前庭功能檢測(cè)、訓(xùn)練及康復(fù)綜合裝置的研發(fā).pdf

1、針對(duì)耳石癥（眩暈癥）的自動(dòng)化治療以及航天員和飛行員對(duì)前庭功能的檢測(cè)和訓(xùn)練的需求，在前人所設(shè)計(jì)的環(huán)形方案的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的4自由度機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)人的頭部在空間上的三維運(yùn)動(dòng)，滿足運(yùn)動(dòng)需求。本文主要研究的內(nèi)容如下：
　　在機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副，相鄰轉(zhuǎn)動(dòng)副在空間上是垂直且相交的，移動(dòng)副在機(jī)構(gòu)末端，可實(shí)現(xiàn)沿動(dòng)平臺(tái)垂直方向的移動(dòng)，這樣的設(shè)計(jì)可以提高旋轉(zhuǎn)座椅在空間運(yùn)動(dòng)的靈活性；將機(jī)構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)框架1設(shè)計(jì)為類(lèi)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(jì)為空間大小可調(diào)式的。
　　利用Grubler-Kutzbach公式計(jì)算了機(jī)構(gòu)的自由度；借助D-H方法建立了機(jī)構(gòu)在初始狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解解析模型；利用該模型中的位姿矩陣，構(gòu)造機(jī)構(gòu)速度雅克比矩陣；運(yùn)用拉格朗日動(dòng)力學(xué)公式建立了機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型；最后，在以上基礎(chǔ)上，通過(guò)算例分析了動(dòng)平臺(tái)位姿，速度以及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩等的變化規(guī)律。利用Matlab和Adams軟件對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算

3、和仿真，做出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)圖像；將Matlab中的函數(shù)圖像與Adams中的仿真圖像進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證推導(dǎo)公式的正確性。運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型為后期系統(tǒng)控制提供了可靠的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
　　針對(duì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了有限元分析模型。根據(jù)實(shí)際工作情況，對(duì)模型剛度最差的的位姿進(jìn)行了靜力分析；對(duì)模型進(jìn)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(xué)和模態(tài)分析的結(jié)果對(duì)旋轉(zhuǎn)框架進(jìn)行了多目標(biāo)多尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)優(yōu)化后的模型再次進(jìn)行有限元分析，結(jié)果表明優(yōu)化后