新型棘突间撑开融合装置BacFuse修复腰椎退行性病的生物力学特征

背景:近年来,棘突间撑开融合装置BacFuse应用于腰椎退行性疾病的治疗并取得了良好的临床疗效,但目前其相关的生物力学特征暂无相关报道。目的:探索棘突间撑开融合装置BacFuse在腰椎退行性疾病中应用的生物力学特征。方法:构建山羊离体脊柱模型(L_(1)-L6),模拟手术分为4组,分别为对照组、BacFuse固定组(L_(3/4))、钉棒固定组(L_(3/4))及Topping-off组(L_(3/4)钉棒固定+L_(2/3)BacFuse固定)。搭建山羊腰椎手术模型力学测试系统,采用生物力学机器进行力学加载,模拟腰椎在前屈、后伸、侧屈及旋转时的运动模式(4 Nm的力矩),采用视觉追踪系统进行定位捕捉,并完成力学及光学校准,通过计算得出L_(2/3)、L_(3/4)、L_(4/5)节段的活动度。结果与结论:①相对于对照组,BacFuse组L_(3/4)固定节段在前屈、后伸、侧屈与旋转方向上活动度分别减少27.27%,70%,38.1%及23.08%(P<0.05);钉棒固定组L_(3/4)固定节段在前屈、后伸、侧屈与旋转方向上活动度分别减少72.73%,80%,71.43%及73.08%(P<0.05)。②相对于对照组,BacFuse组邻近节段L_(2/3)在后伸、侧屈及旋转方向上分别增加33.33%,25%及23.81%(P<0.05),前屈活动未见明显变化;钉棒固定组的邻近节段L_(2/3)在前屈、后伸、侧屈与旋转方向上的活动度分别增加50%,44.44%,50%及58.96%(P<0.05);③相对于对照组,BacFuse组邻近节段L_(4/5)在后伸、旋转方向上分别增加27.3%,17.39%(P<0.05),前屈、侧屈活动未见明显变化;钉棒固定组的邻近节段L_(4/5)在前屈、后伸、旋转方向上的活动度分别增加38.89%,22.73%及26.09%(P<0.05),侧屈活动未见明显变化;④与钉棒固定组相比,Topping-off组L_(2/3)椎间活动度在前屈、后伸、侧屈、旋转分别减少37.04%,73.08%,56.67%及38.46%(P<0.05);与钉棒固定组相比,Topping-off组L_(4/5)节段椎间活动度在前屈方向上减少20%(P<0.05),后伸、侧屈及旋转未见明显区别;⑤提示BacFuse能够显著减少置入节段的活动度,提供一定的稳定性;相对于钉棒固定,仍然保留有较多的活动度,可减少对邻近节段的影响,同时可用于钉棒固定的Topping-off技术,显著减少了邻近节段的活动度,降低邻近节段退变的风险。

一种专用平旋盘数控传动装置结构设计

针对组合机床通用部件镗孔车端面动力头镗刀杆径向移动不能数控控制的不足,设计了一种采用伺服电机驱动的镗刀杆径向运动的结构方案。将平旋盘镗刀杆径向往复运动由液压缸驱动转换成伺服电机驱动,实现对平旋盘镗刀杆径向运动的伺服控制。使得平旋盘具备自动粗精镗内孔、台阶孔、锥孔、端面,通过合理布置多刀实现内孔、外圆、端面的多工序加工。拓宽了机床加工工艺,提高了生产效率。在数控组合镗床上实现柔性化加工,得到广泛应用。

差动式行星滚柱丝杠副的运动特性与动力学分析

差动式行星滚柱丝杠副是一种将环槽传动与螺纹啮合相结合的机械传动机构。为了探究差动式行星滚柱丝杠副的动态特性,研究一种新型的差动式行星滚柱丝杠副的结构组成与运动原理,建立其三维模型,并将模型导入虚拟样机分析软件中,通过设置合适的连接关系,对三维模型进行运动学及动力学仿真分析。结果表明:虚拟样机中差动式行星滚柱丝杠副的运动过程与运动分析相符合,验证了运动分析的合理性;当在螺母上施加负载时,滚柱与螺母之间的环槽设计使接触力波动更规律;随着负载的持续增大,丝杠与滚柱之间、螺母与滚柱之间的接触力波动也持续增大,加剧了机构内部的磨损情况,缩短了机构的运行寿命。

纵行与斜行空心拉力螺钉内固定治疗近节指骨横行骨折的疗效分析

目的探讨纵行与斜行空心拉力螺钉内固定对近节指骨横行骨折病人指间、掌关节活动度及并发症的影响。方法2021年6月~2022年2月收治的近节指骨横行骨折病人102例,根据治疗方法将其分为纵行组与斜行组,纵行组给予纵行空心拉力螺钉内固定治疗,斜行组给予斜行空心拉力螺钉内固定治疗,将纳入研究对象基线资料根据倾向性匹配评分法(卡钳值为0.02)排除混杂因素影响,两组各获得51例(纵行组51根、斜行组51根)基线资料可比的病人。比较两组病人手术时间、骨折愈合时间、术后18个月后指间与掌关节活动度、手关节功能优良率(TAM)及并发症情况。结果所有病人均顺利完成手术,均获得至少18个月随访数据,两组病人手术时间、随访时间比较差异无统计学意义(P>0.05),斜行组骨折愈合时间为(6.57±1.22)周,纵行组为(7.82±1.54)周,两组比较差异有统计学意义(P<0.05);术后18个月,斜行组指间活动度为(82.62±3.41)°,纵行组为(77.45±7.46)°,两组比较差异有统计学意义(P<0.05),两组掌关节活动度比较差异无统计学意义(P>0.05);术后18个月,斜行组病人手功能优良率(94.12%)显著高于纵行组(80.39%),两组比较差异有统计学意义(P<0.05);两组并发症发生率比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论近节指骨横行骨折病人行空心拉力螺钉内固定治疗,采用纵行与斜行置钉法均有较好效果,但斜行置钉法更利于病人手功能恢复,可根据病人实际情况适当应用。

基于专创融合的摩擦轮传动教学体系的构建

文章基于专创融合的理念,在总结摩擦轮传动,特别是在交错轴摩擦轮传动100多年发展的基础上,完善了摩擦轮传动的分类体系,结合创新思维方法系统地梳理了交错轴摩擦轮传动在工程上的应用及特点,并提出了可破除领域知识壁垒的交错轴摩擦轮传动规范命名,突破了传统的摩擦轮传动教学体系,为机械设计中摩擦轮传动知识体系系统传播和教学体系的完整设计提供了参考,也为交错轴摩擦轮传动知识的普及传播奠定了基础。

酒包生产线1R2T并联机构构型综合及运动学分析

酒盒包装生产线中的一工位因车间布局原因导致两生产线产生高度差,而该高度差易导致该工位酒盒底座的次品率增加。针对次品率高的问题,综合提出了一种1R2T的并联机构;基于螺旋理论及螺旋互易原理,综合出多种可满足工位需求的并联机构,并根据现场工况,选出2RPSRPR并联机构,该机构具有3个自由度,可实现1R2T功能;对该并联机构进行了逆解分析及工作空间描述,并根据生产线布局绘制该并联机构的三维模型,分析了机构运动的合理性。研究证实,利用旋量理论构型设计和实际工况相结合的方式是一种非常有效的理论分析方法。

基于3-(RRR)E(RR)S并联机构的多运动模式分析

目的 多模式机器人具有智能型可重构和变结构特性的能力,能够主动或被动适应多变的环境,设计一种能够在包装工程领域应用的多运动模式并联机构。方法 从螺旋理论出发,通过研究线矢量与偶量在不同几何空间中的相关性,得出在一定条件下约束力可以转化为法向约束力偶,为并联机构实现多模式运动提供了理论支撑。结果 通过3-(RRR)E(RR)S并联机构变形,得出该机构的具有3R、2T1R和2R1T等3种运动模式,在各种运动模式下的自由度均为3,具有全周性。结论 基于3-(RRR)E(RR)S并联机构,通过变化支链约束力线矢空间位置关系来改变机构的约束条件,使该并联机构能够实现3R、2T1R和2R1T多模式运动,满足物流分拣、抓放定位、产品空间姿态调整等需求。

基于旋量分析的4-PaUS/PPPU并联机构设计与性能仿真

由于并联机器人的多环结构能有效解决串联机器人在高精度加工领域精度低,刚性差,响应慢等问题,因此通过旋量法设计了一种新型4-PaUS/PPPU的2R3T并联构型,利用旋量理论分析了该机构的自由度,给出了机构的逆运动学逆解解析式。由运动/力传递性能分析结果可知,在工作空间内并联机构ITI值在0.7以上,运动/力传递性能良好。

部分保留旋前方肌应用于桡骨远端骨折掌侧钢板螺钉内固定术的效果

目的:探讨部分保留旋前方肌应用于桡骨远端骨折掌侧钢板螺钉内固定术的效果。方法:选择2018年7月—2022年7月广州中医药大学第三附属医院收治的81例桡骨远端骨折掌侧钢板螺钉内固定术患者作为研究对象,根据随机数表法将其分为传统组(n=40)和试验组(n=41)。传统组切开旋前方肌,试验组部分保留旋前方肌,比较两组临床指标、疼痛、腕关节活动度及切口愈合情况。结果:两组手术时间、住院时间、切口长度、术中出血量比较,差异无统计学意义(P>0.05);但试验组骨折愈合时间早于传统组,差异有统计学意义(P<0.05)。术后3 d,试验组视觉模拟评分法(VAS)评分低于传统组,差异有统计学意义(P<0.05);术后3个月,两组VAS评分均低于术后3 d,差异有统计学意义(P<0.05),但两组组间比较,差异无统计学意义(P>0.05)。术后3 d,试验组腕关节活动度优于传统组,差异有统计学意义(P<0.05);术后3个月,两组腕关节活动度均优于术后3 d,差异有统计学意义(P<0.05),但两组组间比较,差异无统计学意义(P>0.05)。试验组术后切口愈合不良率为4.88%(2/41),低于传统组的22.50%(9/40),差异有统计学意义(P<0.05)。结论:部分保留旋前方肌能缩短桡骨远端骨折掌侧钢板螺钉内固定术骨折愈合时间,减轻早期疼痛,有利于腕关节功能恢复,减少术后切口愈合不良。

螺旋轮驱动的细小管内移动机器人研究

螺旋轮驱动的管内机器人是一种适合小口径管内移动作业的微小机器人形式。它由动力内置式螺旋运动机构和 Ｃ Ｃ Ｄ 摄像头／ 监视装置组成。本文分析了这种移动机构的运动和力学性能。经过对原理样机的试验测试，得到移动性能的实验数据，为开发适应φ２０ｍ ｍ 管径的螺旋运动机构提供设计依据。

基于蒙特卡洛方法的滚珠丝杠副运动可靠性分析

对滚珠丝杠副的可靠性分析有利于提高机床的传动精度.用赫兹空间接触理论对滚珠丝杠副的接触变形进行分析,得到了滚珠丝杠副的接触变形量函数.在无法预先确定变形量函数分布类型的条件下,用蒙特卡洛数字仿真方法,实现了滚珠丝杠副运动可靠性分析.用MATLAB生成随机数,并对各参数进行随机抽样,得到滚珠丝杠副的运动误差和运动可靠度值,并得到丝杠各加工尺寸参数精度等级与可靠度的关系曲线.对加工工艺与尺寸误差等因素对滚珠丝杠副运动可靠性的影响作出评价.

基于末端杆件螺旋运动的凿岩机械臂孔序规划

根据隧道炮孔设计,进行孔序规划,是对凿岩机械臂进行自动控制所需要解决的一个问题。针对这一问题,以机械臂末端杆件的螺旋运动来定义其运动轨迹,用螺旋运动轨迹的曲线长度来定义机械臂将末端执行器从一个孔位运送到另一个孔位所付出的代价,以此代价为基础建立目标函数,用蚁群算法进行问题求解,得到机械臂运动的孔序规划。利用对偶四元数法推导了机械臂末端杆件螺旋运动参数的计算公式。仿真验证了轨迹求解算法,得到的轨迹平滑、连续;针对某隧道断面64组炮孔设计,利用蚁群算法进行左右两个机械臂的孔序规划仿真,得到了合理的规划结果。

一种运动旋量逆解子问题的求解及其应用

旋量理论在机器人运动学逆解过程中将运动方程分解为若干子问题,目前常见的子问题组合并不能完成所有机器人的逆解问题.本文提出了在机器人逆解过程中会遇到的另一种子问题的解法,并给出构造该子问题的限定条件.运用该解法,给出具有RTS运动链并联机器人的运动学逆解方法,并归纳出利用未知量组中对参考点起相同作用的旋量组合来简化计算的方法.该子问题的解决扩充、便利了旋量理论在机器人运动学逆解中的应用.

丝杠进给系统的振动模态耦合分析

随着现代机床高速高加速化发展,对进给系统提出了更高的要求。为研究丝杠进给系统的振动模态,利用拉格朗日方程建立了考虑丝杠轴向和转角运动耦合的系统运动方程,并利用里兹级数展开对其各阶模态在不同丝杠导程下耦合特性进行分析,同时分析了工作台位置和负载质量变化对丝杠振动频率的影响。通过分析发现丝杠导程决定了轴向和转角的模态耦合程度,而且随着工作台位置和负载质量的变化,丝杠各向振动频率也随之变化。结论为实现机床虚拟设计提供相关理论依据,为实现主动设计与高性能控制奠定了基础。

空间4-SPS/CU并联机构的受力分析

运用螺旋理论分析了一种具有三维转动和一维移动(沿Z轴)的四自由度(4-SPS/CU)并联机构的自由度,得出该机构为无过约束机构。采用传统的拆杆法对该机构的每个活动构件进行了静力学分析,得出了该机构的静力学平衡方程组,判定该机构的静力学平衡方程组中方程个数大于未知量个数(属超定方程组)。多余的方程个数就是该机构的局部自由度,并采取去掉局部自由度对应的静力学平衡方程来求解该超定方程组。通过求解该方程组,得出了该机构每个构件上的全部约束力/力矩,并分别得出了驱动力与主运动副以及恰约束从动支链的约束反力随该机构位姿变化的仿真曲线。证实了该机构比无恰约束从动支链的四自由度并联机构拥有更好的承载能力。研究结果可为该机构在工程中的应用与结构设计提供静力学理论分析的参考。

图形变换和运动的共形几何代数表示方法

共形几何代数是一种新的几何表示和几何计算工具,它具有直观、简洁、高效、统一、雅致等特性。在简单介绍外积、内积和几何积等基本概念之后,重点论述了共形几何代数在图形反射、旋转、平移等变换和刚体运动、螺旋运动等方面的描述和计算方法,并给出了实验示例。共形几何代数在计算机图形学、计算机视觉和机器人学等领域将有广泛应用。

具有自适应能力管道机器人的设计与运动分析

提出并研制一种基于自适应移动机构的管内探查机器人。通过对机器人传动机构的设计,实现了在不增加驱动电动机数量的前提下,机器人具有适应不同管道直径的能力。机器人的传动机构能够在管道直径改变时,自动地改变行走部件的输出形式以克服障碍,完成越障任务。在没有应用链式多节构型的情况下,机器人配备一个驱动电动机就能够完成越障任务,改善了传统螺旋驱动式机器人越障能力不高的问题,同时也提高了对驱动电动机的使用效率。为了分析试验中发现的机器人保持架自转现象,对机器人进行运动分析,并由分析结果对相关部分进行改进。试验结果表明,该机器人能够在内径为190 mm和180 mm的管道中行进,并能够顺利通过两节管道间形成的同心台阶障碍,验证了自适应移动机构的行走能力。

微小型螺旋驱动管道机器人建模与分析

介绍了基于管道内径为15mm的螺旋驱动管道检测机器人的组成及工作原理,分析了其运动力学性能及在弯管内的几何约束条件。应用机械系统动力学仿真软件ADAMS,建立管道机器人的虚拟样机。通过计算机仿真得到机器人牵引力与驱动轮位置参数和尺寸参数之间的关系数据,证明了理论分析的正确性,同时为研制微小型螺旋式管道机器人提供设计依据。

多级行星滚柱丝杠刚体动力学建模与分析

基于多级行星滚柱丝杠结构特点,分析了各级行星滚柱丝杠之间的运动和受力关系。采用牛顿第二定律,在不考虑加工与装配误差和零件变形情况下,推导了多级行星滚柱丝杠运动方程,并提出了求解方法。实现了计入使用工况的多级行星滚柱丝杠运动与受力计算,分析了各级行星滚柱丝杠连接处摩擦因数对该机构动力学特性的影响规律。结果表明,虽然第一级行星滚柱丝杠的丝杠直径较小,但其零件受力的初始值与稳态值均大于第二级行星滚柱丝杠;当丝杠螺旋升角较小时,多级行星滚柱丝杠的效率随着各级螺母和丝杠间摩擦因数的改变而明显变化,但受各级丝杠和丝杠间摩擦因数的影响非常小。

全充填的水平圆管螺旋输送机物料运动分析及输送量计算

圆管螺旋输送机在完全充填状态下,物料的受力非常复杂,其运动形式与普通螺旋输送机完全不同。运用散体力学的相关理论分析机内物料的受力情况,将复杂的受力进行合理的简化并建立力学模型,用微积分方法计算来自于螺旋叶片的作用力及方向角。结果表明:圆管螺旋输送机在完全充填状态下,物料的运动方向可根据螺旋叶片的尺寸、表面摩擦系数、机筒尺寸等计算获得。在此基础上进一步导出了物料的轴向移动速度和流量计算公式,最后通过流量的计算值和实测值对比,确定了最终的计算公式。