绳索传动的多动平台并联髋关节试验机控制系统及方法技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术能够实现对髋关节试验机精准、稳定的控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种，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，本专利技术采用的技术方案为: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:I)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:本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程刚，赵尊忠，山显雷，刘相镇，林玉屏，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32