顾 伟，程 刚，徐 鹏，于敬利

(中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州 221116)

并联式髋关节摩擦特性试验机驱动机构运动学研究*

顾 伟，程 刚，徐 鹏，于敬利

(中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州 221116)

为了克服现有髋关节试验机在复杂运动轨迹模拟和变载荷动力加载等方面存在的不足，试制了一台以3SPS+1PS并联机构为核心驱动模块的髋关节试验机。基于Rodrigues参数，对该髋关节试验机的驱动机构进行了运动学建模和求解。根据ISO14242-1:2002(E)标准的相关规定，对该机构逆运动学模型进行了数值仿真，得到模拟髋关节运动所需的主动件运动学参数变化规律，确定了该髋关节试验机的运动方案，并验证了驱动件选型的合理性。通过耗时计算，测得Rodrigues参数法求解试验机逆运动学的运算时间，满足控制实时性的需要。

髋关节试验机;3SPS+1PS并联机构;Rodrigues参数;运动学分析;数值仿真

0 引言

人工髋关节是人体重要的替代器官，它是模拟天然髋关节而制成的植入性假体，以代替病变或损坏的关节并恢复其功能。评价人工髋关节材料的摩擦磨损特性需要进行摩擦学试验。目前国内外髋关节试验机的驱动机构大多采用串联机构。串联驱动机构的各自由度串接相连、传动链长、累积误差较大导致其驱动精度较低。而且串联机构的位置逆解复杂，而试验机要求在线实时计算位置逆解，这势必使串联驱动机构在复杂运动轨迹模拟方面的运用受到限制。目前国内外的串联式髋关节试验机大多通过简化试验运动曲线的方法来缩短传动链的长度和降低实时控制的难度，例如忽略髋关节的外展/内收(AA)运动。……