多重扰动下2（3HUS+S）并联仿生髋关节试验机动态性能分析及控制策略研究
发布时间：2020-12-09 07:22
髋关节试验机用于评价人工髋关节生物材料的摩擦磨损特性,其运动特性需与实际人体髋关节的生物学特性近似,并能满足动态加载要求。为了克服串联髋关节试验机在刚度、动态加载、复杂运动轨迹模拟等方面的缺点,弥补传统并联髋关节试验机只有一个动平台而导致工作效率低的不足,提出了一种具有两个动平台、可同时对两副人工髋关节进行摩擦磨损实验的2（3HUS+S）并联仿生髋关节试验机。由于并联机构的闭链结构特点,在高速、高加速度运动规律下,惯量耦合、构件弹性变形、运动副间隙及摩擦等多重扰动导致的非线性特性将加剧对并联髋关节试验机整机动态性能的影响。因此,为了改善并联髋关节试验机的工作性能、提高控制精度,从考虑惯量耦合、构件弹性变形、运动副间隙及摩擦等影响的动态性能分析出发,对并联髋关节试验机的精度、综合性能优化进行了研究,并提出了同时考虑结构误差及摩擦补偿的补偿控制策略,通过实验验证了所建立模型及所提出方法的有效性。主要研究内容如下:1)为了研究并联髋关节试验机主动支链间惯量耦合特性,首先,在运动学分析基础上,基于Lagrange法建立了基于工作空间的整机动力学模型,并通过雅克比矩阵变换,将基于工作空间的动力学...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
实际人体髋关节与髋关节试验机运动曲线
刚度及控制复杂程度限制，加载力多为定值，这关节运动副间的接触力与实际情况不符，对实验的模拟人体髋关节的运动特性，不仅要求髋关节动形式，而且还应根据实际人体的接触力学特性功能，ISO14242-1:2002(E)标准推荐的髋关节假 1-2(c)所示[15]。体髋关节的受力状态 (b) 髋关节试验机中关节
博士学位论文arris 研制的 AMTI-Boston 型髋关节试验机[18]、Leeds 大学研制的 PA-II 型roSim 型髋关节试验机[19, 20]及中国矿业大学摩擦学与可靠性研究所研制的 I 关节试验机[21](如图 1-3(a)所示)。一般来说，串联髋关节试验机能近似模拟髋关节的部分运动特性，但在复杂运动轨迹模拟和变载荷加载等方面存在。并联机构具有刚度大、承载能力强、运动精度高、能模拟复杂运动轨迹等，将少自由度并联机构用于髋关节试验机中，可以在一定程度上改善髋关节机的试验性能。中国矿业大学 SADP 课题组提出了一种 3SPS+1PS 型并联髋试验机[22]，如图 1-3(b)所示，该并联髋关节试验机在人体髋关节运动轨迹模动态加载等方面有一定优势，但由于核心部分并联机构构型的限制，其只有动平台，这在一定程度上降低了该并联髋关节试验机的工作效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]含间隙RU-RPR解耦并联机构混沌与冲击现象[J]. 侯雨雷,汪毅,井国宁,曾达幸,邱雪松,李慧剑. 振动与冲击. 2017(01)
[2]考虑关节摩擦的3SPS+1PS并联机构显式动力学建模研究[J]. 山显雷,程刚. 机械工程学报. 2017(01)
[3]轴孔协调接触建模与试验研究[J]. 李云涛,全齐全,唐德威,侯绪研. 哈尔滨工程大学学报. 2016(11)
[4]3-PRS并联机器人惯量耦合特性研究[J]. 王冬,吴军,王立平,刘辛军. 力学学报. 2016(04)
[5]基于分形理论的圆弧齿轮滑动摩擦接触力学模型[J]. 马登秋,侯力,魏永峭,陈建. 机械工程学报. 2016(15)
[6]空间4-UPS/RPS并联机构动态静力分析[J]. 陈修龙,王涛,梁小夏,王清. 农业机械学报. 2016(07)
[7]含冗余驱动支链4-UPS&UP并联机构的运动学性能分析[J]. 董成林,刘海涛,黄田. 机械工程学报. 2016(05)
[8]八索立式储罐并联机器人设计及性能优化[J]. 王伟方,唐晓强,邵珠峰. 机械工程学报. 2016(09)
[9]基于Persson接触理论的转子轮盘接触刚度的计算[J]. 徐业银,陈照波,焦映厚,姚嬛,马文生,高挺. 噪声与振动控制. 2015(06)
[10]Elastodynamic modeling and joint reaction prediction for 3-PRS PKM[J]. 张俊,赵艳芹. Journal of Central South University. 2015(08)
博士论文
[1]基于并联机构的车载发电机组多维减振设计研究[D]. 李德胜.天津大学 2015
[2]新型3-DOF驱动冗余并联机构动力学建模及其滑模控制研究[D]. 牛雪梅.江苏大学 2014
[3]新型三坐标并联动力头弹性动力学与切削稳定性研究[D]. 落海伟.天津大学 2014
[4]并联机器人轨迹规划中的运动误差补偿方法研究[D]. 杜义浩.燕山大学 2012
[5]开放式伺服系统的摩擦建模与补偿研究[D]. 向红标.天津大学 2010
硕士论文
[1]基于重载的3-PRS并联机构的设计[D]. 韩晓辉.上海交通大学 2013
本文编号：2906517
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
实际人体髋关节与髋关节试验机运动曲线
刚度及控制复杂程度限制，加载力多为定值，这关节运动副间的接触力与实际情况不符，对实验的模拟人体髋关节的运动特性，不仅要求髋关节动形式，而且还应根据实际人体的接触力学特性功能，ISO14242-1:2002(E)标准推荐的髋关节假 1-2(c)所示[15]。体髋关节的受力状态 (b) 髋关节试验机中关节
博士学位论文arris 研制的 AMTI-Boston 型髋关节试验机[18]、Leeds 大学研制的 PA-II 型roSim 型髋关节试验机[19, 20]及中国矿业大学摩擦学与可靠性研究所研制的 I 关节试验机[21](如图 1-3(a)所示)。一般来说，串联髋关节试验机能近似模拟髋关节的部分运动特性，但在复杂运动轨迹模拟和变载荷加载等方面存在。并联机构具有刚度大、承载能力强、运动精度高、能模拟复杂运动轨迹等，将少自由度并联机构用于髋关节试验机中，可以在一定程度上改善髋关节机的试验性能。中国矿业大学 SADP 课题组提出了一种 3SPS+1PS 型并联髋试验机[22]，如图 1-3(b)所示，该并联髋关节试验机在人体髋关节运动轨迹模动态加载等方面有一定优势，但由于核心部分并联机构构型的限制，其只有动平台，这在一定程度上降低了该并联髋关节试验机的工作效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]含间隙RU-RPR解耦并联机构混沌与冲击现象[J]. 侯雨雷,汪毅,井国宁,曾达幸,邱雪松,李慧剑. 振动与冲击. 2017(01)
[2]考虑关节摩擦的3SPS+1PS并联机构显式动力学建模研究[J]. 山显雷,程刚. 机械工程学报. 2017(01)
[3]轴孔协调接触建模与试验研究[J]. 李云涛,全齐全,唐德威,侯绪研. 哈尔滨工程大学学报. 2016(11)
[4]3-PRS并联机器人惯量耦合特性研究[J]. 王冬,吴军,王立平,刘辛军. 力学学报. 2016(04)
[5]基于分形理论的圆弧齿轮滑动摩擦接触力学模型[J]. 马登秋,侯力,魏永峭,陈建. 机械工程学报. 2016(15)
[6]空间4-UPS/RPS并联机构动态静力分析[J]. 陈修龙,王涛,梁小夏,王清. 农业机械学报. 2016(07)
[7]含冗余驱动支链4-UPS&UP并联机构的运动学性能分析[J]. 董成林,刘海涛,黄田. 机械工程学报. 2016(05)
[8]八索立式储罐并联机器人设计及性能优化[J]. 王伟方,唐晓强,邵珠峰. 机械工程学报. 2016(09)
[9]基于Persson接触理论的转子轮盘接触刚度的计算[J]. 徐业银,陈照波,焦映厚,姚嬛,马文生,高挺. 噪声与振动控制. 2015(06)
[10]Elastodynamic modeling and joint reaction prediction for 3-PRS PKM[J]. 张俊,赵艳芹. Journal of Central South University. 2015(08)
博士论文
[1]基于并联机构的车载发电机组多维减振设计研究[D]. 李德胜.天津大学 2015
[2]新型3-DOF驱动冗余并联机构动力学建模及其滑模控制研究[D]. 牛雪梅.江苏大学 2014
[3]新型三坐标并联动力头弹性动力学与切削稳定性研究[D]. 落海伟.天津大学 2014
[4]并联机器人轨迹规划中的运动误差补偿方法研究[D]. 杜义浩.燕山大学 2012
[5]开放式伺服系统的摩擦建模与补偿研究[D]. 向红标.天津大学 2010
硕士论文
[1]基于重载的3-PRS并联机构的设计[D]. 韩晓辉.上海交通大学 2013
本文编号：2906517
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