基于Matlab的人体膝关节动力学仿真平台设计

在对小腿运动学和膝关节动力学分析的基础上,开发了一款基于Matlab的各种步态下人体膝关节动力学仿真平台.基于反向动力学原理,编写了Matlab计算程序,设计了仿真平台的图形用户界面(GUI),通过读取运动捕捉系统采集的下肢运动信息及三维测力台的支反力,实现了各种步态下膝关节关节力、关节力矩的快速计算.以正常步态为例,通过对一名健康人体右侧膝关节分析,并与Visual 3D软件结果进行对比,验证了该平台的可靠性,从而为人工膝关节置换和膝关节康复运动评定提供了一种新的分析工具.     

处理光学捕获运动数据的算法

利用光学运动捕捉系统捕获布置在实验对象下肢的标记点的坐标, 借助测力板测量动作过程中实验对象受到的外部支反力, 编写Matlab 程序, 并导入以上数据, 实现下肢各体段的质心坐标、位移、速度和加速度, 以及各关节的角度、角速度、角加速度和关节力、关节力矩等运动参数的快速计算, 解决目前已有软件因处理手段繁琐而造成的结果输出周期过长的问题. 借用多项式拟合的方法平滑各参数的曲线图, 并与Visual 3D软件的处理结果进行对比, 验证了算法的准确性.     

柔性关节臂式测量机的误差仿真分析

基于局部指数积(local POE)公式建立了柔性关节臂式测量机的理想运动学模型,依据各种误差因素修正得到实际运动学模型,详细分析了各种运动学参数误差对测量精度的影响.仿真结果表明,长度类的运动学参数误差对测量结果不会引起放大或缩小,而角度类的运动学参数误差会引起测量结果的严重放大.     

截断系泊系统不同恢复力矩特性对于深水半潜式平台摇摆运动的影响

以工作在1.5km水深的半潜式平台为例,在截断水深模型实验中,设计5套符合水平及垂向回复力、最大单根缆受力特性相似的截断系泊系统,使之具有不同的力矩特性曲线.通过时域耦合计算,比较在这些截断系泊系统下平台的摇荡运动的差异,并与实验结果对比分析.结果表明,水深截断系泊系统的力矩特性是否相似对半潜式平台摇荡运动有一定影响,平台的水平偏移越大时影响越显著.说明在截断系泊系统设计中,保持与全水深系统一致的力矩相似特性的必要性.     

基于OpenSim人体步行腓肠肌静态生物力学分析

为准确、快速地研究人体下肢运动规律,构建人体下肢模型。针对该模型推导出了人体步行状态下腓肠肌相应的力学方程F_1(t)。利用OpenSim搭建人体骨骼肌肉模型,并以腓肠肌进行静态力学分析为例,解析了肌肉在逆向运动学(IK)和残差缩减(RRA)两种不同分析方法中的肌肉激活度和力矩。研究结果表明:此模型能准确地模拟人体下肢肌肉的运动规律,利用RRA分析能够真实反映腓肠肌的受力情况,分析出肌肉激活度,为进一步揭示膝关节和踝关节的生物力学特性和为设计人体下肢康复机器人提供肌肉阻尼奠定基础。     

关节动画的曲线逆向运动学算法

针对末端效应器沿指定曲线运动时的逆向运动学(IK)求解提出了一种二阶数值方法,用末端效应器运动曲线的参数对关节角度运动曲线进行参数化,建立两条曲线之间的直接联系.利用关节角度向量的二阶泰勒展开递推求解末端效应器沿曲线运动时关节角度向量的变化.本方法在计算时引入了末端效应器运动曲线的微分几何属性,因此称为曲线逆向运动学.与传统的一阶类牛顿方法相比,曲线逆向运动学算法精度高,步长可控.对于逆向运动学控制中存在的奇异位形和冗余自由度,现有的算法对曲线逆向运动学算法同样有效,不需要重新设计算法.     

下肢康复外骨骼机器人动力学分析及仿真

设计了一款下肢康复外骨骼机器人,为探究该机器人各关节所需驱动力大小及规律,基于机器人的组成结构建立动力学模型,并对各关节的力矩进行详细分析。将机器人CAD(computer aided design)模型导入ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)中对其进行步态仿真分析,进而得到下肢各个关节处的转矩变化规律及大小,同时将所得力矩代入模型中进行仿真。通过对比关节角度信息,验证结果的正确性,为后续控制系统设计及电机选型提供了参考。     

双臂钻车钻臂与巷道的碰撞检测方法研究

为实现CMJ2-27改进型钻车钻孔的自动化,针对在工作过程中钻臂与巷道之间的碰撞情况,对钻车进行运动学分析,利用D-H参数法导出各坐标系之间的坐标变换矩阵,进而导出各关节和末端的坐标,给出了钻臂与巷道之间碰撞检测的方法,并利用该检测方法对某矿用88孔钻孔方案进行了理论计算和运动仿真试验研究。结果表明,该方法可行,程序简单,执行效率高。     

基于SolidWorks与Adams的焊接机器人动力学仿真

本文先用拉格朗日法对一款六自由度焊接机器人进行动力学分析,得出该机器人各个关节的峰值力矩理论值。并运用Solid Works建立了该款机器人的三维装配模型,将其导入到Adams后进行动力学仿真分析,在Adams中仿真出焊接机器人在不同工况下各个运动情况,得出各个关节处的力矩图。并将仿真出的峰值力矩与所求的理论峰值力矩对比,验证仿真数据的正确性。将仿真结果与该机器人各个驱动关节处电机经减速器减速后的输出力矩对比,验证电机选型的合理性。     

步行中下肢关节动力学以及表面肌电的研究综述

步行是我们日常生活中最为普遍的运动,要想深入地了解这项运动,必须对行走过程中控制人体运动的关节力矩进行分析。单纯的运动学或动力学研究不能准确揭示出人体步态所蕴藏的生命信息,因此,从关节动力学角度结合表面肌电研究人体步态已成为当前研究的热点。通过多环节运动的动力学方法可对下肢关节动力学指标进行分析与探讨。目的：综述人体运动中下肢关节力矩、关节功率等关节动力学参数变化,以及肌电相关指标的变化。方法：检索PubMed和中国知网数据库中有关步行时下肢关节动力学的文章。英文检索词为Joint kinetics;Walking;sEMG,中文检索词为“关节动力学;步行;表面肌电。”结果与结论：目前对于人体步行中下肢关节动力学的研究：在研究指标上,单一指标的研究较多,多指标的综合研究不足。在研究对象上,针对青年人群和步行障碍患者的研究比较多,对老年人和儿童的相关报到较少。在研究内容上,针对背部负重行走的步态研究居多,对负重损伤的力学机制研究较少,在研究结果上,一些结论之间相互矛盾,负重影响人体步态的确切机制仍然模糊不清。     

基于城市模型的微型飞行器三维路径规划

针对城市的三维环境,提出了微型飞行器(M AV)的路径和航迹优化设计算法。该算法把M AV的能量损耗(路径长度和路径高度变化)和风险度(威胁点对微型飞行器的威胁程度)作为路径的优化指标,用D e launay图生成路径网络的“节点”,采用D ijsk tra算法进行寻优,设计出符合指标要求的三维最优路径。将设计得到的折线路径进行圆滑处理,以得到飞行器的航迹。最后给出了仿真实例,生成的航迹成功避开建筑物和威胁点,并符合M AV的运动学要求。     

实时高通滤波的联合变换相关器

提出一种实时高通滤波的联合变换相关器．采用液晶显示屏作为输入器件，用液晶光阀记录和显示联合功率谱．使用预滤波器除去显示屏上的光栅状结构的频谱．利用成象透镜放大联合频谱以利于高通滤波操作．应用高通滤波器来提高相关图象的输出性能．分析了高通滤波器的设计．计算机模拟结果和实验结果证实了该系统设计及性能分析的正确性．     

一种非规则双K节点力学性能的非线性有限元分析

采用非线性有限元程序对一种非规则节点的静力工作性能进行研究,通过与节点试验数据对比,验证了有限元结果的正确性.采用该程序研究了节点在正常工作下的应力状态、受力特点、非线性阶段的塑性区扩展变化过程、失稳模式,以及极限承载力,根据实际工程提出了补强加固措施.     

结合旋量理论和代数方法的六自由度机械臂逆运动学求解算法

针对六自由度且具有相互平行的3个相邻关节轴的串联式机械臂逆运动学问题,提出一种结合旋量理论与代数方法的逆运动学求解方法。首先,通过旋量理论建立运动学模型,利用Paden-Kahan第1类子问题求解第1关节角度;其次,采用欧拉角理论,通过代数方法求解第5、6关节角度;最后,再次利用Paden-Kahan第1类子问题求解第2、3、4关节角度。以UR5协作机械臂为例,计算逆运动学得出8组解,其中逆解的最大位姿误差为10~(-15)数量级,证明了提出的逆运动学求解算法的准确性。     

用于模拟湍流射流扩散燃烧的条件矩模型

采用Bilger提出的条件矩模型对CH4－CO2湍流射流扩散燃烧进行了数值 模拟。对于湍流流和混合分数场采用k-ε-f-g模型,对于组分浓度场采用条件矩模型的抛物线型方程。将速度场、温度场和主要组分（CH4和CO2）浓度场的模拟数据与美国Sandia国家实验室的实验数据进行了对照。结果表明条件矩模型能够较好地反映扩散燃烧的火焰结构,是湍流燃烧模型研究的一种值得探讨的有前途的方法。     

Costas序列短波MFSK通信时频联合同步方法

针对低信噪比与强多径传播导致短波MFSK信号捕获困难、同步精度低的问题，提出一种基于Costas序列的短波MFSK信号时频联合同步方法。利用Costas序列二维图案优异的自相关特性进行信号检测与同步，将传统的滑动窗口法由时域扩展到时频域，同步获得时间和频率的估计值;为了降低计算量，给出了频偏与时延的精估计方法。仿真结果表明，与传统伪随机码(PN码)同步方法相比，提出的方法具有更好的抗噪声和抗频偏性能。在信号带宽为50 Hz、同步序列长度为1.28 s的ITU-R中纬度短波信道上，该同步方法能够达到98%的捕获率，虚警概率低于10^-2;时间同步误差低于12 ms;频率估计误差低于1 Hz。     

四川芦山Ms 7.0级地震空基联合观测与灾情增强识别

 以四川芦山M_s 7.0级地震后中国科学院遥感与数字地球研究所的有人机航拍为基础,辅以低空无人机平台进行联合观测,建立了空基多平台联合灾情观测模式下的灾情增强识别系统。介绍了空基多平台航测系统的组成及联合灾情观测的技术流程,使用有人机遥感平台与固定翼无人机遥感平台对重灾区芦山县进行航空联合观测。对震后有人机与无人机遥感影像进行综合对比,分析了地震中房屋典型受损的细节、滑坡体空间变化及重要电力线的破坏情况。结果表明,采用空基多平台的灾情监测模式,可显著增强对灾情的识别能力。     

啁啾编码的高通联合变换相关器

提出一种新的啁啾编码的高通联合变换相关器．这种相关器，可以使相关峰在不同的平面上输出．其与经典和二元化的联合变换相关器相比，具有更好的相关输出性能，而且能有效地抑制因非线性化操作所产生的谐波项的影响．给出对具有灰度级的输入景物的计算机模拟结果．     

短波信道下联合LDPC译码的OFDM系统迭代信道估计方法

克服短波信道的频率选择性衰落的关键是准确的信道估计,本文针对短波信道的慢衰落特性,提出了短波信道下联合LDPC译码的OFDM系统迭代信道估计方法,该方法根据迭代估计的思想,首先利用插入导频进行信道初始估计,经过LDPC译码产生可靠的判决信息,通过在信道估计和译码之间迭代地交换信息来完成联合信道估计和译码,提高OFDM信道估计的精度和系统的误码率性能。     

基于LU分解的增广信息滤波机器人协同定位

在增广信息滤波机器人协同定位算法中，通常对联合分布的信息矩阵采用Cholesky方法进行分解。基于Cholesky分解的增广信息滤波对联合分布的信息矩阵的正定对称性要求很高，在联合分布的信息矩阵不满足正定对称性的情况下，求逆产生异常，影响联合分布的信息恢复，系统的鲁棒性下降。本文提出了一种基于LU分解的增广信息滤波算法，保证了机器人协同定位算法精度的同时，有效解决了联合分布的信息矩阵分解异常问题，最后对机器人系统可观测性进行分析。利用MATLAB软件平台对算法进行仿真验证。结果表明，该算法保证了机器人协同定位精度，提高了机器人系统的鲁棒性。