CN105182914B - 绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统及方法 - Google Patents
绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105182914B CN105182914B CN201510624169.9A CN201510624169A CN105182914B CN 105182914 B CN105182914 B CN 105182914B CN 201510624169 A CN201510624169 A CN 201510624169A CN 105182914 B CN105182914 B CN 105182914B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- moving platform
- industrial computer
- ball
- signal
- plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 210000004394 hip joint Anatomy 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 42
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 45
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 23
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 230000017074 necrotic cell death Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/414—Structure of the control system, e.g. common controller or multiprocessor systems, interface to servo, programmable interface controller
- G05B19/4144—Structure of the control system, e.g. common controller or multiprocessor systems, interface to servo, programmable interface controller characterised by using multiplexing for control system
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/32—Joints for the hip
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
- G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/31—From computer integrated manufacturing till monitoring
- G05B2219/31229—Supervisor, master, workstation controller, automation, machine control
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统及方法，包括测量单元、牵引装置、光栅尺位移传感器、测量工控机、主控工控机、多轴运动控制卡、可编程逻辑控制器、液压缸加载力传感器和加载液压缸电磁阀；测量单元和液压缸加载力传感器的输出端与测量工控机输入端连接，测量工控机输出端与主控工控机输入端连接；主控工控机与可编程逻辑控制器传输连接，可编程逻辑控制器输出端与加载液压缸电磁阀输入端连接；主控工控机与多轴运动控制卡传输连接，多轴运动控制卡与牵引装置传输连接，光栅尺位移传感器安装在牵引装置上检测绳索伸缩度，光栅尺位移传感器输出端与测量工控机的信号输入端连接。本发明能够实现对髋关节试验机精准、稳定的控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种并联髋关节试验机的控制系统及方法，特别涉及一种钢丝绳柔索传动的多动平台并联髋关节试验机的控制系统及方法。
背景技术
随着人类步入了高龄化阶段，各种生活疾病困扰着我们，如腿部的骨折，人体关节的坏死，因此对人工关节的需要量会越来越大，所以很有必要对人工关节进行试验，以满足人体对各个关节的需求。人工髋关节试验机对人工关节进行摩擦磨损试验，通过实验进行数据分析，这对提高人体人工关节的使用质量及减轻患者的病痛具有现实意义。
由于多动平台并联髋关节试验机需要同时对三个动平台进行数据仿真分析设计，且要满足各种动态加载要求，设计出合理而有效的控制系统及方法，对试验机的调试及动态加载具有重要意义。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统及方法，能够实现对髋关节试验机精准、稳定的控制。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统，控制系统包括测量单元、一号通讯装置、牵引装置、光栅尺位移传感器、测量工控机、二号通讯装置、主控工控机、多轴运动控制卡、三号通讯装置、可编程逻辑控制器、液压缸加载力传感器和加载液压缸电磁阀；所述测量单元的信号输出端通过一号通讯装置与测量工控机的信号输入端连接，所述液压缸加载力传感器的信号输出端与测量工控机的信号输入端连接，所述测量工控机的信号输出端通过二号通讯装置与主控工控机的信号输入端连接；所述主控工控机通过三号通讯装置与可编程逻辑控制器信号传输连接，所述可编程逻辑控制器的信号输出端与加载液压缸电磁阀的信号输入端连接；所述主控工控机与多轴运动控制卡信号传输连接，所述多轴运动控制卡与牵引装置信号传输连接，所述光栅尺位移传感器的信号输出端与测量工控机的信号输入端连接。
进一步的，试验机包括加载液压缸、液压缸加载力传感器、顶板、底板和边支柱构成的框架，所述液压缸加载力传感器包括力传感器一、力传感器二和力传感器三，所述框架内上、下分布设置的上中间支撑板和下中间支撑板，所述上中间支撑板与上辅助板同水平面固定设置，所述下中间支撑板与下辅助板同水平面固定设置，所述上辅助板和下辅助板上分别设有若干对应的通孔，对应所述上辅助板上的通孔内设置有上套筒，对应所述下辅助板上的通孔内设置有下套筒；所述上中间支撑板连接有滚珠花键套，从下至上，所述滚珠花键套与连接法兰一相连，所述连接法兰一与第一中间支柱固定连接，所述中间支柱内设有球面基座，所述球面基座上设有轴承座圈，所述轴承座圈与溶液盆相连，所述溶液盆内设置有关节头和球头座，所述溶液盆上设有与其盆缘固定连接的第一动平台；从上至下，所述滚珠花键套与连接法兰二连接，所述连接法兰二与第二中间支柱连接，所述第二中间支柱通过力传感器二和导向套与第二动平台驱动连接；所述第二动平台至第三动平台之间的结构与所述第一动平台至第二动平台之间的结构相同；所述液压缸与顶板相连，且所述液压缸通过导向套和力传感器一与第一动平台驱动连接；所述第三动平台下方通过第三中间支柱与底板固定；所述第一动平台、第二动平台和第三动平台上均匀设置若干个球铰连接端点，所述第一动平台上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳穿过对应的上套筒和下套筒，并经底板上的第二支撑板和张紧装置收紧后通过钢丝绳连接板与牵引装置连接，所述第二动平台上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳穿过对应的下套筒，并经底板上的第二支撑板和张紧装置收紧后通过钢丝绳连接板与牵引装置连接，所述第三动平台上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳，并依次经底板上的第一支撑板、第二支撑板以及张紧装置收紧后通过钢丝绳连接板与牵引装置连接，所述第一支撑板的高度小于第二支撑板的高度。
进一步的，所述球铰连接端点为设置在第一动平台、第二动平台或第三动平台角点上的球轴承球窝，所述球轴承球窝上设有球轴承球头，所述球轴承球头与钢丝绳紧固器连接。
进一步的，设置在所述钢丝绳紧固器与上套筒之间，或钢丝绳紧固器与下套筒之间的钢丝绳为三根，且相互之间是平行的。
进一步的，所述测量单元包括三个惯性测量单元和三个张紧力传感器，所述三个惯性测量单元分别安装在第一动平台、第二动平台和第三动平台，若干所述张紧力传感器分别安装钢丝绳紧固器上，所述光栅尺位移传感器安装在钢丝绳连接板上，测量钢丝绳的伸缩变化长度。
进一步的，所述牵引装置为三个，每个牵引装置包括电动缸、伺服电机、伺服驱动器和编码器，所述伺服驱动器与多轴运动控制卡信号传输连接，所述伺服驱动器与伺服电机信号传输连接，所述伺服电机的信号输出端与编码器的信号输入端连接，所述编码器的信号输出端与伺服驱动器的信号输入端连接。
进一步的，所述张紧装置包括拉簧、支撑杆、第一构体、第二构体和小槽轮，所述支撑杆包括水平杆和竖直杆连接而成，所述竖直杆垂直固定在底板上，所述水平杆上套设有第一构件，且所述第一构件以水平杆为轴做圆周转动，所述第一构件远离支撑杆的一端通过拉簧与底板连接，所述第一构件的另一端固定连接第二构件一端，所述第一构件和第二构件之间的夹角为90°-180°之间，所述第二构件的另一端设置有小槽轮；钢丝绳穿过第二支撑板或第一支撑板和第二支撑板的通孔后，压经小槽轮后与牵引装置连接。
进一步的，所述的牵引装置为三个，包括伺服电机、连接装置、抱闸装置、带传动装置、测量计、轴承、滚珠、丝杆以及推杆套筒，伺服电机通过连接装置和抱闸装置以及带传动装置将动力传递给滚珠丝杆，通过丝杆和推杆套筒之间连接的滚珠，将圆周旋转运动转换为直线往复运动，丝杆的另一端连接有测量计，用于实时测量推杆套筒的位置，并把位置信息显示出来，以便更好控制电动缸的运动，同时推杆套筒的另一端通过钢丝绳连接板与三根钢丝绳连接。
进一步的，所述的加载液压缸电磁阀由可编程逻辑控制器来控制，通过三号通讯装置将数据传递给主控工控机，主控工控机对数据进行分析并反馈给可编程逻辑控制器。
绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统的方法，步骤如下：
1)当多动平台并联髋关节试验机进行工作时，分别安装在第一动平台、第二动平台和第三动平台的惯性测量单元，分别与钢丝绳紧固器连接的张紧力传感器，分别与钢丝绳连接板固定连接的光栅尺位移传感器，以及分别与导向套连接的液压缸加载力传感器一、力传感器二和力传感器三，将所测得的信号传递给测量工控机；
2)测量工控机实时处理测量数据并通过二号通讯装置把测量的数据发送给主控工控机；
3)编码器将信号传递给伺服驱动器，通过伺服驱动器将信号传递给多轴运动控制卡，最后传递给主控工控机；
4)主控工控机上安装有上位机，上位机对接收到的信号进行分析处理并完成人机交互功能、力学计算、控制系统解算，形成控制误差信号，主控工控机及时将测得信号传递给多轴运动控制卡，来控制伺服驱动器完成髋关节试验机的误差补偿；
5)伺服驱动器将接收到的信号传递给伺服电机，控制电动缸的往复运动来调整动平台的运动误差，进而实现三个动平台的误差补偿；
6)可编程逻辑控制器控制加载液压缸电磁阀，并将采集的数据通过三号通讯装置传递给主控工控机，主控工控机对数据进行处理与分析并及时反馈给可编程逻辑控制器，整个系统组成一个反馈回路，可以实现整个试验机的精准运作；
7)当多动平台并联髋关节试验机完成上述一周期的操作控制指令后，立即停止工作，准备下一周期的运动控制。
有益效果：本发明可以有益地实现三动平台的同步实时联动，采用张紧力传感器和光栅尺位移传感器来分别测量钢丝绳的有效张力和伸缩长度，采用三个惯性测量单元来分别测量三个动平台的位姿，采用测量工控机来对整个装置的传感器部分进行数据采集分析；测量工控机通过通信装置与主控工控机进行数据通信，并通过多轴运动控制卡将误差信号及时的传递给伺服驱动器，来实现数据信号的误差补偿；三个牵引装置的控制是主控工控机通过多轴运动控制卡来完成的，具有精度高，稳定性好，安全可靠等优点，多轴运动控制卡可以有效的协调各支链之间的运动关系；采用了可编程逻辑控制器来控制液压缸电磁阀；采用多轴运动控制卡、主控工控机和测量工控机的控制模式，具有响应速度快，可靠性强等优点。
附图说明
图1为本发明控制系统的结构框图；
图2为本发明试验机的结构示意图；
图3为本发明张紧装置的结构示意图；
图4为本发明牵引装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图2所示为一种绳索传动的多动平台并联髋关节试验机，包括液压缸12、液压缸加载力传感器、顶板13、底板34和边支柱14构成的框架，所述液压缸加载力传感器包括力传感器一15、力传感器二23和力传感器三，所述框架内上、下分布设置的上中间支撑板7和下中间支撑板10，所述上中间支撑板7与上辅助板20同水平面固定设置，所述下中间支撑板10与下辅助板9同水平面固定设置，所述上辅助板20和下辅助板9上分别设有三个对应的通孔，对应所述上辅助板20上的通孔内设置有上套筒21，对应所述下辅助板9上的通孔内设置有下套筒27。
所述上中间支撑板7连接有滚珠花键套6，从下至上，所述滚珠花键套6与连接法兰一5相连，所述连接法兰一5与第一中间支柱4固定连接，所述中间支柱4内设有球面基座3，所述球面基座3上设有轴承座圈2，所述轴承座圈2与溶液盆1相连，所述溶液盆1内设置有关节头和球头座，所述溶液盆1上设有与其盆缘固定连接的第一动平台16。
从上至下，所述滚珠花键套6与连接法兰二22连接，所述连接法兰二22与第二中间支柱8连接，所述第二中间支柱8通过力传感器二23和导向套与第二动平台24驱动连接。
所述第二动平台24至第三动平台28之间的结构与所述第一动平台16至第二动平台24之间的结构相同；所述液压缸12与顶板13相连，且所述液压缸12通过导向套和力传感器一15与第一动平台16驱动连接；所述第三动平台28下方通过第三中间支柱35与底板34固定。
所述第一动平台16、第二动平台24和第三动平台28上均匀设置若干个球铰连接端点，且均为正三角形版式结构。所述球铰连接端点为设置在第一动平台16、第二动平台24或第三动平台28三角点上的球轴承球窝17，所述球轴承球窝17上设有球轴承球头18，所述球轴承球头18与钢丝绳紧固器19连接。所述第一动平台16上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳穿过对应的上套筒21和下套筒27，并经底板34上的第二支撑板30和张紧装置31收紧后通过钢丝绳连接板与牵引装置11连接，所述第二动平台24上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳穿过对应的下套筒27，并经底板34上的第二支撑板30和张紧装置31收紧后通过钢丝绳连接板与牵引装置11连接，所述第三动平台28上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳，并依次经底板34上的第一支撑板33、第二支撑板30以及张紧装置31收紧后通过钢丝绳连接板与牵引装置11连接，所述第一支撑板33的高度小于第二支撑板30的高度。设置在所述钢丝绳紧固器19与上套筒21之间，或钢丝绳紧固器19与下套筒27之间的三根钢丝绳之间是相互平行的，可实现第一动平台16、第二动平台24和第三动平台28之间的同步联动。所述牵引装置11为电动缸，通过所述电动缸的直线往复运动可实现三动平台的旋转及上下同步联动。
图3，具体阐述张紧装置31，张紧装置31是用来控制钢丝绳的松紧程度设计的。所述张紧装置31包括拉簧57、支撑杆52、第一构体55、第二构体54和小槽轮51，所述支撑杆52包括水平杆和竖直杆连接而成，所述竖直杆垂直固定在底板34上，所述水平杆上套设有第一构件55，且所述第一构件55以水平杆为轴做圆周转动，所述第一构件55远离支撑杆52的一端通过拉簧57与底板34连接，所述第一构件55的另一端固定连接第二构件54一端，所述第一构件55和第二构件54之间的夹角为90°-180°之间，所述第二构件54的另一端设置有小槽轮51，所述小槽轮51是通过小轴53转动式设置在第二构件54的另一端的U形端口中。钢丝绳穿过第二支撑板30或第一支撑板33和第二支撑板30的通孔后，压经小槽轮51后与牵引装置11连接。当钢丝绳绷紧时，会压着第二构件54向左下方转动，但由于拉簧57拉挂着第一钩件55，会阻止其进一步的转动，从而实现绳子的张紧，同样当钢丝绳比较松弛的时候，拉簧会起到绷紧钢丝绳的目的。
图4，本发明设计的一种实施例的牵引装置11，牵引装置是整个机构的动力装置，用来驱动两个动平台的运动，所述的牵引装置11有三个，每个牵引装置11包括伺服电机60、连接装置61、抱闸装置62、带传动装置63、测量计64、轴承65、滚珠66、丝杆67以及推杆套筒68，伺服电机60通过连接装置61和抱闸装置62以及带传动装置63将动力传递给滚珠丝杆67，通过丝杆67和推杆套筒68之间连接的滚珠66，将圆周旋转运动转换为直线往复运动，丝杆的另一端连接有测量计64，用于实时测量推杆套筒68的位置，并把位置信息显示出来，以便更好控制电动缸的运动，同时推杆套筒68的另一端通过钢丝绳连接板与三根钢丝绳连接，该牵引装置通过滚珠丝杆来实现旋转运动到直线运动的转化，具有控制精度高，安全可靠等优点，抱闸装置用来控制当电机的瞬时停止时，防止电机的反转，起到安全保护的作用。
图1，绳索传动的多动平台并联髋关节试验机的控制系统，控制系统包括测量单元、一号通讯装置、牵引装置、光栅尺位移传感器、测量工控机、二号通讯装置、主控工控机、多轴运动控制卡、三号通讯装置、可编程逻辑控制器、液压缸加载力传感器和加载液压缸电磁阀；所述测量单元的信号输出端通过一号通讯装置与测量工控机的信号输入端连接，所述液压缸加载力传感器的信号输出端与测量工控机的信号输入端连接，所述测量工控机的信号输出端通过二号通讯装置与主控工控机的信号输入端连接；所述主控工控机通过三号通讯装置与可编程逻辑控制器信号传输连接，所述可编程逻辑控制器的信号输出端与加载液压缸电磁阀的信号输入端连接；所述主控工控机与多轴运动控制卡信号传输连接，所述多轴运动控制卡与牵引装置信号传输连接，所述光栅尺位移传感器的信号输出端与测量工控机的信号输入端连接。
所述测量单元包括三个惯性测量单元和三个张紧力传感器，所述三个惯性测量单元分别安装在第一动平台16、第二动平台24和第三动平台28，若干所述张紧力传感器分别安装钢丝绳紧固器19上，所述光栅尺位移传感器安装在钢丝绳连接板上，测量钢丝绳的伸缩变化长度。
根据本发明的控制系统设计的另一种牵引装置的系统实施例，该系统中涉及的牵引装置为三个，每个牵引装置包括电动缸、伺服电机、伺服驱动器和编码器，所述伺服驱动器与多轴运动控制卡信号传输连接，所述伺服驱动器与伺服电机信号传输连接，所述伺服电机的信号输出端与编码器的信号输入端连接，所述编码器的信号输出端与伺服驱动器的信号输入端连接。
所述的加载液压缸电磁阀由可编程逻辑控制器来控制，通过三号通讯装置将数据传递给主控工控机，主控工控机对数据进行分析并反馈给可编程逻辑控制器。
绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统的方法，步骤如下：
1)当多动平台并联髋关节试验机进行工作时，分别安装在第一动平台16、第二动平台24和第三动平台28的惯性测量单元，分别与钢丝绳紧固器19连接的张紧力传感器，分别与钢丝绳连接板固定连接的光栅尺位移传感器，以及分别与导向套连接的力传感器一15、力传感器二23和力传感器三，将所测得的信号传递给测量工控机；
2)测量工控机实时处理测量数据并通过二号通讯装置把测量的数据发送给主控工控机；
3)编码器将信号传递给伺服驱动器，通过伺服驱动器将信号传递给多轴运动控制卡，最后传递给主控工控机；
4)主控工控机上安装有上位机，上位机对接收到的信号进行分析处理并完成人机交互功能、力学计算、控制系统解算，形成控制误差信号，主控工控机及时将测得信号传递给多轴运动控制卡，来控制伺服驱动器完成髋关节试验机的误差补偿；
5)伺服驱动器将接收到的信号传递给伺服电机，控制电动缸的往复运动来调整动平台的运动误差，进而实现三个动平台的误差补偿；
6)可编程逻辑控制器控制加载液压缸电磁阀，并将采集的数据通过三号通讯装置传递给主控工控机，主控工控机对数据进行处理与分析并及时反馈给可编程逻辑控制器，整个系统组成一个反馈回路，可以实现整个试验机的精准运作；
7)当多动平台并联髋关节试验机完成上述一周期的操作控制指令后，立即停止工作，准备下一周期的运动控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统，其特征在于：控制系统包括测量单元、一号通讯装置、牵引装置、光栅尺位移传感器、测量工控机、二号通讯装置、主控工控机、多轴运动控制卡、三号通讯装置、可编程逻辑控制器、液压缸加载力传感器和加载液压缸电磁阀；所述测量单元的信号输出端通过一号通讯装置与测量工控机的信号输入端连接，所述液压缸加载力传感器的信号输出端与测量工控机的信号输入端连接，所述测量工控机的信号输出端通过二号通讯装置与主控工控机的信号输入端连接；所述主控工控机通过三号通讯装置与可编程逻辑控制器信号传输连接，所述可编程逻辑控制器的信号输出端与加载液压缸电磁阀的信号输入端连接；所述主控工控机与多轴运动控制卡信号传输连接，所述多轴运动控制卡与牵引装置信号传输连接，所述光栅尺位移传感器的信号输出端与测量工控机的信号输入端连接；
试验机包括加载液压缸(12)、液压缸加载力传感器、顶板(13)、底板(34)和边支柱(14)构成的框架，所述液压缸加载力传感器包括力传感器一(15)、力传感器二(23)和力传感器三，所述框架内上、下分布设置的上中间支撑板(7)和下中间支撑板(10)，所述上中间支撑板(7)与上辅助板(20)同水平面固定设置，所述下中间支撑板(10)与下辅助板(9)同水平面固定设置，所述上辅助板(20)和下辅助板(9)上分别设有若干对应的通孔，对应所述上辅助板(20)上的通孔内设置有上套筒(21)，对应所述下辅助板(9)上的通孔内设置有下套筒(27)；
所述上中间支撑板(7)连接有滚珠花键套(6)，从下至上，所述滚珠花键套(6)与连接法兰一(5)相连，所述连接法兰一(5)与第一中间支柱(4)固定连接，所述中间支柱(4)内设有球面基座(3)，所述球面基座(3)上设有轴承座圈(2)，所述轴承座圈(2)与溶液盆(1)相连，所述溶液盆(1)内设置有关节头和球头座，所述溶液盆(1)上设有与其盆缘固定连接的第一动平台(16)；
从上至下，所述滚珠花键套(6)与连接法兰二(22)连接，所述连接法兰二(22)与第二中间支柱(8)连接，所述第二中间支柱(8)通过力传感器二(23)和导向套与第二动平台(24)驱动连接；
所述第二动平台(24)至第三动平台(28)之间的结构与所述第一动平台(16)至第二动平台(24)之间的结构相同；所述液压缸(12)与顶板(13)相连，且所述液压缸(12)通过导向套和力传感器一(15)与第一动平台(16)驱动连接；所述第三动平台(28)下方通过第三中间支柱(35)与底板(34)固定；
所述第一动平台(16)、第二动平台(24)和第三动平台(28)上均匀设置若干个球铰连接端点，所述第一动平台(16)上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳穿过对应的上套筒(21)和下套筒(27)，并经底板(34)上的第二支撑板(30)和张紧装置(31)收紧后与牵引装置(11)连接，所述第二动平台(24)上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳穿过对应的下套筒(27)，并经底板(34)上的第二支撑板(30)和张紧装置(31)收紧后与牵引装置(11)连接，所述第三动平台(28)上的球铰连接端点上分别连接钢丝绳，并依次经底板(34)上的第一支撑板(33)、第二支撑板(30)以及张紧装置(31)收紧后与牵引装置(11)连接，所述第一支撑板(33)的高度小于第二支撑板(30)的高度。
2.根据权利要求1所述绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统，其特征在于：所述球铰连接端点为设置在第一动平台(16)、第二动平台(24)或第三动平台(28)角点上的球轴承球窝(17)，所述球轴承球窝(17)上设有球轴承球头(18)，所述球轴承球头(18)与钢丝绳紧固器(19)连接。
3.根据权利要求2所述绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统，其特征在于：设置在所述钢丝绳紧固器(19)与上套筒(21)之间，或钢丝绳紧固器(19)与下套筒(27)之间的钢丝绳为三根，且相互之间是平行的。
4.根据权利要求3所述绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统，其特征在于：所述测量单元包括三个惯性测量单元和三个张紧力传感器，所述三个惯性测量单元分别安装在第一动平台(16)、第二动平台(24)和第三动平台(28)，若干所述张紧力传感器分别安装钢丝绳紧固器(19)上，所述光栅尺位移传感器安装在钢丝绳连接板上，测量钢丝绳的伸缩变化长度。
5.根据权利要求4所述绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统，其特征在于：所述牵引装置为三个，每个牵引装置包括电动缸、伺服电机、伺服驱动器和编码器，所述伺服驱动器与多轴运动控制卡信号传输连接，所述伺服驱动器与伺服电机信号传输连接，所述伺服电机的信号输出端与编码器的信号输入端连接，所述编码器的信号输出端与伺服驱动器的信号输入端连接。
6.根据权利要求1所述绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统，其特征在于：所述的牵引装置(11)为三个，每个牵引装置包括伺服电机(60)、连接装置(61)、抱闸装置(62)、带传动装置(63)、测量计(64)、轴承(65)、滚珠(66)、丝杆(67)以及推杆套筒(68)，伺服电机(60)通过连接装置(61)和抱闸装置(62)以及带传动装置(63)将动力传递给滚珠丝杆(67)，通过丝杆(67)和推杆套筒(68)之间连接的滚珠(66)，将圆周旋转运动转换为直线往复运动，丝杆的另一端连接有测量计(64)，用于实时测量推杆套筒(68)的位置，并把位置信息显示出来，以便更好控制电动缸的运动，同时推杆套筒(68)的另一端通过钢丝绳连接板与三根钢丝绳连接。
7.根据权利要求1所述绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统，其特征在于：所述张紧装置(31)包括拉簧(57)、支撑杆(52)、第一构体(55)、第二构体(54)和小槽轮(51)，所述支撑杆(52)包括水平杆和竖直杆连接而成，所述竖直杆垂直固定在底板(34)上，所述水平杆上套设有第一构件(55)，且所述第一构件(55)以水平杆为轴做圆周转动，所述第一构件(55)远离支撑杆(52)的一端通过拉簧(57)与底板(34)连接，所述第一构件(55)的另一端固定连接第二构件(54)一端，所述第一构件(55)和第二构件(54)之间的夹角为90°-180°之间，所述第二构件(54)的另一端设置有小槽轮(51)；钢丝绳穿过第二支撑板(30)或第一支撑板(33)和第二支撑板(30)的通孔后，压经小槽轮(51)后与牵引装置(11)连接。
8.根据权利要求1所述绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统，其特征在于：所述的加载液压缸电磁阀由可编程逻辑控制器来控制，通过三号通讯装置将数据传递给主控工控机，主控工控机对数据进行分析并反馈给可编程逻辑控制器。
9.绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统的控制方法，其特征在于，步骤如下：
1)当多动平台并联髋关节试验机进行工作时，分别安装在第一动平台(16)、第二动平台(24)和第三动平台(28)的惯性测量单元，分别与钢丝绳紧固器(19)连接的张紧力传感器，分别与钢丝绳连接板固定连接的光栅尺位移传感器，以及分别与导向套连接的液压缸加载力传感器一(15)、力传感器二(23)和力传感器三，将所测得的信号传递给测量工控机；
2)测量工控机实时处理测量数据并通过二号通讯装置把测量的数据发送给主控工控机；
3)编码器将信号传递给伺服驱动器，通过伺服驱动器将信号传递给多轴运动控制卡，最后传递给主控工控机；
4)主控工控机上安装有上位机，上位机对接收到的信号进行分析处理并完成人机交互功能、力学计算、控制系统解算，形成控制误差信号，主控工控机及时将测得信号传递给多轴运动控制卡，来控制伺服驱动器完成髋关节试验机的误差补偿；
5)伺服驱动器将接收到的信号传递给伺服电机，控制电动缸的往复运动来调整动平台的运动误差，进而实现三个动平台的误差补偿；
6)可编程逻辑控制器控制加载液压缸电磁阀，并将采集的数据通过三号通讯装置传递给主控工控机，主控工控机对数据进行处理与分析并及时反馈给可编程逻辑控制器，整个系统组成一个反馈回路，可以实现整个试验机的精准运作；
7)当多动平台并联髋关节试验机完成上述一周期的操作控制指令后，立即停止工作，准备下一周期的运动控制。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510624169.9A CN105182914B (zh) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | 绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510624169.9A CN105182914B (zh) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | 绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105182914A CN105182914A (zh) | 2015-12-23 |
| CN105182914B true CN105182914B (zh) | 2017-10-31 |
Family
ID=54905056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510624169.9A Expired - Fee Related CN105182914B (zh) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | 绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105182914B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113053204A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-06-29 | 河南科技大学 | 一种电液混合驱动的高负载六自由度运动平台 |
| CN116449772B (zh) * | 2023-06-16 | 2023-10-03 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种多轴协同运动控制方法、装置、设备及介质 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102661856A (zh) * | 2012-02-28 | 2012-09-12 | 中国矿业大学 | 一种绳索悬吊并联机构运动模拟实验平台及实验方法 |
| CN104460338A (zh) * | 2014-10-22 | 2015-03-25 | 中国矿业大学 | 四自由度并联仿生髋关节试验机控制系统及方法 |
| CN104504984A (zh) * | 2014-11-20 | 2015-04-08 | 上海交通大学 | 六自由度步态模拟的测试装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU981620A1 (ru) * | 1981-05-13 | 1982-12-15 | Государственный проектно-конструкторский и экспериментальный институт угольного машиностроения | Стенд дл испытани рычажно-шарнирной св зи основани и перекрыти секции механизированной крепи |
-
2015
- 2015-09-25 CN CN201510624169.9A patent/CN105182914B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102661856A (zh) * | 2012-02-28 | 2012-09-12 | 中国矿业大学 | 一种绳索悬吊并联机构运动模拟实验平台及实验方法 |
| CN104460338A (zh) * | 2014-10-22 | 2015-03-25 | 中国矿业大学 | 四自由度并联仿生髋关节试验机控制系统及方法 |
| CN104504984A (zh) * | 2014-11-20 | 2015-04-08 | 上海交通大学 | 六自由度步态模拟的测试装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105182914A (zh) | 2015-12-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110252560A (zh) | 一种用于高铁车身涂装的移动式混联喷涂机器人 | |
| CN202963981U (zh) | 液压柱塞泵智能装配检测生产线 | |
| CN104568575B (zh) | 一种施力推杆装置和多轴载荷加载机 | |
| CN108709709A (zh) | 一种多轴振动试验台加载装置 | |
| CN201392613Y (zh) | 移动控制传感器实训平台 | |
| CN104515490B (zh) | 一种翻转式在线外径自动测量装置 | |
| CN206787816U (zh) | 道路栏杆水平推力加载试验装置 | |
| CN105182914B (zh) | 绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统及方法 | |
| CN212123355U (zh) | 一种操作型工业机器人关节及整机刚度测量加载装置 | |
| CN107870135A (zh) | 一种可变参数的缆绳寿命测试装置及测试方法 | |
| CN107894332A (zh) | 牛头刨床横向工作台可靠性试验系统 | |
| CN104727234B (zh) | 一种用于检测缆索的转动平台机构 | |
| CN206804310U (zh) | 一种机器人调试平台 | |
| CN104344987B (zh) | 一种拉弯扭材料加载试验机 | |
| CN206270150U (zh) | 用于防眩板检测的力学性能试验机 | |
| CN102525691A (zh) | 一种气缸自复位型髋关节试验机 | |
| CN107389009A (zh) | 一种检测支架 | |
| CN208468359U (zh) | 一种十轴移动视觉机器人 | |
| CN105005160B (zh) | 一种lcd管脚检测装置 | |
| CN106644688A (zh) | 一种用于防眩板检测的力学性能试验机 | |
| CN103743369B (zh) | 一种用于测量高压环形气瓶形变参数的设备 | |
| CN106989943A (zh) | 一种机器人调试平台 | |
| CN209296474U (zh) | 一种钢筋性能检测装置 | |
| CN208350315U (zh) | 一种多轴振动试验台加载装置 | |
| CN207816581U (zh) | 一种用于汽车电动尾门螺杆自动全检测试设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20171031 Termination date: 20200925 |