面向骨折手术的三支链六自由度并联机构设计

随着微创技术和生物学固定技术的发展,创伤骨折手术中愈加需要术中精准定位,以确保内固定物能够精确和微创地固定骨折断端.其中,利用六自由度并联机构进行骨折断端的复位和固定是实现微创精准骨折手术的重要手段,也是未来骨折手术的发展趋势.现有的由6条支链构成的六自由度并联机构存在质量大、医学影像设备扫描后伪影严重等系列问题,提出和设计少支链六自由度并联机构成为研究热点.本文借助有限旋量理论构型综合出一类三支链六自由度并联机构,并进行了其拓扑结构和运动学性能设计.首先,利用有限旋量描述六自由度并联机构及其支链末端的运动,通过有限旋量理论的结合定律和交换定律获得可行支链的标准型和衍生型,通过定义支链装配条件和配置驱动关节,综合出一类三支链六自由度并联机构;然后,定义了优选准则,借助瞬时旋量理论对优选出的5种三支链六自由度并联机构进行了位置逆解、工作空间和速度分析;最后,以运动/力传递率在给定工作空间内的均值与方差为目标函数,考虑并联机构的拓扑结构对运动学性能的影响因素,开展了三支链六自由度并联机构的拓扑结构与运动学性能的一体化设计.上述工作为后续三支链六自由度并联机构的物理样机建造与实验研究提供了理...     

个性化骨折固定支架优化设计与制作

基于逆向工程与3D打印技术设计制造了个性化的骨折外固定支具,解决了传统骨折外固定术疗效不佳易留后遗症等问题。利用激光三维扫描仪获得骨折患部的外轮廓数据,并通过Geomagic Studio软件对点云进行处理,建立了骨折患处的CAD模型。根据骨折固定的要求,利用UG NX8.0设计个性化骨折固定支具,并采用基于FDM原理的3D打印机制作该支架。结果表明,该支架完全贴合患处表面,具有良好的固定效果,为骨折外固定提供了新的方法。     

二自由度平移并联机器人空间静刚度分析

为提高一种二自由度平移并联机器人机构静刚度分析的准确度,该文建立了六维空间静刚度模型,并对主刚度及主方向做出评价.考虑机构的驱动刚度、结构刚度和空间外载荷3个因素对整机静刚度产生的影响,对机构的支链和滚珠丝杠进行静力学分析,求出它们的变形.采用虚拟机构法并根据输入输出之间的速度映射关系分别得到支链和滚珠丝杠引起动平台产生的位姿变形,再由小变形叠加原理推导出机构的整体变形.根据空间外力及外力矩与机构整体变形之间的关系,建立机构的整体空间静刚度模型.基于正交变换法,分析机构的最大最小线位移和角位移刚度的特性.研究结果表明该二自由度平面平移并联机器人机构的静刚度是空间六维的,沿导轨轴线方向的静刚度具有各向同性,垂直于导轨轴线方向的静刚度与其位置有关.     

夹板外固定大鼠胫骨闭合性骨折模型的建立

摘要: 目的通过建立大鼠闭合型胫骨骨折模型,为探讨骨折生理愈合机制提供实验依据。方法对14 只8 周龄雄性SD 大鼠通过自行设计的大鼠骨折造模支架行胫骨中段闭合性骨折,自制外夹板复位固定,并分别于骨折后0,7, 14, 21, 28 d 拍摄X 线观察骨折类型以及骨折的愈合情况。结果X 线显示10 只为横行骨折,3只斜形骨折,1只为粉碎性骨折,并呈典型的二期愈合过程。结论自行设计的大鼠骨折造模支架及自制夹板外固定制作的大鼠闭合型胫骨骨折模型操作简便,减少了造模过程中人为的软硬组织损伤对骨折的影响,符合闭合性骨折模型的要求。     

一种并联骨折手术机器人的安全运动控制方法

骨折手术机器人是实现精准微创骨折复位的优势方案．现有骨折复位手术器械存在效率低、精度差、缺乏复位安全策略等问题，难以保证安全高效的治疗．为解决上述问题，本文提出一种并联骨折手术机器人及基于全关节逆解算法的安全运动控制方法．首先，针对该并联机构开展全关节逆解分析．由骨折复位轨迹的离散轨迹点获取机器人末端的位姿，建立机器人机构的闭环矢量方程，以关节转角为未知量整理多元一次方程组，考虑关节间的运动约束通过两条运动链解析求解所有关节转角．其次，设计安全运动控制系统．上位机设置正常、预警及超限3种状态．在机器人运行过程中，由上位机读取复位轨迹离散点的位姿信息，通过全关节逆解模型计算出下一轨迹离散点对应的关节转角并判断运行状态，若超限则发送指令使机器人停止运动，并显示发生危险的关节位置．最后，开展安全运动仿真与实验研究．仿真表明全关节逆解模型可快速计算出全部关节的运动状态并准确进行安全判断．实验结果表明，骨折手术机器人运行过程中，控制系统可及时发现机器人临近危险状态并使机器人停止运动．本文提出的安全运动控制方法无需增设安全检测或保护装置，既保证了骨折手术机器人的轻质便携需求，又保证了安全高效精准的...     

多功能单侧外固定支架治疗胫骨开放性骨折21例

采用ＳＧＤ骨科多功能单侧外固定支架治疗严重胫骨开放性骨折２１例，取得满意疗效。该多功能单侧外固定支架能方便准确地对骨折端进行复位和固定，对骨折端具有加压作用，固定牢靠；穿针部位避开骨折处，且穿针数目少，术中软组织损伤少；术后调整容易，不影响非固定部位的关节活动。     

空间绳牵引并联机器人多目标优化设计

以6自由度空间绳牵引并联机器人工作空间体积、最小索力和全局灵巧度为优化目标,在保证绳索张力范围的前提下建立了多目标优化的数学优化模型.采用神经网络-遗传算法求得优化的3组满意解,并采用灰色聚类法选择多目标优化时的权重系数.仿真结果表明该优化方法可以有效地实现结构的优化,为同类绳牵引并联机器人的设计提供了有益的参考.     

平面完全约束绳牵引并联机器人的多目标优化

针对平面完全约束的绳牵引并联机器人的多目标优化问题,给出了一种理想点法与遗传算法相结合的方法.首先以绳牵引并联机器人工作空间面积、全面刚度指标、全局灵巧度系数为优化目标,基于遗传算法进行全局优化,得到各个目标的理想点.然后采用理想点法建立多目标优化模型,并采用遗传算法对该模型进行求解.仿真实验表明,优化结果较为均衡,各模型有效解都接近相应单目标的理想点.所得结论可以为同类绳牵引并联机器人的设计提供参考.     

基于刚度链的纯电动汽车车身主断面优化设计

基于梁单元车身简化几何模型建立以主断面为节点的车身静态和动态刚度链数学模型,研究电动车车身主断面属性与刚度以及模态的关系;以车身刚度、模态为约束条件,以车身质量最小为目标函数进行多目标优化,并利用遗传算法求解,得到同时满足静态刚度和频率特性要求的电动汽车车身主断面属性参数。建立对应的车身骨架有限元模型计算刚度及模态,并与刚度链优化结果进行对比分析。对比分析结果验证了本文研究方法的合理性和有效性。     

基于主断面参数的车身结构刚度链快速求解

在刚度链计算模型中直接利用真实主断面参数快速求解,是车身结构刚度链设计方法必须解决的关键问题.在建立和完善轿车车身弯曲静刚度链计算模型的基础上,以刚度链节点参数可控和工程化为目标,建立了刚度链节点参数与主断面截面属性参数的对应关系,研究了利用极坐标法控制真实主断面形状的参数化方法,以及由单一变量控制的复杂截面属性计算方法,实现了刚度链节点属性的参数化计算和刚度链模型计算参数的工程化,为基于真实主断面结构形状的车身静刚度优化分配研究打下了基础.最后用一个车身轻量化优化计算实例验证了研究方法的可行性.     

Pilon骨折三种治疗方法的临床比较

目的：比较分析应用三种不同治疗方法治疗Pilon骨折的疗效．方法：对82例Pilon骨折患者分别采用保守治疗方法、切开复位钢板内固定法、外固定支架超关节固定法等三种不同治疗方法进行治疗．结果：三种治疗方法后平均随访2年,对患者踝关节进行评分,传统治疗的优良率88．20％;切开复位钢板内固定的优良率92．60％;外固定支架超关节固定法的优良率97．40％．结论：Pilon骨折三种治疗方法的比较,后两种方法治疗患者踝关节功能恢复比保守治疗效果好,而外固定支架超关节固定方法是治疗Pilon骨折的最佳选择,临床上值得推广应用．     

无麻醉下快速牵拉手法整治闭合性科雷氏骨折

本文采用快速牵拉、反折法结合小夹板外固定治疗科雷氏骨折２７５例，其中２８例为陈旧性骨折，２４７例为新鲜性骨折．结果：早期优良者达２６３例（９６％）．半年后随访２１２例，优良者达２０１例（９５％），占新鲜骨折总例数的８１．３％．骨折临床愈合时间短，平均２７２天．复位方法简单、省力、易掌握，不受特殊设备限制，适用于基层医疗单位．     

基于Pareto聚类免疫进化算法的发动机悬置系统优化与稳健性分析

文章在分析各种优化方法优缺点的基础上,建立发动机悬置系统6自由度动力模型.以6自由度方向的解耦率最大为优化目标,以各悬置点三向刚度为设计变量,选用免疫进化算法对发动机的悬置刚度参数进行优化,同时应用Pareto聚类算法从记忆种群中提取多个优化解,最后用Monte Carlo法对悬置系统进行稳健性分析.结果表明,优化解不仅能保证6自由度方向的高解耦率,还能保证悬置系统的稳健性,提高了产品的质量.     

骨折整形复位外固定器的临床应用研究

雨花医院自1997年2月～1999年1月应用3种类型外固定器治疗23例骨折病人。该法不加重局部组织损伤，不影响关节功能锻炼，早期下床活动，增加骨折端压应力，动静结合。对不稳定型骨折加用小切口切复位，碎骨块先用螺钉或钢丝复位固定，再置外固定器可增加骨端稳定性。对内固定失败者改用外固定治疗而愈。     

探讨外固定支架在严重胫腓骨开放性骨折治疗的应用效果

目的：通过应用外固定支架在严重胫腓骨开放性骨折治疗的应用效果进行探讨。方法根据不同的治疗方法对在我院选取的56例严重胫腓骨开放性骨折患者进行分组(对照组与治疗组)，对照组的28例患者运用环形外固定支架进行治疗（即清创及复位骨折后穿针固定），另28例纳入治疗组，则采用国产的外固定支架治疗手段(“T”型或中线型)。所有患者均行急诊手术。结果行外固定支架的患者效果远远优于采用环形外固定治疗的对照组，其优良率达95.5%（42/44）。且在一定访时间内，其术后断钉现象、钢针松和感染率以及骨折愈合率均优于环形外固定治疗的对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。结论通过采用外固定支架进行治疗，对严重的胫腓骨开放性骨折患者可早期有效固定骨折端，从而在创面闭合方面提供了有力的条件，且手术简便易行，创伤较小，使其疗效得到更好的保证。     

6自由度绳索牵引并联机器人的悬链线建模与动力学分析

针对6自由度大跨度绳索牵引并联机器人存在绳索悬链线效应的问题,分别建立了绳索的直线模型和绳索的悬链线模型,在此基础上推导了并联机器人的动力学模型,并对二者进行分析和比较.在绳索牵引并联机器人逆动力学的求解过程中,采用带约束的非线性优化方法作为求解工具来计算满足绳索单向力约束的绳索张力.仿真结果表明,考虑绳索的悬链线模型时,并联机器人逆动力学解得到的绳索末端张力与绳索的线性模型相比有很大的变化,故绳索悬链线效应不可忽略,动力学分析中必须加入绳索的悬链线模型.     

射电望远镜馈源支撑系统索力特性研究

在新一代大型射电望远镜的机构设计中,馈源定位系统采用刚柔混联机构,利用6绳索柔性并联机构牵引馈源舱实现5个自由度的运动,以满足馈源位置和跟踪角度要求．针对40m缩尺模型,基于混联机构中绳索并联机构姿态角度可优化的特点,文中对馈源刚柔混联机构中的绳索并联机构索力特性进行研究与优化．通过采用T＆T（Tilt—and—Torsion）角的坐标转换方式建立机构运动学模型,直接辨识出绳索并联机构在任意位置下的俯仰角度,基于绳索自重引起的悬链线方程建立力平衡方程,以拉力连续平稳及避免虚牵为目标,提出刚柔混联系统中绳索并联机构的一种拉力特性分析及优化解算方法．以两条典型轨迹为例证明了该算法的可行性,其中一条轨迹上的索力最大变化率通过优化降低达90％,使索力平稳光滑．文中采用的索力优化算法可以有效降低索力变化率,平稳索力,降低电机功率,避免虚牵和提高控制精度．     

宽斜齿轮副啮合刚度计算及扭振特性的研究

该文以宽斜齿轮副接触线的长度变化代替齿轮瞬时啮合刚度的变化，建立了宽斜齿轮副单自由度扭振动力学模型；运用傅立叶级数的形式，计算了一对宽斜齿轮副的瞬时啮合刚度及一对啮合轮齿的啮合刚度；采用四阶变步长Runge-Kutta法，求解出在给定时间范围内系统的动态响应，分析了齿轮副在误差及刚度激励作用下系统的扭振特性，并根据位移动态响应求出齿轮副的动载系数。     

能量法求解全柔性微动机器人移动副的刚度

全柔性机构中柔性移动副(P副)刚度的求解是进行全柔性并联机构、全柔性并联微动机器人分析的基础工作之一．在柔性铰链力学模型的基础上,利用能量法得出了非对称3．RRRP(4R)全柔性并联机构的变截面柔性移动副(4R)单元上所受外力与端部变形之间的关系,结合柔性铰链的柔性刚度矩阵求得柔性移动副单元刚度表达式方程．并用ANSYS工程软件建立相同的柔性移动副模型进行模拟,模拟结果表明,推导的柔性移动副的刚度与模拟结果很相近,刚度的理论方程具有一定的准确性。     

外固定架结合有限内固定治疗胫腓骨开放性骨折

目的：探讨外固定支架结合有限内固定治疗小腿GustiloIU型骨折的临床疗效。方法：2006年7月至2008年12月期间,共收治40例严重开放性小腿中下段骨折患者。病例诊断全部病例均经X线摄片或CT扫描影像学检查确诊为胫腓骨骨折。骨折根据Gusitilo分类,Ⅰ度11例,Ⅱ度43例,Ⅲ度5例。全部患者均在8h内实施清创、骨折复位和外固定支架固定以恢复小腿的力线。局部条件件改善后Ⅱ期采用游离皮瓣或邻近肌皮瓣闭合创面。外固定架视骨折愈合情况于术后3—8月拆除,钢板和螺钉于1年后取出。结果：术后1年根据小腿功能综合评定标准评定：优37例,良17例,尚可4例。所有病例均未发生骨不连。结论：利用外固定支架结合有限内固定和治疗小腿开放性型骨折可以获得良好的临床效果,可以避免单纯应用内固定或外固定引起的并发症。