负重深蹲过程中下肢冗余肌肉力分析

人体负重深蹲过程中下肢肌力协调机理分析是康复工程和体育科学的重要课题。该文建立了4刚体10组肌肉的肌骨生物力学模型,引入约束最优化方法和最优控制理论求解了冗余肌肉力分布和神经控制信号。理论计算与实验测量结果表明:在人体负重深蹲运动过程中,神经系统将肌肉结成不同的协同肌群,并将最小疲劳作为目标函数,来控制不同的协调肌群按照特定的时序结构执行运动的加速和姿态的控制。     

基于AnyBody仿真及有限元建模下的八段锦运动生物力学研究

以AnyBody仿真骨骼肌多体逆向动力学三元素肌肉收缩力模型及有限元法构建八段锦动作的三维胫骨模型,全面、客观地计算不同动作最大肌力峰值时刻的积分肌电、力矩、肌肉收缩等生物力学特性. 将10例健康青年八段锦志愿者的身高、体质量、髋宽、髋深、膝宽、踝宽等形态学数据作为约束条件,用AnyBody7.1.2软件导出八段锦8个动作下肢最大肌力指标,依据胫骨最大应力约束条件,用Minics 10.01、Geomagic studio 2013、ANSYS 19.2软件建构三维数据,添加AnyBody中的3个方向数据,分析并计算不同动作最大力的应力传导大小、分布规律. 研究结果表明:八段锦是左右对称性运动,双侧同块肌肉积分肌电值、肌肉力值无显著性差异,有利于锻炼双下肢稳定性及协调性,运动中人体需要通过移动来保持平衡,膝关节在垂直轴方向力最大,伸展力矩值最大;做八段锦运动过程中,髋关节主导发力肌肉为臀中肌,膝关节主导发力肌肉为比目鱼肌、股外侧肌、腓肠肌,踝关节主导发力肌肉为拇长屈肌;表面肌电验证是评价人体肌肉激活程度的主要方式,八段锦运动中胫骨前肌、腓肠肌、股直肌、股二头肌的肌肉活性仿真结果与积分肌电值具有较高的一致性.以AnyBody软件分析下肢动作特征和有限元软件建构的胫骨模型,适用于八段锦动作的动态研究,可为计算八段锦运动时动力学变化提供新思路与实践价值参考.      

人体下肢摆动相冗余肌力分析

为探讨人体步态的形成机理,建立了人体下肢摆动相包含髋、膝和踝关节（ＨＫＡ）的肌骨动力学模型,模型中考虑了８ 组下肢主要肌肉。引入约束最优化方法求解冗余肌力分布问题,并通过数值计算说明了关节被动力矩对冗余肌力分布解的影响。在此模型和算法的基础上,探讨摆动过程中各组肌力的变化规律及其在形成正常步态中所起的作用,并从能量角度分析了所有肌肉总能耗与摆动相周期的关系,结果表明该步态存在一个与之相对应的最低能耗摆动相周期,即存在一最佳步速     

求解粒径问题的线性约束二次规划方法

针对经典奇异值分解求解方法所导致的虚假震荡信号,提出基于约束二次规划的磁纳米粒子粒径分布函数求解方法.在求解粒径分布函数中,以解的二模最小化为目标函数,将磁纳米粒子磁化曲线的数值不定式和解的非负性条件作为约束条件,建立了该线性约束二次规划问题的优化模型.在Matlab环境下利用软件Mosek进行优化计算,并使用无噪声、含有模拟噪声的仿真数据和实际数据分别进行了对比实验,验证了方法的有效性.     

空间两刚体滚动约束系统在线运动规划

空间两刚体间的滚动约束系统是一种典型的非完整系统,非完整的特性可以用于简化机械结构,提高系统可靠性.针对纯滚动约束非完整系统的状态变量之间相互耦合难以控制、已有的控制方法局限于特定的模型且缺少对在线控制研究等问题,建立了适用于一般滚动约束系统在线运动规划的求解方法.该方法基于滚动约束一阶运动模型,首先通过配点法实现离线运动规划获得参考轨迹,然后在实时控制中结合滚动优化框架运用最优动作控制(SAC)算法,实现滚动系统的在线运动规划.将算法运用于球-平面滚动模型和两个球体间滚动模型的实时运动规划,仿真结果表明该方法在拓宽球形机器人控制和灵巧机械手操作方面具有实际应用价值.     

改进型管道清灰机器人撑开机构动力学分析及仿真

以改进型管道清灰机器人为研究对象,建立机器人行走装置撑开机构简图.利用动态仿真的联立约束法,将运动约束和牛顿-欧拉方程组成一组联立线性方程组,求解得到各关节的约束反力、加速度和速度.利用Matlab编制计算程序,基于Simulink建立仿真模型,对管道机器人撑开机构动力学进行动态仿真,仿真结果表明:机器人撑开机构滑块速度方向改变时,机构各杆件受力达到最大,且杆件3受力最大.     

速滑中腿部肌肉协调性同步肌电分析

为研究人体运动中腿部肌肉间的运动协调关系,提出了一种基于多肌电模型的同步肌电研究方法。该文以滑冰运动为例,采集了5名速滑运动员滑冰过程中腿部9块表层肌肉的肌电信号,分别建立每位运动员直道和弯道滑跑多肌电模型,并进行了多路肌电的同步相关性分析。分析结果表明:同一运动员完成相同动作时肌肉协调关系一致性好;而完成不同动作时的肌肉协调关系差异明显;不同运动员完成同一动作时,肌肉协调关系有较大差别。实验结果显示了同步肌电分析方法可以作为一种有效的量化评估肌肉间协调性的方法。     

含闭链异构双腿行走机器人动力学建模与求解

建立了简化的9连杆异构双腿行走机器人模型并给出了机构中存在的封闭链约束方程.采用带约束的多体系统拉格朗日方程建立了系统的动力学模型.对约束求导,给微分-代数混合的动力学方程添加扩展方程,采用预估-校正数值积分方法进行求解.将数值解对约束的不满足作为反馈,给出误差反馈控制方法,来减小数值积分带来的误差,保证算法收敛.针对仿生腿侧进行了动力学仿真计算,比较了带和不带误差反馈数值积分算法解对约束的满足程度以及正逆解的一致性程度.仿真表明建模方法可行且误差反馈控制数值积分可减小数值积分误差,防止误差积累.     

基于减肥运动和跑步的非线性参数估计与辨识算法的研究

研究不同体质9～10岁肥胖儿童的适宜心率,为9～10岁肥胖儿童提供科学有效的运动锻炼。提出了一种基于9～10岁肥胖儿童减肥运动的非线性参数估计与辨识算法。建立了一套基于减肥运动和跑步的非线性参数估计与辨识算法系统。最后,通过MATLAB仿真分析,表明非线性参数估计辨识方法适用于儿童跑步安全心率和身体素质。仿真结果验证了非线性参数估计辨识方法的可行性和有效性。对9-10岁肥胖儿童的减肥运动儿童跑步在体育锻炼中具有很强的参考意义。     

基于Udwadia和Kalaba方程的机械臂轨迹跟踪控制

针对机械臂轨迹跟踪控制问题,提出了一种新的控制方法。该方法建立在Udwadia和Kalaba方程的基础上,可以在不引入拉格郎日乘数等额外参数的情况下对约束系统的约束力进行求解。与传统方法不同,这里将机械系统的运动要求作为一种约束来看待,这种约束称为轨迹跟踪约束,为了满足该约束要求需要对系统施加一定的伺服约束力;利用Udwadia和Kalaba方程给出了伺服约束力的求解方法。在这种伺服约束概念的基础上,通过理论分析,提出了伺服约束下机械臂跟踪控制方法,并通过建立平面二自由度机械手臂动力学模型,给出了控制结构,并在假设机械手臂轨迹运动要求的基础上,通过Matlab语言仿真计算出需要的控制,并给出了仿真结果。仿真试验结果表明:在约束初始条件相容的情况下,利用该方法可以实时计算出机械臂操纵系统所需要的控制力矩,机械臂在该控制作用下各构件运动结果符合要求,机械臂末端轨迹很好地跟踪了系统要求的曲线,并具有较高的跟踪控制精度。     

含神经控制的下肢肌骨系统正向动力学分析

为探讨运动生物力学建模与分析的基础性问题,以下肢步态为研究对象建立了包含神经兴奋肌肉收缩动力响应和肌肉肌腱动力特性在内的下支系统正向动力学分析模型,并针对自然步态的运动过程,采用参数最优化方法进行了模拟计算。计算结果与实验测量的比较表明:正向动力学方法可将肢体运动状态、肌肉收缩力、神经控制信号等联系起来,求解人体步态的控制模式。该文建立的模型和计算方法为下肢运动的模拟分析和人体冗余运动控制机理的研究提供了基本的分析工具。     

渐开线齿轮动态啮合力计算机仿真

为了获得渐开线齿轮啮合传动过程中的动态啮合力,提出了一种在MSC-ADAMS平台上的计算机仿真方 法．考虑了齿轮高速、大转矩啮合传动以及渐开线齿轮工作过程中齿廓啮合点位置不断变化的实际情况,基于 Hertz弹性接触理论,建立了仿真用齿轮刚度系数的计算公式及渐开线齿轮啮合传动的仿真模型,并以某车用变速 器的一对渐开线齿轮为研究对象,应用机构动力学仿真分析软件,计算得到了在3种不同工况下的齿轮动态啮合 力．研究结果表明:渐开线齿轮在啮合传动过程中含有明显的动载荷,动载荷的波动并非对称循环,其均值大于静 载荷;随着传动速度的增大,动载荷及其作用时间所占比例均增大．     

大颗粒流化床中颗粒受力的数值模拟

通过数值计算模拟了大颗粒鼓泡流化床中颗粒的受力情况．在模拟过程中，气相采用了欧拉描述方法，颗粒相运动过程的模拟采用了离散单元法．利用软球模型模化颗粒之间的碰撞力，分别研究了3种流化数下温度为300K、内含11000个直径3mm颗粒的流化床中，瞬间颗粒受力在床内的分布情况．结果表明：在通常情况下，乳化相区域颗粒受到的气体曳力平均值一般是其自身重力的1～2倍；除气泡内部外，颗粒所受到的碰撞力亦高于颗粒自身的重力；流化数越高，则床内碰撞力越大，当流化数为1．67后，碰撞力已成为影响床内颗粒无规则运动的主要因素．     

跑步搭配下肢加压对网球运动员运动表现的影响研究

探讨以跑步搭配下肢加压的方式进行热身(running exercise combined with KAATSU training,RE-KT)对网球运动员运动表现和生理反应的影响.招募20名大学生男性网球运动员,采用平衡次序分配至两种实验干预,1)跑步(50%最大心率,进行5组,每组120s,组间休息1min)搭配下肢加压(加压部位为股四头肌、腘胂肌群,加压压强为150mmgh)进行热身(RE-KT);2)单纯跑步热身活动(running exercise,RE).结果表明,在心率与运动自觉量表值方面,受试者接受RE-KT实验干预后指标显著高于RE干预后指标(p0.05);在血乳酸、睾酮、生长激素浓度方面,受试者接受RE-KT实验干预后指标显著高于RE干预后指标(p0.05);在爆发力和最大力矩方面,受试者接受RE-KT实验干预后指标显著高于RE干预后指标(p0.05).但在肌耐力方面,受试者接受RE-KT实验干预后指标与接受RE干预后指标差异无统计学意义(p0.05).得出利用跑步搭配下肢加压的方式对网球运动员进行热身能够诱发心率上升、RPE值增加、血乳酸、睾酮、生长激素浓度累积等生理效应,并且能够促进下肢爆发力和最大力矩的表现,但对肌耐力的运动表现没有显著改善作用.     

多支承回转窑支承系统模糊优化配置研究

回转窑支承系统的配置决定着回转窑载荷的分配情况,从而决定着回转窑的整体运行性能.在建立求解回转窑支承载荷力学模型的基础上,以均衡分配回转窑载荷为优化目标,考虑支承系统优化配置中的模糊因素,建立了回转窑支承系统模糊优化配置模型,并用最大最小法对该优化模型进行了求解,结果表明回转窑支承系统模糊优化配置能尽可能地均衡分配回转窑载荷,提高支承系统的性能和回转窑的运转率.     

侧脑室穿刺术的力反馈仿真

侧脑室穿刺术为徒手操作手术,通常需要医师积累一定的手术经验才可实施,但由于其部位特殊而缺乏训练模型。其模拟重点在于穿刺手感的复现,本文通过将软组织与穿刺针交互过程产生的力分为三种力模拟穿刺力的层次感,从而极大程度上还原穿刺手感。特别的,在形变力分析中构建软组织形变模型并提出形变模型参数的转化方法,使形变模型的参数选取有理可循。在三种力的基础上提出穿刺力的力反馈计算模型,结合力反馈设备将其应用于侧脑室穿刺术中,使其更接近真实手感。最终通过收集并对比穿刺猪脑的穿刺力与力反馈穿刺力来验证该穿刺力反馈计算模型的真实性。实验证明,猪脑穿刺的穿刺力与虚拟穿刺穿刺力间的最大差值为17.25mN（<20mN）,该误差人手较难感知,并且力的两次突变以及变化趋势具有较高的一致性。     

基于MATLAB的高速铣削力仿真对加工参数的选择分析及系统实现

针对高速铣削加工中工件和机床的偏移使得切削力分布对工件尺寸精度有较大影响的现状,基于目前较为成熟的切屑厚度尺寸效应和有效前角影响的高速动态铣削力模型理论,利用MATLAB函数对铣削力进行预测仿真,研究结果表明在铣削过程中铣削力分布对工件已加工部分的尺寸精度有重要影响;通过改变铣削加工参数对铣削力进行仿真研究,从而选择出合理的铣削加工参数,提高加工效率;利用数据库函数建立起高速铣削力仿真系统,为数控加工工艺参数的选择和优化提供一个有效的工具。     

直立式防波堤水平波浪力的概率分布

试验研究表明,不规则波对直立防波堤作用力的概率分布类型因波浪作用性质而变化。脉动力符合双参数的韦伯分布,冲击力偏离韦伯分布,经过统计分析,得出了每一种试验情况下韦柏分布的形状参数和比例参数,并确定了参数的变化规律,提出了直工防波堤在不同波浪情况和水位条件下确定分布参数的方法。     

银行支付网络操作可靠性增长的研究

银行现代支付系统是电子资金划拨的物质基础，其平稳性的运营有赖于支付网络的可靠性及对支付网络操作的可靠性．将可靠性增长的思想和方法引入银行支付网络操作可靠性的研究，针对实际存在的操作人员的培训与操作实践两个时期的学习模式，用顺序约束模型描述培训时期操作可靠性的分布，导出了培训期末操作失效率的预计模型；用时间函数模型描述操作实践可靠性的增长，给出了支付网络运行时刻操作可靠性的推断方法．