并联仿生髋关节试验系统运动及动力学分析PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 并联髋关节试验机研究现状 2

1.3 人体步态研究现状 5

1.4 并联机构研究现状 6

1.4.1 并联机构运动学研究 6

1.4.2 并联机构工作空间研究 7

1.4.3 并联机构奇异位形研究 8

1.4.4 并联机构运动学标定研究 9

1.4.5 并联机构动力学研究 10

1.4.6 并联机构刚度特性研究 12

1.4.7 并联机构运动稳定性研究 13

1.5 本书主要内容 14

第2章 中国人正常步态运动特性分析 17

2.1 引言 17

2.2 人体步态分析方法 18

2.2.1 试验样本 18

2.2.2 试验设备 18

2.2.3 试验方法 19

2.2.4 数据采集 19

2.2.5 数据分析 20

2.3 试验结果 20

2.3.1 中国男性／女性在时间／空间参数上的对比 20

2.3.2 行走、跑步、下蹲及下跪运动学试验结果 21

2.4 结果讨论 24

2.5 小结 27

第3章 并联髋关节试验机运动学分析 28

3.1 引言 28

3.2 试验机拓扑结构与参考坐标系 28

3.3 运动自由度分析 29

3.4 刚体姿态描述方法 30

3.4.1 Euler角描述法 30

3.4.2 方向余弦矩阵法 31

3.4.3 四元数姿态描述法 31

3.4.4 Rodrigues参数法 32

3.5 运动学逆位姿分析 33

3.6 运动学速度逆／正解分析 35

3.7 加速度逆／正解分析 37

3.8 运动学数值仿真 39

3.9 小结 43

第4章 并联髋关节试验机运动空间分析及优化 44

4.1 引言 44

4.2 运动空间约束条件及求解算法 44

4.2.1 运动空间的约束条件分析 44

4.2.2 运动空间的求解及优化算法 45

4.3 运动空间与结构参数的关系 45

4.4 运动空间优化指标及优化分析 49

4.4.1 混合自由度并联机构的量纲一速度Jacobi矩阵求解 49

4.4.2 运动空间优化分析 51

4.4.3 基于Jacobi矩阵条件数均值的结构优化 55

4.5 小结 57

第5章 并联髋关节试验机奇异位形研究 58

5.1 引言 58

5.2 Grassmann线几何与Grassmann-Cayley代数简介 58

5.3 机构静力学分析 60

5.4 奇异位形分析 62

5.4.1 基于Grassmann线几何的奇异位形分析 62

5.4.2 基于Grassmann-Cayley代数的奇异位形分析 66

5.5 奇异轨迹数值仿真 68

5.5.1 线簇秩为1时奇异轨迹 68

5.5.2 线簇秩为2时奇异轨迹 68

5.5.3 线簇秩为3时奇异轨迹 70

5.5.4 线簇秩为4时奇异轨迹 75

5.5.5 线簇秩为5时奇异轨迹 77

5.5.6 ［abcg］［defg］＝［abdg］［cefg］≠0时的奇异轨迹 78

5.6 小结 78

第6章 并联髋关节试验机误差建模及运动学标定 80

6.1 并联髋关节试验机误差分析 80

6.1.1 误差模型 80

6.1.2 机构误差数值分析 82

6.2 运动学标定 91

6.2.1 集合参数 91

6.2.2 运动学数值正解算法 92

6.2.3 标定方法 92

6.3 运动学标定数值仿真 97

6.4 小结 99

第7章 并联髋关节试验机动力学研究 101

7.1 引言 101

7.2 动力学分析坐标系建立 101

7.3 逆运动学模型 101

7.3.1 机构位姿矩阵化 102

7.3.2 速度加速度矩阵化 105

7.4 逆动力学分析 107

7.5 动力学数值模拟 109

7.6 小结 113

第8章 并联髋关节试验机刚度分析及优化 114

8.1 引言 114

8.2 并联髋关节试验机刚度模型描述 114

8.2.1 运动／静力学模型描述 114

8.2.2 机构Jacobi矩阵求解 115

8.3 并联髋关节试验机刚度及弹性变形 116

8.3.1 机构各部件刚度求解 116

8.3.2 整机刚度模型 118

8.4 刚度数值分析 119

8.4.1 机构弹性变形 120

8.4.2 刚度优化 124

8.5 有限元分析 126

8.6 小结 131

第9章 并联髋关节试验机运动稳定性研究 133

9.1 引言 133

9.2 并联髋关节试验机质点系Lagrange方程 133

9.3 动力学方程消元处理 136

9.4 动态分岔方程和一阶近似系统 139

9.5 并联髋关节试验机运动稳定性分析 140

9.5.1 JLqnyHoB第一近似系统稳定性判据 141

9.5.2 主动支链输入参数对并联髋关节试验机运动稳定性的影响 141

9.6 小结 144

第10章 并联髋关节试验机试验研究 145

10.1 引言 145

10.2 并联髋关节试验机的试制 145

10.2.1 机械结构总体设计方案 145

10.2.2 运动过程分析 146

10.2.3 机械结构详细设计 146

10.3 并联髋关节试验机控制系统结构 148

10.3.1 控制系统结构 148

10.3.2 数据传递模块设计 149

10.4 并联髋关节试验机试验 151

10.4.1 试验系统测试设备 151

10.4.2 液压加载系统 152

10.4.3 试验机系统安装与调试 153

10.4.4 试验过程 155

10.5 试验系统改进意见 157

10.6 小结 157

参考文献 158

附录 168