一种3自由度颈椎牵引康复机构的误差分析与补偿
Error Analysis and Compensation of a Three-degree-of-freedom Cervical Traction Rehabilitation Mechanisms
- 机械传动 2022年46卷第7期 页码：131-138
- 作者机构：
1.中北大学 机械工程学院， 山西 太原 030051
2.山东非金属材料研究所， 山东 济南 250031
- 作者简介：
李虹（1966— ），女，山西太原人，硕士，副教授；研究方向为机构理论与机器人技术。
王庆峰（1997— ），男，山西文水人，硕士研究生；研究方向为基于并联机构的康复机器人。
- 基金信息：山西省自然科学基金(201801D121183)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2022.07.020
中图分类号：
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李虹,王庆峰,王新宇等.一种3自由度颈椎牵引康复机构的误差分析与补偿[J].机械传动,2022,46(07):131-138.
Li Hong,Wang Qingfeng,Wang Xinyu,et al.Error Analysis and Compensation of a Three-degree-of-freedom Cervical Traction Rehabilitation Mechanisms[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(07):131-138.
李虹,王庆峰,王新宇等.一种3自由度颈椎牵引康复机构的误差分析与补偿[J].机械传动,2022,46(07):131-138. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.07.020.
Li Hong,Wang Qingfeng,Wang Xinyu,et al.Error Analysis and Compensation of a Three-degree-of-freedom Cervical Traction Rehabilitation Mechanisms[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(07):131-138. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.07.020.
摘要
基于人体颈椎牵引康复机理以及颈椎部位精密易受损的特点，提出一种3自由度2-UPR/RPS颈椎牵引康复机构；对该机构进行了误差分析与补偿，以避免颈椎遭受二次损伤。首先，基于封闭矢量法对其误差建模，并根据全局误差灵敏度确定了11个重要误差；然后，根据给定的误差范围，分析了当,z,=600 mm、,z,=650 mm时动平台的全局位姿误差以及局部误差；最后，基于粒子群算法，得出4组误差补偿的最优解，并通过Matlab以及Adams软件对其进行了联合实验仿真分析。结果表明，该机构误差补偿效果明显，其全局位姿误差、垂直牵引局部误差分别降低了59.14%、89.47%，可有效保障患者颈椎的安全。
Abstract
Based on the mechanism of human cervical traction rehabilitation and the characteristics of the cervical spine area that is precise and easily damaged， a 2-UPR/RPS three-degree-of-freedom cervical traction rehabilitation mechanism is proposed； the error analysis and compensation of this mechanism are carried out to avoid secondary damage to the cervical spine. Firstly， the error modeling is based on the closed vector method， and 11 important errors are identified according to the global error sensitivity； then， based on the given error range， global pose errors and local errors of the moving platform when ,z,=600 mm and ,z,=650 mm are analyzed； finally， based on the particle swarm algorithm， the optimal solutions for the four sets of error compensation are derived， and the joint experimental simulation analysis is carried out by Matlab and Adams software. The results show that the global pose error and the local error of vertical traction are reduced by 59.14% and 89.47% respectively， which effectively ensure the safety of the patient's cervical spine.
关键词
颈椎牵引康复机构误差建模位姿误差误差补偿
Keywords
Cervical traction rehabilitation mechanismsError modelingPose errorsError compensation
references
刘珠凤，刘玲.综合护理干预对颈椎间盘突出患者疼痛及生活质量的影响［J］.国际护理学杂志，2014，33（1）：91-93.
LIU Zhufeng，LIU Ling.Effects of comprehensive care interventions on pain and quality of life in patients with cervical disc herniation［J］.International Journal of Nursing，2014，33（1）：91-93.
王娜，张涛，王秋红.3UPS-PU并联机构的运动学误差建模与验证［J］.机械传动，2020，44（7）：113-118.
WANG Na，ZHANG Tao，WANG Qiuhong.Modeling and verification of kinematics error of 3UPS-PU parallel mechanism［J］.Journal of Mechanical Transmission，2020，44（7）：113-118.
CHEN Y，XIE F，LIU X，et al.Error modeling and sensitivity analysis of a parallel robot with SCARA motions［J］.Chinese Journal of Mechanical Engineering，2014，27（4）：693-702.
HRAIECH E S，CHEBBI A H，AFFI Z，et al.Error estimation and sensitivity analysis of the 3-UPU translational parallel robot due to design parameter uncertainties［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part C：Journal of Mechanical Engineering Science，2019，233（8）：2713-2727.
ZHANG H Z，CHENG G，SHAN X L，et al.Kinematic accuracy research of 2（3HUS+S） parallel manipulator for simulation of hip joint motion［J］.Robotica，2018，36（9）：1386-1401.
胡鹏浩，张建坤，马晓庆，等.3-PUU并联测量机滑块运动误差分析［J］.机械工程学报，2015，51（18）：1-6.
HU Penghao，ZHANG Jiankun，MA Xiaoqing，et al.Analysis of slider motion error on 3-PUU parallel coordinate measuring maching［J］.Journal of Mechanical Engineering，2015，51（18）：1-6.
陈小岗，孙宇，吴海兵，等.6-UPS并联机床误差分布特性［J］.中国机械工程，2014，25（2）：179-185.
CHEN Xiaogang，SUN Yu，WU Haibing，et al.Distribution of position and orientation errors for a 6-UPS parallel machine tool［J］.China Mechanical Engineering，2014，25（2）：179-185.
AKHBARI S，GHADIMZADEH A A，MAHBOUBKHAH M.Circular motion analysis for a novel 4-DOF parallel kinematic machine［J］.Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering，2019，41（5）：1-17.
赵俊伟，党珊珊，陈国强，等.一种新型3-PRS并联机构的位姿误差分析［J］.机械传动，2016，40（7）：146-151.
ZHAO Junwei，DANG Shanshan，CHEN Guoqiang，et al.Position and orientation error analysis of a new 3-PRS parallel mechanism［J］.Journal of Mechanical Transmission，2016，40（7）：146-151.
房立金，党鹏飞.带有约束的3-TPS并联机床位姿误差分析［J］.机械工程学报，2013，49（1）：8-14.
FANG Lijin，DANG Pengfei.Pose error analysis of 3-TPS parallel kinematics machine with constraint mechanism［J］.Journal of Mechanical Engineering，2013，49（1）：8-14.
屈淑维，李瑞琴，郭志宏.基于旋量理论3-RRR平面并联机构的误差分析［J］.机械设计与研究，2019，35（2）：60-62.
QU Shuwei，LI Ruiqin，GUO Zhihong.Error analysis of 3-RRR plane parallel mechanism based on screw theory［J］.Machine Design & Research，2019，35（2）：60-62.
李官明，曲海波，郭盛.平面结构冗余并联机构的误差敏感度分析［J］.机械工程学报，2020，56（23）：45-57.
LI Guanming，QU Haibo，GUO Sheng.Sensitivity analysis of a planar parallel manipulator with kinematic redundancy［J］.Journal of Mechanical Engineering，2020，56（23）：45-57.
欧阳凯.3-PUU并联坐标测量机测头位姿误差影响及分析［D］. 合肥：合肥工业大学，2020：42-46.
OU Yangkai.Analysis of pose error of the probe on 3-PUU parallel coordinate measuring machine［D］.Hefei：Hefei University of Technology，2020：42-46.
DAI Y X，FU Y M，LI B C，et al.Clearance effected accuracy and error sensitivity analysis：a new nonlinear equivalent method for spatial parallel robot［J］.Journal of Mechanical Science and Technology，2017，31（11）：5493-5504.
SUN T，WANG P F，LIAN B B，et al.Geometric accuracy design and error compensation of a one-translational and three-rotational parallel mechanism with articulated traveling plate［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，2018，232（12）：2083-2097.
ZHAO D，DONG C L，GUO H，et al.Kinematic calibration based on the multicollinearity diagnosis of a 6-DOF polishing hybrid robot using a laser tracker［J］.Mathematical Problems in Engineering，2018，6（1）：1-13.
孟庆梅，李佳宇，李菊，等.半对称三平移Delta-CU并联机构运动误差分析与标定［J］.农业机械学报，2021，52（1）：393-400.
MENG Qingmei，LI Jiayu，LI Ju，et al.Error modeling analysis and calibration of semi-symmetrical three-translation Delta-CU parallel mechanism［J］.Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2021，52（1）：393-400.
安守和，汪满新，李正亮.两操作模式2-R（SS）2-R（RR）2（RR）2并联机构误差建模及精度设计［J］.西安交通大学学报，2020，54（7）：146-157.
AN Shouhe，WANG Manxin，LI Zhengliang.Error modeling and accuracy design of a 2-R（SS）2-R（RR）2（RR）2 parallel mechanism with two operation modes［J］.Journal of Xi'an Jiaotong University，2020，54（7）：146-157.
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