日常活动中水平面行走步态实验

步态研究是人类运动生物力学和康复医学研究的热点之一。本文对日常变化活动中水平面行走步态进行了实验研究。实验涉及到人在日常生活中水平面上直线行走，圆弧线行走及行走中直角转向３种活动。测试对象在右手提１０ｋｇ重物和不提重物以３种不同速度行走。此外，还简述了实验设备和实验方法。     

不同上楼速度下的垂直地面反力

上楼垂直地面反力决定着人体质心在垂直方向上的运动,与垂直方向上的平均行走速度、初速有密切的联系。该文建立了上楼行走垂直方向模型,提出了连续周期行走约束,给出了垂直地面反力表达式,研究了其最大值的影响因素,建立了垂直方向初速与垂直地面反力参数、水平方向平均速度之间的数学关系,并对不同上楼速度下的垂直地面反力最大值变化情况进行了预测。用光学运动捕捉系统和六维力台进行了不同速度下的上楼行走测试,测试结果表明:预测结论较准确,上楼低速行走时更加接近水平行走,为使垂直地面反力最大值变化较小,随着行走速度的增加,垂直方向初速增加。     

相向流对室内人行道影响的模拟与量化研究

对公共场所中的室内人行道来说,人流的相向运动是常见的一种现象.不合理的设计会引起通道的经常性阻塞甚至在疏散中导致踩踏事故.如何确定人行道的最大人流量是设计中的关键问题.采用计算机模拟软件对不同人流比率下行走速度和人流量之间的关系进行了研究.通过模拟得出了不同人流比率下的最大人流量、低密度状态下的自由行走速度以及最大人流量下的行走速度.根据模拟结果,对人流比率与人流量之间的函数关系进行标准化.这种标准化函数关系可以用于对各种状态下(从自由流到阻塞流)的道路状况进行评估.研究发现:相向流比率对最大人流量和最大人流量下的行走速度都有影响,而对自由行走速度影响不大.研究结果可用于人行道的设计和规划及疏散性能评估.     

汉-Ⅰ型智能机器人自律行走控制

本文讨论小车式机器人利用超声波传感器实现自律行走的问题.文中建立机器人行走运动的数学模型.讨论了两种利用超声波传感器和其它传感器确定器人空间位置、速度及姿势的方法.提出了一种分段最优控制方案.     

双钢轮振动压路机行走速度稳定性分析

为了改进双钢轮振动压路机行走速度的稳定性,进一步提高路面的压实质量,从组成行走系统各部件工作特性对行走速度稳定性的影响进行理论分析和试验研究。通过对双钢轮振动压路机行走系统分析,得到影响压路机行走系统速度稳定性的若干因素;通过频域分析得到双钢轮振动压路机行走液压驱动系统的数学模型,给出了双钢轮振动压路机行走系统速度刚度的理论公式和行走系统的传递函数模型。研究结果表明:双钢轮振动压路机行走系统速度稳定性的主要影响因素有行走系统各组成部分的减速比、行走液压系统的动态特性、轮边减速器的工作效率以及发动机的调速及匹配特性;通过对压路机行走系统进行合理匹配,提高行走液压系统及轮边减速器的工作效率,改善发动机的调速特性以及微调行走泵排量等措施,能够在一定程度上提高双钢轮振动压路机行走系统的速度稳定性;压路机行走系统由比例部分、一阶微分部分、二阶微分部分构成,其中比例部分参数取决于钢轮的轮边减速器,一阶微分部分是由行走液压系统的油液泄漏及其体积压缩引起的,二阶微分部分是一个比较复杂的二阶系统,主要受液压系统参数和行走系统结构参数等的影响。该分析为双钢轮振动压路机行走系统的参数匹配和性能优化提供了理论依据。     

基于经验模态分解法和摆动脚参数的行走速度估计

行走速度估计是提高自适应跑步机功能和性能的有效手段,该文针对自适应跑步机用户行走速度估计,提出了一种基于经验模态分解法和摆动脚参数的行走速度估计方法。该方法推导并阐明了用户行走时摆动脚平均速度与用户实际行走速度之间的关系。为了解决加速度双重积分产生的信号漂移和累积误差的问题,首先基于经验模态分解方法将加速度积分后得到的摆动脚速度分解至不同频段,在去除掉漂移分量后,选择与步频相近的本征模函数对速度进行重构;然后,针对由积分累积误差引起的模态混叠现象,采用集成经验模态分解法对速度积分后得到的摆动脚位移进行分解与重构。通过划分摆动脚位移完成脚尖离地和脚跟着地的步态事件来获取摆动相的时间和脚部位移,并据此计算出摆动脚平均速度用作行走速度估计。进行了5种不同行走速度下的速度估计测试,并与传统方法进行对比,证明了论文所提方法的有效性和优越性。     

两轮四足机器人

两轮四兄机器人，是日本研制的一种造型奇特的机器人。它以两个车轮和四足组合，使机器人可以在任何复杂的道路上行走而不受影响。由于此前推出的机器人，欢足行走在不平整的道路上缺乏稳定性。据此，他萌发了研制稳定性更好的机器人。中野教授认为，即使将来研究出更先进的欢足行走机器人，解决了在复杂地形上的行走问题，但由于要增加机器人复杂的运算，不如增加两个轮子更省事，既可保证机器人行走的稳定性、免去了机器人的复杂运算，也提高了行走的速度，可谓简单实用。两轮四足机器人     

基于LIPM的机器人快速行走优化

针对双足机器人,在线性倒立摆模型(LIPM)的基础上,提出了无双足支撑阶段的机器人快速行走优化方法.该方法在当前单足支撑阶段中寻找合适的换足时刻,使前后单足支撑阶段的质心位置与速度相匹配,达到了消除双足支撑阶段,提高行走速度的目的.在NAO机器人上进行对比实验发现:采用优化后的行走方法,机器人行走速度得到了明显提升.     

基于线性耦合振荡器模型的仿人机器人步态规划算法

在采用线性耦合振荡器模型的仿人机器人步态规划中,振荡器部分参数依靠手动调整难以获得能稳定行走的值,故提出了一种优化振荡器参数的算法以改善整个步态规划方法.将机器人的步行速度、行走过程中的质心振动幅度和ZMP(zero moment point)曲线的回绕率组合起来作为优化目标,定义并选定ZMP稳定裕度为约束条件,采用带约束的非线性优化方法作为求解工具,在部分参数固定的情况下,计算得到线性耦合振荡器部分参数的最优值.仿真结果表明,优化方法选择的参数能在保证较大ZMP稳定裕度的情况下实现机器人的快速步行.在DARwIn-OP仿人机器人开放平台上进行的步态规划实验结果表明,优化得到的线性耦合振荡器参数能保证仿人机器人以较大速度稳定行走.     

人车碰撞事故的行人初始状态研究

为进一步提高人车碰撞再现的逼真度,研究碰撞前行人初始状态及相应的仿真实现方法,提出一种基于行走的行人假人的事故再现方法.该方法利用行人多刚体仿真模型,计算行人行走过程的动态响应,并以此确定事故再现所需的行人姿态、速度等参数.通过对一起真实事故的研究,应用不同的行人初始状态确定方法进行人车碰撞仿真,分析了不同方法对再现结果的影响.     

基于足底压力传感器的能耗建模实验研究

考察足底特殊解剖学结构部位压力传感器的压力数据以及衍生变量，分析其与人体运动速度以及能耗之间的相关关系，并建立回归模型．选取20名健康男性大学生志愿者，以不同速度在跑台上行走，每一速度测量时间至少6min，测量每一速度下2min的足底压力数据以及稳定状态下2min的能耗数据．整个足底压力的峰值以及峰值斜率，足底第三趾跖关节处的压力峰值以及峰值斜率与运动速度以及能耗具有较高程度的线性相关关系．足底压力峰值斜率是估算人体行走速度以及能耗的比较敏感的指标．     

富钴结壳采集头工作参数优化设计

在6km水下采集富钴结壳，其能耗是一个突出的问题．以采集头的行走速度、滚筒切割速度、切削深度及截齿的截线距为设计变量，以采集头最小切削能耗为目标，建立了采集头工作参数优化设计模型．设计模糊控制器嵌入到遗传算法中控制交叉率、变异率的自动调整，利用模糊遗传算法对模型进行优化，得到最优切削深度、截齿的截线距、采矿车行走速度、采集头切割速度及最小功率分别为3．0993cm、5．5979cm.0.2889m／s、0，3535m／s和149．6229kW．水池试验证明优化结果令人满意，图6，表2，参8     

均匀剪切流中粒子无规行走的分子动力学模拟研究

应用分子动力学模拟方法模拟了均匀剪切流,计算出不同均匀剪切流无规行走位移曲线,计算无规行走拟合曲线斜率。计算结果表明,在相同时间条件下,速度梯度越大,x轴方向无规行走曲线斜率增大,y轴z轴两个方向的无规行走曲线斜率越小。而同一剪切率下的y轴无规行走曲线与z轴无规行走曲线斜率的差别不大。在x轴方向分子无规行走位移的方均值与时间t的三次方成正比;在y轴、z轴方向分子无规行走的方均值与时间t成正比,分子扩散系数随着速度梯度增加而呈线性减小。     

负载横移扰动下人体步态频率变化特性

为了研究人体行走时适应负载横向动态干扰的机制,从而设计可靠的穿戴式机器人辅助策略,提出采用基于双自由度受迫振动模型构建人-负载耦合系统。基于机械振动原理分析人-负载耦合系统特性,给出不同行走频率对人和负载位移的影响,提出人体通过调节行走频率适应负载横移扰动影响的假设;搭建负载横向动态干扰人体行走实验平台,获得实验对象无负重行走以及负载横向扰动下的肌肉协同特征及腿部激励频率,并与仿真结果进行对比分析。实验结果表明：负载横移扰动下人体行走是一个适应性调整并最后进入动态稳定的过程。其中,在负重情况下的人体上肢躯干摆动幅度比无负重情况下摆动增幅大60%,人体通过调整行走频率以及相关肌群肌肉协同策略来减少负载横向动态干扰带来的上肢躯干摆动影响。在负重情况下,不同行走速度的步态频率均趋向于人-负载耦合系统的固有频率,设定常速频率与固有频率相同,慢速下行走到达稳态时腿部激励频率上升4.30%,快速下腿部激励频率下降2.71%,负重下的行走控制策略与无负重下的行走控制策略相比发生了改变,以适应负载横移扰动带来的影响。     

新型压电行走机构的行走特性

压电行走机构是利用压电陶瓷逆压电效应和谐振特性,将电能转化为机械能的一种新型驱动装置。为避免惯性、摆动、两足移动式压电行走机构运动形式单一问题,研制了一种新型的压电行走机构振动测试系统。通过实验获得了驱动电压、谐振频率、负载载荷、振动角等诸多因素对机构行走速度和在沿行走方向上的驱动力的影响规律。分析显示,行走机构在滑移状态下,行走速度出现最大值,运行平稳;行走装置的后足设置行走轮时,行走状态最好。实验结果为压电行走机构驱动控制系统的设计提供了必要的数据依据。     

欠驱动双足机器人稳定行走控制与策略

为了解决欠驱动双足机器人行走的控制问题,提出一种欠驱动平面双足机器人稳定步行控制方法和策略.首先,分析带有身体惯量的倒立摆模型的动力学特性,根据动力学模型和姿态信息,设计姿态稳定控制器,维持机器人身体姿态的稳定.然后,根据欠驱动量的动力学方程和行走速度反馈,设计行走速度稳定控制器.通过调整摆动腿步长的策略,实现速度稳定的连续行走.最后,在双足机器人上开展实验,验证了该控制方法和策略的有效性.     

爆炸物在不平路面激励下的振动分析

以华南理工大学自主研制的履带式排爆机器人为对象,研究排爆机器人在不平路面行走时对爆炸物所引起的冲击和振动,建立了排爆机器人终端机械臂的动力学模型,通过Matlab软件分析了爆炸物在不平路面激励下的振动特性及其对爆炸物稳定性的影响.仿真结果表明,行走速度是影响爆炸物稳定性的一个重要因素,当机器人在不平路面上行走时,其行走速度保持在0.8m/s以下较为安全.     

函数的单调性和极限在淋雨模型中的应用

通过建立数学模型,对一些现实生活中习以为常的问题进行了定量分析,往往可以使我们更好地把握事物的规律和本质.人们通常认为在雨中的行走速度越快淋的雨就会越少,然而本文利用函数的单调性和极限所建立的淋雨模型讨论行走速度快慢对淋雨量的影响后发现,在不同的情形中,行走速度与淋雨量之间并不都是单调递减的关系,有时也可能是单调递增的关系.     

人群-桥梁耦合振动研究及参数分析

根据交通流和生物力学的研究成果,将人体视为具有质量、刚度、阻尼的两自由度系统,建立了人群过桥时人群-桥梁耦合系统的动力学模型,分析了人群对耦合系统动力特性的影响,研究了不同行走模式时人群-桥梁耦合系统的动力响应和人致振动参数敏感性.结果表明:人群使耦合系统产生了附加振型;人群集度和位置对耦合系统的动力特性影响较大;行走人群对桥梁动力响应的影响主要取决于人群行走的频率是否与结构竖向基频相接近,以及人群行走步调是否相接近;人群集度和行走速度对人群-桥梁耦合系统的动力特性均有不同程度的影响.文中模型避免了计算人群与桥梁的耦合振动时参数取值的任意性.     

人行走过程的物理分析

从人能否匀速行走,人行走过程中所受的摩擦力、功能关系以及人所受的摩擦力与动量的关系四个方面,分析了人行走过程,澄清了有关错误的概念,指出了有关文献中的不妥之处.