[发明专利]一种双动平台并联仿生髋关节试验机的控制系统及其方法

说明书

技术领域

本发明专利设计一种髋关节试验机的控制系统及方法，特别是涉及一种双动平台髋关节试验机的控制系统及方法。

背景技术

随着人类社会步入高龄化阶段，各种与高龄有关的关节疾病将会大量发生，因此对人工关节的需求也会日益增多。因此，积极开展对人工关节的生物摩擦学特性研究，对提高人工关节的使用质量、临床使用寿命具有重大意义。

由于双动平台髋关节试验机需要对两个人工髋关节同步进行复杂的运动，同时还要满足动态加载的要求，因此，设计出合适的控制系统，使试验机可以精确地实现多种轨迹下的运动和动态加载，具有重要的意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种双动平台并联仿生髋关节试验机的控制系统及其方法，能够实现对试验机的精确、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：

一种双动平台并联仿生髋关节试验机的控制系统，包括设置在双动平台并联仿生髋关节试验机上的驱动控制单元、测量单元、多轴运动控制卡、数据采集卡和工控机，所述测量单元的信号输出端分别与数据采集卡和多轴运动控制卡的信号输入端连接，所述驱动控制单元的信号输出端与多轴运动控制卡的信号输入端连接，所述数据采集卡和多轴运动控制卡的信号输出端分别与工控机信号输入端连接，所述工控机的信号输出端与多轴运动控制卡的信号输入端连接，所述多轴运动控制卡的信号输出端与驱动控制单元的信号输入端连接。

进一步的，所述双动平台并联仿生髋关节试验机包括支撑框架、液压加载系统、力传感器一、力传感器二、滚珠花键轴、滚珠花键轴套、动平台组件一、动平台组件二和三个直线导轨，所述支撑框架包括上支撑板、外围支柱、中间支撑板和底面基座构成的支撑体系，所述液压加载系统包括液压缸和导向套，所述液压缸固定在上支撑板上并通过固定在上支撑板上的导向套与位于上支撑板下方的力传感器一的上端连接，所述力传感器一的下端与动平台组件一的人工髋关节连接，所述动平台组件一的下端球面与球面基座一的上端接触连接，所述球面基座一的下端与中间支柱一上端固定连接；所述滚珠花键轴套固定在中间支撑板上，所述滚珠花键轴设置在滚珠花键轴套内，所述中间支柱一的下端与滚珠花键轴的上端连接，所述滚珠花键轴的下端与中间支柱二的上端连接，所述中间支柱二的下端与力传感器二的上端连接，所述力传感器二的下端与动平台组件二的人工髋关节连接，动平台组件二的下端球面与球面基座二的上端接触连接，所述球面基座二的下端与中间支柱三上端固定连接，所述中间支柱三下端与地面基座固定连接；三个直线导轨竖直设置在地面基座上，每个直线导轨上分别上、下设置第一滑块和第二滑块，所述每个直线导轨上的第一滑块与动平台组件一通过连杆铰接，所述每个直线导轨上的第二滑块与动平台组件二通过连杆铰接。

进一步的，所述每个直线导轨包括两个导程相同、螺旋方向相反的上丝杆和下丝杆连接而成，所述上丝杆上设置有第一滑块，所述下丝杆上设置有第二滑块。

进一步的，所述驱动控制单元分为三组分别对应一个直线导轨，每组驱动控制单元结构相同，分别包括编码器、伺服驱动器和对应的直线导轨的驱动电机，所述伺服驱动器的信号输入端与多轴运动控制卡的信号输出端连接，所述伺服驱动器的信号输出端与对应的直线导轨的驱动电机的信号输入端连接，所述对应的直线导轨的驱动电机的信号输出端分别与编码器和伺服驱动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，所述测量单元分为三组分别对应一个直线导轨，每组测量单元结构相同，分别包括力感应装置一、力感应装置二、光栅尺一和光栅尺二，所述力感应装置一安装在第一滑块与动平台组件一之间的连杆上，所述力感应装置二安装在第二滑块与动平台组件二之间的连杆上，所述光栅尺一安装在第一滑块上，所述光栅尺二安装在第二滑块上；所述力感应装置一和力感应装置二的信号输出端分别与数据采集卡的信号输入端连接，所述光栅尺一和光栅尺二的信号输出端分别与多轴运动控制卡的信号输入端连接。

进一步的，包括惯性测量单元一和惯性测量单元二，所述惯性测量单元一和惯性测量单元二分别固定在动平台组件一和动平台组件二上，所述惯性测量单元一和惯性测量单元二的信号输出端分别与数据采集卡的信号输入端连接。

进一步的，所述力传感器一和力传感器二的信号输出端与数据采集卡信号输入端连接，所述加载液压缸电磁阀的信号输入端多与轴运动控制卡的信号输出端连接，加载液压缸电磁阀控制液压缸的加载强度。

一种双动平台并联仿生髋关节试验机的控制系统的控制方法，包括以下步骤：