基于分子马达集体运行机制的骨骼肌收缩动态力学模型——基于分子马达运行机制的骨骼肌生物力学原理（Ⅰ）

骨骼肌收缩过程中的生物力学原理尚未有效揭示清楚,本文从神经元触发的动作电位入手,针对骨骼肌微观的激活与收缩过程,利用统计力学方法分析分子马达集体运行机制,建立动作电位与肌小节收缩力之间动态关系;并结合肌小节串并联特征从微观到宏观构建骨骼肌力学模型,该模型揭示了骨骼肌收缩的力学原理,反映了骨骼肌从激活到收缩整个过程的动态力学特性.数值模拟结果表明,随着动作电位频率的增加,肌浆中钙离子浓度先线性上升并逐渐趋于饱和,主动收缩力出现融合并跟随钙离子浓度变化趋势,当动作电位处于最大频率时肌肉强直收缩;在定负载情况下,收缩速度和输出功率随频率的变化趋势与收缩力类似,但在负载力逐渐增大时,收缩速度会逐渐减小,而功率在某一负载下存在最大值.上述特性与骨骼肌力学实验研究结果一致,从而证明了该理论建模方法的正确性.     

机器人奇异形位分析及协调控制方法

把6R机器人奇异形位分为边界奇异、内部奇异、结构边界奇异和腕部奇异，分析了这些奇异形位的形成条件，并对每一种奇异进行了计算机仿真。在深入分析奇异边界构成的基础上，给出了内部奇异直观的计算机图形仿真结果，克服了以往笼统而欠实用描述方法的不足。通过分析J^-1(J为Jacobian矩阵）提出了采用协调控制法回避机械手奇异形位的理论及在线实时控制方法。     

基于Voronoi图的机器人复杂装配新策略

提出了一种基于Voronoi图技术的机器人复杂装配的新策略；在机器人装配研究中引入形象思维方式，即集成Voronoi图技术；装配知识的表示采用Voronoi图方式，通过Voronoi分析对机器人复杂装配过程进行有效规划，从而形成机器人关于装配过程的所有过程；机器人于通过力觉和力控制来感知装配件之间的精确物理关系，并调整装配件的位姿，实施基于Voronoi图知识的机器人装配，实验证明，该方法是有效的。     

海洋石油平台管件加工的精确几何建模

结合目前国产数控相贯线切割机普遍配备双倾角构型割炬的技术特点,对传统管材切割工艺进行了改进.通过对传统切割工艺中的几何近似部分进行精确几何建模,获得精确几何解,并通过双旋转自由度构型的割炬,完成基于该精确几何解的切割角精确切割.仿真实验表明:相对于传统的近似切割工艺,该切割角精确切割工艺可有效减少管件端面的有效切割长度,提高了切割速度和时间效率,且切割出的管材端面更符合曲面的几何性质,有利于焊接面之间的曲面匹配度.     

摩擦接触约束下的非刚性装配动态卡阻楔紧分析

在装配系统的整体运动规律及弹性接触变形条件下,对装配系统进行了近刚性接触分析.在库仑摩擦模型及单面接触约束模型的基础上建立装配系统的柔顺动力学模型,根据方程系统中系数矩阵的奇异性来分析相应的卡阻、楔紧现象,得出顺利装配的无卡阻运行空间以及随着设备承载能力的增大和材料弹性的增强,楔紧的发生几率减小的规律.     

交互式自行车模拟器

对基于虚拟现实技术的自行车模拟器进行了系统研究。从系统总体结构出发,介绍了基于Stewart平台的运动提示机构,它提供给人运动的感受;把手和脚踏板力觉提示系统,对人进行力觉提示;视觉仿真系统,显示逼真的三维动态图形,从而增强了自行车模拟器的逼真度。最后对系统集成及各部份信息交互问题进行了讨论。     

基于sEMG振子模型的骨骼肌等长收缩力与固有特性的能量核表征方法

提出了一种肌肉等长收缩力估计与肌肉固有特性表征的新方法,称为能量核方法.此方法的初衷在于将表贴EMG(肌电图)信号转变为平面内的相图,并将相图上状态点的分布核心称作能量核,而噪声信号的分布核心称为噪声核.基于相图的统计特征,将一段EMG信号近似为简谐振子,简称EMG振子.本文建立了控制信号(EMG)与输出信号(力/功率)之间的关系,并提出用EMG的特征能量来表征肌肉力.另一方面,通过对能量核与噪声核的计算,能够得到噪声与EMG信号的自然频率并实现直观的信噪识别与分离.实验结果表明,特征能量对等长收缩力的表征度令人满意,并且由于结合了RMS与MPF两种方法的优点,此方法具有很高的鲁棒性;而特定肌肉的EMG自然频率不取决于MU放电频率,故其反映了肌肉的固有特性.此模型体现的物理意义为EMG信号的理解与分析提供了新的启发.     

RV12L-6R焊接机器人动力学分析及计算机仿真研究

提出用Lagrangian方法与递推的Newton-Euler方法相结合求解机器人逆动力学问题,以满足实时控制的要求.结合IVECO汽车横梁的焊接,给出了实用的机器人动力学算法,并对6自由度机器人各关节力矩进行了动态仿真,仿真结果表明不同的关节初始值,有时会出现关节力矩突变,引起系统振动.因此,可以通过计算机仿真的方法在选择关节初始值时避开不稳定的情况.     

骨骼肌收缩的生物电化学变频调控原理——基于分子马达运行机制的骨骼肌生物力学原理（Ⅱ）

以骨骼肌肌纤维中的肌小节为对象,建立了肌膜动作电位活动与由动作电位引发的肌小节内Ca2＋浓度变化的生物电化学模型,并给出了相应的数学描述;以此模型为基础,从控制学角度阐明了由分子马达集体运作产生的肌纤维稳态收缩功率的调控方式,即作为控制信号的动作电位如何调控作为驱动信号的Ca2＋浓度,及其间接调控肌纤维等长收缩力的原理与相关特性,并设计实验对收缩力与动作电位激励频率之间的关系进行了验证;相应地,本文进一步阐述了动作电位对肌纤维的动态收缩功率的调控方式是变频控制,并导出了从动作电位频率变化到肌小节内Ca2＋浓度变化的传递函数,分析了肌纤维收缩的频域特性.另一方面,由理论分析的结果出发,提出了表征从控制信号触发到肌纤维开始收缩的最小滞后时间——＂肌电时间常数＂的概念,最后讨论了肌纤维收缩的变频控制方式的物理内涵及其合理性.     

基于分子马达运行机制的骨骼肌生物力学原理研究进展

骨骼肌是人体运动之源,一直吸引着国内外学者竞相研究,旨在揭示骨骼肌收缩机理,并且相关研究成果已经获得诺贝尔奖.本文首先阐述了骨骼肌生物力学模型研究现状,归纳出自上而下和自下而上的两种开展骨骼肌生物力学模型的研究策略;并从分子马达的多力场耦合机理与集体运行机制、骨骼肌收缩的生物电化学驱动与控制原理两大方面进行了综述,讨论了进行实验验证的解决方案,总结出基于骨骼肌收缩源头——分子马达的微观运行机制来研究骨骼肌生物力学原理的新思路.最后简要评述了目前研究中存在的不足,探讨了今后需深入研究的方向.