloadingofhipjointsimulatorsavailableinliterature，aparallelhipjointsimu

4、latorwitha3SPS+1PSparallelmanip-ulatorascoremoduleisproposed．ItskinematicmodelwasestablishedandthensolvedbasedonRo—driguesparameters．AccordingtoIS014242—1：2002(E)standard，anumericalsimulationoftheinversekinematicswasconducted．Then，variationlawsofkinematicparametersofthedrivinglegswer

5、eob—tained．Meanwhile，motionschemeofthesimulatorwasdeterminedandselectionofactuatorswasvali-dated．Finally，thetimeconsumptionoftheinversekinematicscalculationbasedonRodriguesparameterswasrecordedwhichcanmeetthereal—timedemand．Keywords：hipjointsimulator；3SPS+1PSparallelmanipulator；Rodri

6、guesparameters；kinematicanal—ysis：numericalsimulation位置逆解复杂，而试验机要求在线实时计算位置逆0引言解，这势必使串联驱动机构在复杂运动轨迹模拟方人工髋关节是人体重要的替代器官，它是模拟面的运用受到限制。目前国内外的串联式髋关节天然髋关节而制成的植入性假体，以代替病变或损试验机大多通过简化试验运动曲线的方法来缩短坏的关节并恢复其功能。评价人工髋关节材料的传动链的长度和降低实时控制的难度，例如忽略髋摩擦磨损特性需要进行摩擦学试验。目前国内外1的外展／内收(AA)运动。这种简化使得模拟髋关节试验机的驱动机构大多采

7、用串联机构。串运动与人体髋关节的实际运动曲线相差较大，对试联驱动机构的各自由度串接相连、传动链长、累积验结果有不良影响。此外串联式髋关节试验机的误差较大导致其驱动精度较低。而且串联机构的末端自由度普遍采用悬臂结构，这使得其承载能力收稿日期：2011—09—14；修回日期：2011—10—21{基金项目：国家自然科学基金(50905180、60808017、51005234)作者简介：顾伟(1988一)，男，江苏泰州人，中国矿业大学机电工程学院硕士研究生，研究方向为机构学等，(Email)kooweicumt@yahoo．COl1．cn。2012年2月顾伟，等：并

8、联式髋关节摩擦特性试验机