精密位移传感器与液压执行器

能够进行短期运动学和长期耐久性评估，维梧™ 是一个可配置的系统，在单个帧中可能有一到三个联合测试站。这些站彼此独立运行。活体™ 用户界面在单独的Windows计算机主机上运行。对于在多个站点上运行相同测试协议的情况，UI软件提供了站点间设置和编程的一键复制。 VivoSim是一个可选的软件产品，当关节组件和多纤维韧带模型在空间中移动时，通过显示它们的精确三维模型来帮助理解。活体内™ VivoSim本身是一个功能完整的独立模拟系统，它提供了一种增强的能力，可以查看多纤维韧带模型内部，并分别检查每根纤维的应变、张力和分解力分量。VivoSim还具有近乎实时的独立建模功能。VivoSim单独出售，在网站的其他地方有描述。 活泼地™’s独特的速度、运动范围和力量能力、可编程性和虚拟软组织模型组合，能够测试真实世界的植入物失效模式，如不利的边缘载荷条件、微分离、茎杯撞击、髁突提升和关节半脱位。 活泼地™ 是可用的最逼真的模拟系统。 更精确模拟的先进设计 活泼地™’s的工作空间和紧凑的包装旨在促进人体联合研究，同时最大限度地减少实验室占地面积的使用。 活泼地™ 该系统由一到三个作为一个单元组装和装运的测试站组成。每个工位配备六个伺服液压执行器。通过共享单个电源连接、实时控制器、液压供应和机架中所有工作站的液压回路，优化了采购和安装成本。虽然只有一个实时控制器，但它为每个站执行独立的控制回路。因此，这些站是独立编程和运行的。 下工作台上独特的执行机构配置提供了浮动瞬时旋转中心。结合Grood和Suntay坐标系的软件定义虚拟轴，消除了传统试验机设计中发现的许多接头对准问题。 精密位移传感器与液压执行器位于同一位置，为控制系统生成位置反馈。每个工位都有一个六轴力传感器，用于测量力反馈的接触力和力矩。测试接头的下部直接安装在力传感器上，实现接头接触交互作用和反馈传感器之间的紧密耦合。由执行器非线性或缺陷引起的力干扰包括在力反馈测量中，并可由控制系统校正。如果需要，可以输入与力传感器耦合的质量和极惯性矩，以便控制系统可以抵消惯性体力的影响。 每个试验站都有一个温度控制的血清控制和循环系统，用于在流体环境中进行的试验。热板可加热或冷却血清，以达到约10°C和45°C之间的设定点。 多站系统中的站™ 机架独立运行。但是，VivoControl UI支持站间程序和设置的一步复制，以便对多个样本执行相同的测试协议。 VIVO仿真技术的核心：控制系统 AMTI广泛的生物力学模拟经验，加上现代控制技术的进步，在新的活体中达到了顶峰™ 控制系统。它是目前用于关节运动模拟的最复杂的机器人控制系统。控制系统提供两种运动模式。 关节坐标系模式-实现Grood和Suntay关节坐标系（JCS）。Grood和Suntay关节坐标系已被国际生物力学学会、ASTM和ISO采用。在G&S模式下，控制输入和数据输出沿关节参考轴进行解析，这些轴与临床上有意义的方向一致–内侧/外侧、后侧/前侧和牵张/压缩平移，以及屈曲/伸展、外展/内收和内/外旋转。致动器位置与Grood和Suntay坐标之间的映射函数通过参考姿势设置进行计算–用户识别定义关节姿势的Grood和Suntay坐标，然后在机器中安装的测试样本上生成该姿势，并在UI上选择命令。还有一个预定义的默认映射，可以随时选择。一旦定义了运动学映射，控制系统将更新物理执行器位置与Grood和Suntay c之间的关系还有一个预定义的默认映射，可以随时选择。定义运动学映射后，控制系统每秒更新物理执行器位置与Grood和Suntay坐标之间的关系2000次。此操作确保Grood轴和Suntay轴在VIVO的物理工作空间内保持其所有机器姿势的关节参考定义™. 在G&S模式下，屈曲/伸展轴的运动范围为110°。使用活体™’s设置功能，此物理运动范围可与虚拟G&s屈曲坐标的任何110°窗口相关联，坐标值限制为±180°。在G&S模式下，每个轴可在位置命令或力命令模式下运行。为每个轴单独选择命令模式，并且可以进行任何组合。 笛卡尔坐标系模式-与传统机器兼容。在笛卡尔坐标模式下，输入和输出平移以及线性力沿与机器机架固定的正交X-Y-Z坐标系进行解析。输入和输出旋转沿与屈曲和ab/内收致动器以及虚拟Z旋转致动器的物理致动器轴重合的旋转轴进行解析。在笛卡尔坐标模式下，屈曲臂的行程范围可达200°。在笛卡尔坐标模式下，下工作台的四个轴可以在力或位置命令模式下工作。屈曲和ab/内收轴仅在位置模式下工作。 命令波形由每个轴的独立1024点波形缓冲器生成。根据当前轴命令模式，波形被解释为位置（平移或旋转）或力（线性力或力矩）命令。在位置和力命令模式之间切换轴非常简单，只需在设置配置对话框中勾选一个框即可。波形的速度通过设置缓冲期来控制，缓冲期可能在0.5到100秒（2到0.01 Hz）之间。 高级迭代学习控制算法 活泼地™ 介绍了AMTI迭代学习控制（ILC）算法的全新版本。这一新开发的、正在申请专利的系统部分在VIVO上实现™ 实时控制器和部分VivoControl主机软件。与早期版本的ILC相比，它在稳定性、收敛速度、残余误差和易于调整方面提高了技术水平。 ILC系统在编程波形的整个周期内收集错误数据。将误差转换为等效的频域表示，并应用各种处理步骤，包括截断感兴趣范围之外的频率，以及对轴传递函数进行逆相位和幅值补偿。结果被转换回时域，并作为增量应用于上一个循环中记录的轴位置。由于波形的分批处理和循环操作，这种方法产生前馈补偿，理论上，随着时间的推移，能够将误差精确地驱动到零。虽然任何实际系统中的非重复性干扰都会阻止真正的零误差，但在实际应用中，新系统通常会将误差降低到指令的1%以下。 学习的补偿自动保存，并可在测试中断后用作起点。当测试因称重、血清更换、安全气囊更换等而暂时停止时，此功能非常有用。 新系统包括一个我们称之为“触觉映射”的预运行阶段。在开始新测试之前，波形的几个周期以大大降低的频率运行，通常为所需全速的1/10到1/20。这种降低的速度允许基本的P+I控制系统以相对较低的误差运行，实际上测量关节的姿势相关顺应性。在全速下对估计的轴动态进行处理会产生首程补偿。虽然这种方法通常不会完全消除误差，但它可以将试验初始循环期间的误差减少50%或更多，从而提供更快的收敛速度，并减少试验早期循环期间试样损坏的机会。 对于低速或非重复测试，可以禁用ILC系统。在这些情况下，维梧™’s P+I轴控制器提供标准伺服液压控制系统的性能。 软组织模拟增强真实感 植入关节是天然生物结构和人工合成工程结构的复合物。准确模拟关节结构的运动学、动力学和耐久性需要准确地重新创建体内经历的关节接触力。由于软组织力对关节接触力的影响非常显著，因此真实的模拟环境必须包括模拟软组织力影响的方法。 活泼地™ 赞成的意见