前庭功能檢測、訓練及康復(fù)綜合裝置的研發(fā).pdf

1、針對耳石癥（眩暈癥）的自動化治療以及航天員和飛行員對前庭功能的檢測和訓練的需求，在前人所設(shè)計的環(huán)形方案的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的4自由度機構(gòu)，該機構(gòu)可以實現(xiàn)人的頭部在空間上的三維運動，滿足運動需求。本文主要研究的內(nèi)容如下：
　　在機構(gòu)的結(jié)構(gòu)上設(shè)計了三個轉(zhuǎn)動副和一個移動副，相鄰轉(zhuǎn)動副在空間上是垂直且相交的，移動副在機構(gòu)末端，可實現(xiàn)沿動平臺垂直方向的移動，這樣的設(shè)計可以提高旋轉(zhuǎn)座椅在空間運動的靈活性；將機構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)框架1設(shè)計為類橢圓形

2、，降低了裝置的空間占用量；為滿足不同人使用，將旋轉(zhuǎn)座椅設(shè)計為空間大小可調(diào)式的。
　　利用Grubler-Kutzbach公式計算了機構(gòu)的自由度；借助D-H方法建立了機構(gòu)在初始狀態(tài)下的運動學正逆解解析模型；利用該模型中的位姿矩陣，構(gòu)造機構(gòu)速度雅克比矩陣；運用拉格朗日動力學公式建立了機構(gòu)的動力學模型；最后，在以上基礎(chǔ)上，通過算例分析了動平臺位姿，速度以及驅(qū)動轉(zhuǎn)矩等的變化規(guī)律。利用Matlab和Adams軟件對機構(gòu)進行運動學和動力學計算

3、和仿真，做出相應(yīng)的運動圖像；將Matlab中的函數(shù)圖像與Adams中的仿真圖像進行對比，驗證推導(dǎo)公式的正確性。運動學和動力學模型為后期系統(tǒng)控制提供了可靠的運動參數(shù)。
　　針對機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點，建立了有限元分析模型。根據(jù)實際工作情況，對模型剛度最差的的位姿進行了靜力分析；對模型進行了模態(tài)分析，提取了前四階固有頻率及振型圖。根據(jù)靜力學和模態(tài)分析的結(jié)果對旋轉(zhuǎn)框架進行了多目標多尺寸的優(yōu)化設(shè)計。對優(yōu)化后的模型再次進行有限元分析，結(jié)果表明優(yōu)化后