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医用生物力学 2024年第S1期 19-19页

作者：李楠刘建泽李相龙郭江真北京航空航天大学医学科学与工程学院生物与医学工程学院

目的针对在校大学生,采取颈椎MRI检查,通过建立颈椎间盘退变新的分级系统,判断其慢性颈痛发生是否与间盘退变直接相关。方法从2022年10月～12月,从某大学招募慢性颈痛患者和健康受试者,按照标准筛检,安排所有受试者接受核磁共振检查...

目的针对在校大学生,采取颈椎MRI检查,通过建立颈椎间盘退变新的分级系统,判断其慢性颈痛发生是否与间盘退变直接相关。方法从2022年10月～12月,从某大学招募慢性颈痛患者和健康受试者,按照标准筛检,安排所有受试者接受核磁共振检查。按新的颈椎间盘退变分级方法,邀请多位脊柱外科和放射科医师先后两次对所有受试者的核磁结果进行阅片并分级,对分级的一致性进行判断,并评估颈痛与间盘退变之间的关系。结果最终受试者为78人(慢性颈痛组(试验组)和健康对照组(对照组)均为39人),男29人,女49人;对照组/试验组:男性20/9,女性20/29。女性相对于男性,更容易出现慢性颈痛。通过Kappa检验,发现前后两次各位观察者的评估结果相似,观察者间和观察者内,均匀良好的一致性。而且尽管两组间不同颈椎间盘退变分级的分布有差异,试验组的退变分级更高,但差异并无统计学意义。结论基于核磁共振检查的新的颈椎间盘退变分级方法,简单易行,不同评估者的一致性强,利于后续有限元分析。慢性颈痛的发生与颈椎间盘退变并无关联,其确切发病机制还需将来进一步研究。

关键词：

基于3-RRS并联机构的颈椎矫形机器人运动学适配

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医用生物力学 2024年第S1期 643-643页

作者：刘建泽郭江真李楠陶春静樊瑜波北京航空航天大学生物与医学工程学院医学科学与工程学院北京市生物医学高精尖创新中心首都医科大学附属北京积水潭医院脊柱外科

目的针对慢性颈痛患者康复需要,分析颈部运动学特性,设计基于3-RRS构型的颈椎矫形机器人,以适配患者颈部运动和辅助发力。方法招募慢性颈痛患者和健康受试者,分析颈部屈伸、侧屈、转动、环绕的运动特性,对比颈痛患者与健康组差异。3-...

目的针对慢性颈痛患者康复需要,分析颈部运动学特性,设计基于3-RRS构型的颈椎矫形机器人,以适配患者颈部运动和辅助发力。方法招募慢性颈痛患者和健康受试者,分析颈部屈伸、侧屈、转动、环绕的运动特性,对比颈痛患者与健康组差异。3-RRS并联机构运动学分析,改变三支链转动轴线交点的空间关系,对比不同布局对工作空间影响,特别是平移自由度耦合的影响,并探讨与颈部运动的异步特性。根据颈部运动学特征,个性化设计机构学参数,优化人机适配性。结果不同受试者同一动作最大运动范围不同;颈部运动不仅是多维环转运动,同时伴随某些方向平动;颈痛患者与健康组表现不同,常表现为更小运动范围伴随异常平动。采用仅两轴线共交点或均不共交点布局,机器人末端可多自由度转动并耦合平动;改变机构学参数,转动平动范围改变。基于3-RRS构型设计颈椎矫形机器人,可实现转动平动耦合运动,具备良好人机适配性。结论颈部运动为多维转动耦合平动,范围因人而异,且颈痛患者存在差异;颈痛辅助治疗需顺应颈部运动,反之效果不佳,运动范围及自由度不适不仅限制运动甚至引起损伤;基于3-RRS设计颈椎矫形机器人人机适配性好,且范围可调,为慢性颈痛治疗提供新的康复治疗手段。

关键词：

面向矫治力实时适配的矫形器三维形貌重建方法研究

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医用生物力学 2024年第S1期 660-660页

作者：李相龙郭江真李楠陶春静樊瑜波北京航空航天大学生物与医学工程学院医学科学与工程学院北京市生物医学高精尖创新中心首都医科大学附属北京积水潭医院脊柱外科

目的矫形器通过形变产生矫治力从而预防和矫正畸形。矫治力的力点与方向取决于矫形器的形变状况,因此明确矫形器的三维形貌有助于实时优化和调整矫治力,保障其治疗效果。方法将矫形器三维形貌视为其与人体接触产生的不规则柱状曲面,...

目的矫形器通过形变产生矫治力从而预防和矫正畸形。矫治力的力点与方向取决于矫形器的形变状况,因此明确矫形器的三维形貌有助于实时优化和调整矫治力,保障其治疗效果。方法将矫形器三维形貌视为其与人体接触产生的不规则柱状曲面,柱面上的点集便可反映矫形器三维形貌。研究先重建柱面上数条轮廓曲线上的点集,再根据多组轮廓线上的点生成用于三维形貌重建的全部点集。采用应变传感单元结合应变-曲率关系对轮廓线上的曲率采样,根据坐标变换及Frenet标架等方法重建出各轮廓线上的点集,最终得到曲面上的数条轮廓线上的点集,用以进行矫形器三维形貌重建。结果仿真表明,对30 cm总长由初等函数叠加和拼接形成的单轮廓线曲率进行5 cm间隔采样,并重建轮廓线点集,重建点位置的最大绝对误差为0.93 cm,最大百分误差为3.10%,平均误差为0.32 cm,平均百分误差为1.08%。增加1倍采样点可将位置最大绝对误差降低45.16%,平均误差降低53.13%。研究发现轮廓线曲率沿其弧长的波动影响重建的效果,不合理的曲率采样分布造成数倍的位置误差,需合理规划采样点分布,以保证重建有效性并降低传感单元数量。结论所提出的矫形器三维形貌重建方法有效、可靠,为后续优化适配矫治力提供了技术支撑。

关键词：

3PRS/UPS冗余驱动并联机器人刚度特性分布

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北京航空航天大学学报 2014年第4期40卷 500-506页

作者：郭江真王丹樊锐陈五一北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

设计提出了一种采用冗余驱动的3PRS/UPS三自由度并联机器人,并建立分析其机构模型.基于螺旋理论,对并联机器人进行运动学分析,通过分别针对机构的驱动和约束建立了雅可比矩阵,最后整合建立了包含冗余驱动在内的全雅可比矩阵.利用虚功原... 详细信息

设计提出了一种采用冗余驱动的3PRS/UPS三自由度并联机器人,并建立分析其机构模型.基于螺旋理论,对并联机器人进行运动学分析,通过分别针对机构的驱动和约束建立了雅可比矩阵,最后整合建立了包含冗余驱动在内的全雅可比矩阵.利用虚功原理,结合并联机器人驱动副和约束副的柔度影响,推导得出了机构全刚度矩阵.同时,分析了机构在给定静载荷条件下的变形情况,总结出机构的空间变形分布规律.使用刚度矩阵的最小、最大特征值和运动刚度指标(KSI,Kinematic Stiffness Index)为机构刚度评价指标,对比和分析了引入冗余驱动前后对并联机器人刚度特性分布的影响,得出冗余驱动支链的引入可提高并联机器人特定方向的刚度和改善刚度分布的结论,为冗余驱动并联机器人优化设计和开发应用奠定基础.

关键词：冗余驱动并联机构螺旋理论刚度特性评价指标

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多维力加载装置动力学建模及加载试验

北京航空航天大学学报 2018年第5期44卷 1095-1101页

作者：侯立果王丹安大卫郭江真陈五一樊锐北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083 航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司技术中心成都610092

设计了一种基于6-PUS并联机构的多维力加载装置,可对目标施加多维时变载荷。首先,根据向量叠加原理和牛顿迭代法,分别推导了加载装置的运动学逆解与正解。其次,基于旋量理论,推导加载装置的速度和静力雅可比矩阵,建立动平台与各支链的... 详细信息

设计了一种基于6-PUS并联机构的多维力加载装置,可对目标施加多维时变载荷。首先,根据向量叠加原理和牛顿迭代法,分别推导了加载装置的运动学逆解与正解。其次,基于旋量理论,推导加载装置的速度和静力雅可比矩阵,建立动平台与各支链的运动学和静力学映射。再次,根据虚功原理,建立加载装置的动力学模型,并且通过对比Adams和MATLAB模型的仿真结果,验证动力学模型的正确性。最后,设计并完成多维力加载试验,验证加载装置的多维力加载能力,为后续的数控机床加载试验提供新的加载手段和理论基础。

关键词：并联机构运动学动力学多维力加载装置数控机床

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基于直线电机的一维随动加载机构研究

机床与液压 2013年第3期41卷 1-3,20页

作者：王丹郭江真樊锐岳小虎北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

提出一种基于直线电机的一维随动加载机构,用于机床加载试验。确定加载机构方案并进行系统建模,进行平台搭建和原理试验。加载机构采用力、速度双环控制方案,通过消除力和速度的跟随误差,达到位置跟随和力随动加载的目的。使用原理试验... 详细信息

提出一种基于直线电机的一维随动加载机构,用于机床加载试验。确定加载机构方案并进行系统建模,进行平台搭建和原理试验。加载机构采用力、速度双环控制方案,通过消除力和速度的跟随误差,达到位置跟随和力随动加载的目的。使用原理试验平台进行加载试验,试验结果表明:该控制方法及机构方案可行。

关键词：直线电机一维随动加载机构原理试验

面向数控机床可靠性试验的多维力随动加载装置

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中国机械工程 2020年第13期31卷 1606-1612页

作者：刘红艺樊锐郭江真张维赵钦志陈五一北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 国家机床质量监督检验中心北京100102

面向五轴联动数控机床的可靠性试验提出多维力随动加载方法,对五轴联动进给主轴施加多维力载荷,形成复杂进给抗力,部分模拟主轴复杂切削力环境。基于6-PUS并联机构研制多维力随动加载装置,采用模糊PID控制器建立显式力控制系统,比例和... 详细信息

面向五轴联动数控机床的可靠性试验提出多维力随动加载方法,对五轴联动进给主轴施加多维力载荷,形成复杂进给抗力,部分模拟主轴复杂切削力环境。基于6-PUS并联机构研制多维力随动加载装置,采用模糊PID控制器建立显式力控制系统,比例和积分增益可随加载误差自适应调节。在五轴联动数控机床上开展多维力随动加载实验,结果表明,加载装置能够跟随机床主轴的单轴、三轴联动和五轴联动进给运动,根据期望值对主轴施加三维力,加载误差小于3.2%,在机床执行多种加工轨迹时形成有效进给抗力,为后续引入动态加载模拟复杂切削力提供理论和装备支撑。研究成果可为数控机床可靠性试验提供低成本、可循环的加载方式,有利于测试的规模化和标准化发展,也可为精度保持性、超载试验、跑合试验等机床性能测试提供新的负载模拟思路。

关键词：数控机床可靠性多维力加载随动加载并联机构

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关键部件多维复合加载装置的设计与优化

科技创新与应用 2018年第19期8卷 8-9,12页

作者：郭江真王进樊锐北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083 北京遥测技术研究所北京100076

航空关键部件在真实工况中的受力环境复杂,需同时承受多维载荷。测试关键部件的性能需准确模拟其受力环境。基于并联机构,提出一种多维复合加载装置,可同时对关键部件施加压力、弯矩和扭矩载荷。进行静力学分析,建立末端输出载荷和各支... 详细信息

航空关键部件在真实工况中的受力环境复杂,需同时承受多维载荷。测试关键部件的性能需准确模拟其受力环境。基于并联机构,提出一种多维复合加载装置,可同时对关键部件施加压力、弯矩和扭矩载荷。进行静力学分析,建立末端输出载荷和各支链驱动力的映射关系。以各驱动最大最小和行程为目标,对装置的结构参数进行优化设计,实现驱动峰值力最小和行程最优。建立装置虚拟样机进行仿真,仿真结果和计算结果的最大偏差小于0.01%,验证理论模型和优化方法的正确有效性。

关键词：并联机构多维复合加载优化设计

6-PUS并联加载机构模糊PID力控制系统设计

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航空制造技术 2016年第18期59卷 34-39,52页

作者：樊锐刘力军王丹郭江真北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

为对数控机床主轴进行多维力加载试验,首先建立了6-PUS并联加载机构的静力学模型,得到机构力雅克比矩阵,通过力雅克比矩阵将对机构末端多维力的控制转化为对单支链力的控制;其次,设计了单支链力模糊PID控制器;最后,在机构静态下,分别以... 详细信息

为对数控机床主轴进行多维力加载试验,首先建立了6-PUS并联加载机构的静力学模型,得到机构力雅克比矩阵,通过力雅克比矩阵将对机构末端多维力的控制转化为对单支链力的控制;其次,设计了单支链力模糊PID控制器;最后,在机构静态下,分别以传统PID和模糊PID控制器对6-PUS并联加载机构进行了多维力加载试验,加载力为F=（200,200,200,10,10,10）~T的阶跃信号,对比发现模糊PID响应的力超调量在X、Y、Z各向均明显小于传统PID引起的超调量。

关键词：并联机构力雅克比多维力控制模糊PID