M-Lattice模块机器人的运动学分析及构型优化

针对模块机器人在运动过程中遇到的运动干涉问题,提出了一种应用于M-Lattice模块机器人的构型优化设计.通过引入平动关节,实现模块机器人机械臂的收缩和伸展运动,从而避免运动干涉.通过运动学分析,在避免运动干涉的前提下尽可能减少平动关节的行程,从而顺利完成自重构过程并确保模块机器人自身的结构强度及稳定性.通过对不同运动情况下的运动空间的仿真和原型机实验,验证了优化构型的可行性和运动能力.结果表明,引入的平动关节能够很好地避免模块间的运动干涉且各机械关节的设计切实可行,为后续大规模模块机器人系统的研究建立了基础.     

活动型单髁衬垫脱位力学机制的实验研究

研究活动单间室膝关节假体(UKAP)衬垫在力学环境下的脱位机制.通过制作髁假体固定工装与固定平台旋转圆盘工装,建立活动衬垫脱位的体外模型.在外载荷作用下,通过压力测量片测量活动衬垫在不同撑开量、不同后倾角以及不同旋转角度下的脱位力大小.随着撑开量的增加,衬垫脱位力不断降低;随着胫骨后倾角增加,接触压由胫骨近端前侧向胫骨近端后侧转移,衬垫的脱位力不断增加。后倾角降低将减少髁假体对衬垫的接触压力、并相对增加衬垫的撑开量,这将大大削弱衬垫后方的脱位力.衬垫过旋将减小脱位力,从而增加旋转脱位的风险.衬垫撑开量与手术中假体安装后屈伸间隙不平衡、内侧副韧带延迟伸长或损伤有关,衬垫后倾角度及内外旋角度均与术中截骨位置有关,衬垫脱位力在不同安放位置存在变化.研究结果可为临床上活动衬垫脱位机制提供理论依据,对活动单间室膝关节置换手术技术及治疗具有指导意义.     

手部外骨骼运动相容性设计综述

以人机运动相容性为关注点,对手部外骨骼设计的研究现状进行分析与综述.首先,结合人手解剖学结构与关节运动学属性的分析,简要介绍手部的主要运动学参考模型.其次,根据实现人机运动相容性的设计方法,将手部外骨骼归纳为人机关节轴线对齐、关节轴线自适应和柔顺性结构手套等3种主要类型,并扼要分析典型手部外骨骼的设计特点.最后,结合人机穿戴偏差、个体体征差异和人机关节运动属性差异等对人机运动相容性的影响,对手部外骨骼设计需要考虑的问题和后续研究进行了分析与论述.     

完整步态下人工髋关节微动的非线性有限元分析

采用接触非线性有限元模型,分析在生理载荷下一个完整步态中人工髋关节的微动规律.通过CT图像重建出完整股骨三维CAD模型,按照手术要求模拟关节植入,采用面-面模型构造出人工髋关节置换术(THR)后假体与股骨接触非线性有限元模型.按照不同步态事件下髋、膝关节力作为栽荷步进行加载计算.计算结果分析表明:一个步态下人工髋关节的微动在0～25 μm,微动形式分别为沿矢状轴和冠状轴的旋转运动.造成长期效应下的人工髋关节无菌松动的主要原因是关节的微动.     

髋关节假体专家系统中力学评价方法的实现

髋关节重建术中假体的选择与手术效果直接相关,为更好地利用专家的经验,提高选择假体的准确性,开发了髋关节假体优选专家系统,并引入生物力学的快速评价方法作为选择假体的力学准则.基于患者X光片的数据信息,用Matlab和VB语言进行专家库系统的整体模块开发,对力学评价模块采用Matlab与ANSYS中的APDL语言开发.经过力学仿真及分析,得到了几何相似性和力学相似性较高的有限元模型,分析结果与文献结果较为吻合,并据此提出了在专家库系统中选择假体的评价准则.     

基于肌电信号的下肢关节连续运动预测

为研究不同运动模式下基于肌电信号的下肢多关节连续运动预测,通过支持向量机对肌电-运动的映射关系进行训练,实现对下肢髋、膝和踝3个关节矢状面内的连续运动预测.由10位健康受试者的运动预测和统计分析可知:在适速行走过程中,髋、膝和踝关节的关节角度预测均方根误差分别9.36°,10.82°和6.87°;在不同运动模式下,关节的运动预测值与测量值之间均表现出一定的相关性,其中,膝和髋关节的预测值与测量值之间相关系数均大于0.72,表现出比较明显的相关性.实验结果表明:基于肌电信号进行下肢多关节连续运动预测,尤其是在适速行走时对膝和髋关节的运动预测是可行的.     

机器人运动轨迹规划分析

该文就机器人的基础设计、运动学分析、轨迹规划等几个部分对机器人进行了较深入的研究.对救援机器人的结构与运动特点进行相关运动学分析.在分析过程中,分解了机器人的位姿,并分别用关节角度来表示,以关节的角度为中间量求解运动学方程,避免了大量矩阵的求逆的运动学计算,求解过程简单方便,大大提高了计算的速度,对于机器人的实时在线控制,具有较大的实用价值.     

同时利用X线片和CT片进行股骨假体三维设计的构思

介绍了一种同时利用患者股骨的Ｘ线片和ＣＴ片图象进行了关节假体设计的新方法。利用该方法已成功地设计了一种新型人工髋关节假体，并完成了假体的三维造型及加工出假体铝合金模型。结合有限元分析，完成了从几何到力学的完整设计。     

类Exechon并联机构模块可重构概念设计与运动学分析

可重构与模块化设计是实现并联机构多功能、提升装备加工柔性的关键技术.受商用Exechon并联机构模块优异性能的设计启发,在其变异机构Exe-Variant的基础上,应用机构变异思想提出两种类Exechon并联机构模块——Exe-Ⅰ和Exe-Ⅱ.基于可锁定关节、模块化支链以及可重构并联机构的设计思路,依次开展Exechon、Exe-Variant、Exe-Ⅰ和Exe-Ⅱ等4种类Exechon并联机构的模块化、可重构概念设计.针对以上并联机构模块进行运动学分析:运用螺旋理论分析类Exechon并联机构的系统螺旋系,构建类Exechon并联机构的系统全雅克比矩阵,依次分析机构自由度和奇异性;通过矢量闭环方程推导其逆运动学模型和动平台连带运动;以"分层切片"的工作空间搜索方法预估其工作空间.运动学对比分析表明:对类Exechon并联机构模块开展的可重构设计,保留了并联机构的自由度类型和结构奇异性特征,并显著改善了部分类Exechon并联机构的逆运动学连带运动的复杂程度以及动平台可达工作空间的分布.最后,借助3D打印技术制作了Exe-Ⅰ并联机构模块的原理样机,运动学精度实验结果与理论分析结果吻合较好,数据的绝对误差在±0.4 mm以内,并且其相对误差不大于实验值的3.2%,验证了运动学分析的正确性.本文提出的可重构与模块化概念设计,可为类Exechon并联机构模块的高效可重构设计及其工程应用提供关键技术支撑.     

不同性别排球运动员扣球着地下肢技术分析

目的:排球运动中完成扣球动作时女性比男性会呈现更高的前十字韧带受伤的风险,通过对扣球技术动作的分析,比较男性与女性排球运动员实际扣球着地动作的差异,找出女性运动员容易受伤的技术原因.方法:实验参与者为8名男性、8名女性排球运动员,进行排球扣球动作,以高速摄影机及测力板收集扣球着地运动学及动力学的数据,以独立样本t-test检验进行分析.结果:男性与女性在地面反作用力并没有差异.在矢状面下肢关节的活动中,着地瞬间男性呈现较大的髋关节屈曲角度,在着地期男性也呈现较大的最大髋关节屈曲角度及髋关节的活动范围,女性则呈现较大的最大踝关节背屈角度及踝关节的活动范围.而在最大垂直地面反作用力产生瞬间,男性呈现较大的髋关节屈曲角度.在额状面下肢关节的活动中,着地瞬间和最大垂直地面反作用力产生瞬间,女性呈现较大的膝关节外翻角度,在着地期女性也产生较大的最大膝关节外翻角度.结论:男性与女性以不同方式着地,男性利用髋关节进行着地缓冲,能减少更多着地后产生的冲击;女性利用踝关节进行着地缓冲且呈现较大的膝关节外翻角度,可能会有较高的受伤风险.     

基于船舶人机工程的虚拟人操作驱动建模仿真技术

针对船舶设计过程中复杂的人机工程学问题,提出了在虚拟环境中通过满足精度要求的虚拟人实时驱动模型仿真的新方法.采用动态约束方法,基于旋转信息建立虚拟人实时驱动模型,将运动跟踪系统捕获的真人运动参数映射到实时驱动模型而实现对不同百分位人体模型的操作;建立驱动误差模型,分析运动跟踪系统误差对实时驱动模型驱动精度的影响;基于上述方法开发了船舶虚拟人实时驱动模块,并集成到船舶产品设计的虚拟评估系统中;以某型船舶机舱设施布局的人机工程学评估为例进行应用验证.结果表明,所提出的虚拟人操作驱动模型具有较好的有效性.
     

基于复合摆线的下肢假肢步态规划及运动仿真

摘 要 针对现有假肢产品步态质量不佳的问题,结合四连杆机构和磁流变阻尼器设计了一种磁流变阻尼下肢假肢。基于复合摆线理论对下肢假肢进行了步态规划,并对所得轨迹曲线进行了优化。通过对轨迹曲线的逆运动学求解,得到了下肢假肢的膝关节和髋关节曲线。为验证关节曲线和下肢假肢结构设计的合理性,采用SolidWorks Motion对下肢假肢进行了运动仿真吧,并且利用关节电机进行轨迹跟随实验。结果表明,在关节曲线的驱动下,下肢假肢能够实现连续稳定的行走,具有良好的步态特性。     

集成2R1T并联机构的艾灸辅疗机器人概念设计与运动学分析

设计一种用于艾灸辅疗的新型五自由度混联机器人机构，该机构由2UPS&1UPR&1UP并联模块和2R串联模块组成.首先，给出该混联机器人的概念设计方案，并运用螺旋理论分析2UPS&1UPR&1UP并联模块的自由度，建立该混联机构的运动学模型并推导其位置逆解的解析解，进而求得全局雅克比矩阵和奇异位型.在此基础上，采用“分层切片”的搜索方法得到该艾灸机器人的可达工作空间.最后，制作概念样机，并通过运动位姿实验验证运动学逆解与工作空间分析的正确性.研究表明，所提混联机器人机构具有大转角和大工作空间的性能优势，可以满足艾灸辅疗流程对器械运动形式与工作空间的需求.     

Reference Trajectory Generation for 3-Dimensional Walking of a Humanoid Robot

Humanoid walking planning is a complicated task because of the high number of degrees of freedom (DOFs) and the variable mechanical structure during walking. In this paper, a planning method for 3-dimensional (3-D) walking movements was developed based on a model of a typical humanoid robot with 12 DOFs on the lower body. The planning process includes trajectory generation for the hip, ankle, and knee joints in the Cartesian space. The balance of the robot was ensured by adjusting the hip motion. The angles for each DOF were obtained from 3-D kinematics calculation. The calculation gave reference trajectories of all the DOFs on the humanoid robot which were used to control the real robot. The simulation results show that the method is effective.     

基于APAS的人体上肢运动分析

为了得到人体上肢关节运动数据，利用多维摄像系统，拍摄人体上肢在日常生活中的典型活动。通过设计标记点在人体上肢的布置和建立的人体上肢运动学模型，应用人体运动分析系统APAS分析处理体表标志点的运动，从而得到相应人体部位的运动。该研究可为建立人体上肢有源仿生机构和设计康复器材提供数据来源。     

基于ASP.NET的科研信息管理系统的研究与开发

文章提出了在校园网环境下科研信息管理系统的方案和应用技术,具体提出了A SP.NET在网络数据库开发方面的优势和它的功能及特点;基于B/S结构的科研信息管理系统的功能模块以及如何使用C#和SQL语言开发W EB应用程序的关键技术和访问ACCESS数据库的方法,并详细介绍了系统各功能模块的设计和部分代码实现。     

H.264视频编码的三步全搜索运动估计改进算法及性能仿真研究

随着H.264标准的确定,网络传送的阻塞、错码等问题已成为了网络视频传输的研究热点,与此同时FPGA强大的并行能力实现了巨大复杂的运算,使得全搜索运动估计成为了急待解决的问题。为了进一步优化H.264视频编码的实时性及改进视频压缩性能的好坏。设计了一种全搜索运动估计模块的算法,确定了峰值信噪比PSNR值来实现图像质量评定;完成了新的三部全搜索算法设计;通过Modelsim仿真验证完成存储单元功能模块、数据选择功能模块的设计。系统测试表明:波形仿真结构验证了整体结构的正确性;FPGA的结果进一步完成了运动矢量采集成功的验证。对固定块大小范围的运动估计、结构以及数据流的设计研究对于FPGA的进一步大批量应用具有一定的意义。     

一种基于3-UPS并联机构的六维控制器运动学分析

对基于3-UPS并联机构的六维控制器进行了运动学分析,计算求解了3-UPS并联机构运动学正解和反解,同时运用MATLAB软件对其进行了运动学仿真,仿真结果证明了机构运动学正反解的正确性.运动学分析结果将为六维控制器结构参数优化设计以及控制电路的设计提供理论依据.     

基于绳牵引并联机构的上肢康复机器人设计

人类的上肢为生活提供了诸多便利,健康的上肢是高质量生活的保证。上肢如果出现运动功能障碍就需要接受康复治疗。为了减轻康复师的工作强度,同时增强治疗效果,需要利用康复机器人代替康复师来进行康复训练。通过分析肘、肩关节的运动特性和规律,基于三自由度的冗余绳牵引并联机构设计了一款面向上肢康复的机器人。该机器人由定位模块和连接模块组成,可对不同尺寸的上肢进行主动和被动康复训练。由于机器人结构简单、易于装配、制造成本低,更容易被用户所接受。在结构设计完成后对该上肢康复机器人进行了运动学建模,同时进行了机器人奇异性的分析,为后续运动控制的研究做准备。最后,考虑到机器人的力传递性能和体积大小,采用多目标优化的方式对机器人进行了优化设计。仿真结果表明：优化设计有效地提升了机器人的相关性能。研究结果可为绳牵引并联机构在上肢康复机器人设计中的应用提供理论参考。     

位错和溶质原子交互作用的蒙特卡罗模拟

文章运用动态蒙特卡罗方法,模拟了二维条件下单个刃型位错和置换溶质原子间的相互作用.在假设位错始终静止的情况下,模拟得到位错中心形成密集的溶质气团,远离中心处形成弥散的溶质云层;动态结果反映,在低外加应力下位错受到溶质原子的有效钉扎,运动速度很小;高外加应力下位错运动几乎不受溶质原子的影响,速度较大;而在中间应力范围内,位错的运动状态具有歧义性,速度处于高低跳跃的状态.