关键词：脊柱;;生物力学;;六轴机械臂;;载荷/位移控制;;LabVIEW
摘 要：目的:构建基于上位机、六轴机械臂、六自由度力/扭矩传感器的离体脊柱生物力学测试系统,完成基于Lab VIEW的测试程序编写,进行初步可靠性测试。方法:选定和购买硬件设施,利用CAD软件进行各种夹具等配套设施的设计与绘图;通过Lab VIEW软件进行编程,用以太网及Profibus通讯的方式,将机械臂与上位机进行实时通讯,实现上、下、左、右、前、后六个方向平移运动及屈伸、左右侧屈、旋转运动,实现位移控制和载荷控制,并能实时读取机械臂末端位置、旋转角度和所受力/扭矩值,通过数据采集卡和上位机完成数据采集、显示、处理、储存等功能。通过特制夹具将数显千分表牢靠固定于机械臂末端,使千分表测量杆与机械臂运动方向平行或者垂直,以此减小测量误差;使用Lab VIEW控制程序驱动机械臂完成上、下、左、右、前、后六个方向平移运动,每次动作完成后,记录数据,然后机器人复位,调零千分表,进行下一组测试,每组动作重复10次,测试完成后,整理所有数据,进行统计学分析,得出该测试系统精密度和准确度值,并对可能存在的误差进行原因分析。使用该平台对抗阻尼标本进行屈伸、侧屈和旋转测试,绘制相应载荷-位移曲线,分析数据并对该测试系统进行调试,使其能稳定的完成各项试实验任务。对羊脊柱标本进行屈伸、侧屈和旋转测试,绘制出相应的载荷-位移曲线,并与以往文献数据进行对比,得出实验结果,验证该生物力学平台的可靠性。结果:开发并建立了一套基于Lab VIEW与六轴机械臂的高精准度离体脊柱生物力学测试系统,其平均平移精密度为0.0081mm,平均平移准确度为0.0567mm。编写了机械臂运动控制程序及数据采集、显示、处理、储存程序,能采用载荷/位移控制方法对实验标本进行高精准度加载,且有效模拟了脊柱各自由度运动,并能实时记录脊柱功能单元的位置变化和受力情况。完成了抗阻尼标本和羊脊柱生物力学测试,验证该平台能初步满足各种脊柱生物力学测试要求。结论:该基于Lab VIEW与六轴机械臂的离体脊柱生物力学测试系统能顺利完成脊柱生物力学测试,其精准度满足常规测试需求。
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