颈椎牵引康复机构的设计与运动性能分析
发布时间：2021-07-27 07:51
本文提出了一种基于2-UPR+RPS并联机构实现角度牵引的颈椎牵引康复机构,该机构既可以完成传统的直立位牵引,也可根据患者的特殊需求实现可变角度的牵引。该机构具有精度高、结构紧凑等优点,有效解决了传统颈椎牵引装置只能直立位牵引,不能有效的纠正生理曲度的缺陷。论文主要在以下几个方面对颈椎牵引康复机构的并联机构进行运动性能分析及优化:1.颈椎牵引康复机构设计。根据人体颈椎的结构、生理运动学特性、以及牵引所需的自由度,设计了一种基于并联机构的颈椎牵引康复机构,该机构中的转动运动采用了2-UPR+RPS并联机构。通过螺旋理论和G-K公式计算得出此机构具有三个自由度,可以实现直立位、前屈后伸、左右侧屈方位的牵引动作,从而实现角度牵引,达到良好的康复效果。2.2-UPR+RPS并联机构位置分析。基于闭环矢量法建立了并联机构的位置反解的数学模型,通过MATLAB计算出相应的位置反解算例;基于粒子群算法求解并联机构正解算例,并针对其局部收敛造成精度过低,提出一种流动粒子群优化算法。通过位置正反解算例比较,验证了位置求解的正确性3.2-UPR+RPS并联机构的运动学性能分析。使用求导法求出并联机构的速度...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机械牵引床Fig.1-1Mechanicaltractionbed
枕后位牵引器Fig.1-2Pillowretractor
中北大学学位论文4图1-8头颈部外骨骼系统Fig.1-8Headandneckexoskeletonsystem图1-9颈椎康复机器人Fig.1-9Cervicalrehabilitationrobot综上所述，尽管颈椎牵引器械有了很大的发展，但是目前的牵引器械仍存在一些缺点：1．牵引方向单一，不利于维护颈椎正常生理角度。2．颈椎定位、牵引角度不够精确。牵引治疗最主要的是找到病变位置进行牵引。目前多数颈椎牵引器械的精度不够，导致治疗效果不理想。3．牵引力无法快速响应自适应。由于牵引力控制不智能，所以无法根据反馈信号迅速做出其响应，导致治疗体验差，患者抵触。1.3并联机构理论的研究现状及分析在位置分析方面，Innocenti等[17]用解析法对Stewart机构进行分析，得到只有一个未知数的16阶的正解方程，进而求出所有正解值。Masouleh等[18]采用代数几何法对5-RPUR(3T2R)并联机构进行位置分析。李辉等[19]将粒子群算法和牛顿迭代法两种方法相结合对五自由度4-UPS/RPS并联机构进行位置正解分析。耿明超等[20]用拟牛顿法对6-RUS并联机构的位置正解进行分析与计算，此方法相比Newton法可以使计算量大大减少。马春生等[21]通过使用代数方法分析3-RPS的相关位置解。谢志江[22]等人将正解问题转换为目标函数求解优化的问题，基于连续蚁群算法求出3-RPS问题的数值解。在速度与加速度分析方面，黄真等[23]通过螺旋方法构建并联机构的速度、加速度表达式。Rica等[24]将Lie代数与螺旋思想相结合的办法建立速度、加速度运动学模型，并且总结了一整套完整的运动学求解大全。刘爽[25]通过螺旋的方法构建了3-RR(RR)R并联机构的Jacobian矩阵以及Hessian矩阵，并使用新的评价指标对其运动性能进行了分
【参考文献】：
期刊论文
[1]颈椎病术后患者随访服务的需求现状及影响因素的调查研究[J]. 段丹,宁宁,陈佳丽,李佩芳,谢静颖. 华西医学. 2019(09)
[2]一种少自由度运动平台的工作空间与尺度综合[J]. 张志旭,杨勇,洪振宇,许致华. 机械设计. 2019(06)
[3]新型单支链含球铰闭环并联机构的位置分析[J]. 李虹,李亚丽,李瑞琴,胡洋. 包装工程. 2018(23)
[4]一种6URHS头颈部外骨骼系统动力学影响因素的分析[J]. 施政,李鹏,羊玢,周来. 科学技术与工程. 2018(23)
[5]全自动便携式颈椎康复器的设计与应用[J]. 邱腾雄,韩德韬,丘永亮,林俊强. 工业仪表与自动化装置. 2017(04)
[6]基于混合遗传算法的3-RPS并联机构正解[J]. 胡映光,胡明,刘军红. 组合机床与自动化加工技术. 2017(06)
[7]一种新型并联机构2-RPU/UPU位置逆解及工作空间分析[J]. 李虹,胡洋,李瑞琴,李学显,李俊帅. 机械传动. 2017(06)
[8]3-PUPU并联机构的运动学与工作空间分析[J]. 李俊帅,马春生,李瑞琴,张斌. 包装工程. 2017(11)
[9]新型混联机床主体——3UPS+1RPU并联机构的自由度分析与仿真[J]. 李俊帅,马春生,李瑞琴,胡洋. 科学技术与工程. 2017(08)
[10]新型2-2PRUR并联机构运动学分析及工作空间优化[J]. 李典,郭盛,黄冠宇,赵福群. 北京航空航天大学学报. 2017(10)
博士论文
[1]并联机构奇异性分析及免奇异方法研究[D]. 郭瑞琴.同济大学 2007
硕士论文
[1]下肢康复机器人的结构设计与性能分析研究[D]. 夏昊.中北大学 2019
[2](2-SPU-PU)&R混联式踝关节康复机构的设计与性能研究[D]. 樊晓琴.中北大学 2019
[3]精准定量颈椎康复机器人设计与实验研究[D]. 王广欢.哈尔滨工业大学 2018
[4]颈椎牵引新设备的研究及全颈椎模型的建立与仿真[D]. 汤清.郑州大学 2018
[5]一种大转角混联机床性能分析与优化[D]. 胡洋.中北大学 2018
[6]基于ARM的颈椎牵引系统的设计与实现[D]. 张立雄.西安建筑科技大学 2018
[7]颈椎支撑气缸气动系统的控制策略研究[D]. 冯一桐.吉林大学 2016
[8]颈椎牵引设备神经网络控制系统研究[D]. 孔玉强.郑州大学 2014
[9]3-UPU及3-RUU并联机器人灵巧度研究[D]. 徐长命.东北大学 2013
[10]多功能智能颈椎康复治疗仪的研究[D]. 王田田.华中科技大学 2013
本文编号：3305393
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机械牵引床Fig.1-1Mechanicaltractionbed
枕后位牵引器Fig.1-2Pillowretractor
中北大学学位论文4图1-8头颈部外骨骼系统Fig.1-8Headandneckexoskeletonsystem图1-9颈椎康复机器人Fig.1-9Cervicalrehabilitationrobot综上所述，尽管颈椎牵引器械有了很大的发展，但是目前的牵引器械仍存在一些缺点：1．牵引方向单一，不利于维护颈椎正常生理角度。2．颈椎定位、牵引角度不够精确。牵引治疗最主要的是找到病变位置进行牵引。目前多数颈椎牵引器械的精度不够，导致治疗效果不理想。3．牵引力无法快速响应自适应。由于牵引力控制不智能，所以无法根据反馈信号迅速做出其响应，导致治疗体验差，患者抵触。1.3并联机构理论的研究现状及分析在位置分析方面，Innocenti等[17]用解析法对Stewart机构进行分析，得到只有一个未知数的16阶的正解方程，进而求出所有正解值。Masouleh等[18]采用代数几何法对5-RPUR(3T2R)并联机构进行位置分析。李辉等[19]将粒子群算法和牛顿迭代法两种方法相结合对五自由度4-UPS/RPS并联机构进行位置正解分析。耿明超等[20]用拟牛顿法对6-RUS并联机构的位置正解进行分析与计算，此方法相比Newton法可以使计算量大大减少。马春生等[21]通过使用代数方法分析3-RPS的相关位置解。谢志江[22]等人将正解问题转换为目标函数求解优化的问题，基于连续蚁群算法求出3-RPS问题的数值解。在速度与加速度分析方面，黄真等[23]通过螺旋方法构建并联机构的速度、加速度表达式。Rica等[24]将Lie代数与螺旋思想相结合的办法建立速度、加速度运动学模型，并且总结了一整套完整的运动学求解大全。刘爽[25]通过螺旋的方法构建了3-RR(RR)R并联机构的Jacobian矩阵以及Hessian矩阵，并使用新的评价指标对其运动性能进行了分
【参考文献】：
期刊论文
[1]颈椎病术后患者随访服务的需求现状及影响因素的调查研究[J]. 段丹,宁宁,陈佳丽,李佩芳,谢静颖. 华西医学. 2019(09)
[2]一种少自由度运动平台的工作空间与尺度综合[J]. 张志旭,杨勇,洪振宇,许致华. 机械设计. 2019(06)
[3]新型单支链含球铰闭环并联机构的位置分析[J]. 李虹,李亚丽,李瑞琴,胡洋. 包装工程. 2018(23)
[4]一种6URHS头颈部外骨骼系统动力学影响因素的分析[J]. 施政,李鹏,羊玢,周来. 科学技术与工程. 2018(23)
[5]全自动便携式颈椎康复器的设计与应用[J]. 邱腾雄,韩德韬,丘永亮,林俊强. 工业仪表与自动化装置. 2017(04)
[6]基于混合遗传算法的3-RPS并联机构正解[J]. 胡映光,胡明,刘军红. 组合机床与自动化加工技术. 2017(06)
[7]一种新型并联机构2-RPU/UPU位置逆解及工作空间分析[J]. 李虹,胡洋,李瑞琴,李学显,李俊帅. 机械传动. 2017(06)
[8]3-PUPU并联机构的运动学与工作空间分析[J]. 李俊帅,马春生,李瑞琴,张斌. 包装工程. 2017(11)
[9]新型混联机床主体——3UPS+1RPU并联机构的自由度分析与仿真[J]. 李俊帅,马春生,李瑞琴,胡洋. 科学技术与工程. 2017(08)
[10]新型2-2PRUR并联机构运动学分析及工作空间优化[J]. 李典,郭盛,黄冠宇,赵福群. 北京航空航天大学学报. 2017(10)
博士论文
[1]并联机构奇异性分析及免奇异方法研究[D]. 郭瑞琴.同济大学 2007
硕士论文
[1]下肢康复机器人的结构设计与性能分析研究[D]. 夏昊.中北大学 2019
[2](2-SPU-PU)&R混联式踝关节康复机构的设计与性能研究[D]. 樊晓琴.中北大学 2019
[3]精准定量颈椎康复机器人设计与实验研究[D]. 王广欢.哈尔滨工业大学 2018
[4]颈椎牵引新设备的研究及全颈椎模型的建立与仿真[D]. 汤清.郑州大学 2018
[5]一种大转角混联机床性能分析与优化[D]. 胡洋.中北大学 2018
[6]基于ARM的颈椎牵引系统的设计与实现[D]. 张立雄.西安建筑科技大学 2018
[7]颈椎支撑气缸气动系统的控制策略研究[D]. 冯一桐.吉林大学 2016
[8]颈椎牵引设备神经网络控制系统研究[D]. 孔玉强.郑州大学 2014
[9]3-UPU及3-RUU并联机器人灵巧度研究[D]. 徐长命.东北大学 2013
[10]多功能智能颈椎康复治疗仪的研究[D]. 王田田.华中科技大学 2013
本文编号：3305393
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