人体上肢运动的雅克比矩阵与灵活性分析

为了解人体上肢的运动学属性和操作能力,结合上肢解剖结构分析和国际生物力学学会提出的上肢运动描述方法,建立了人体右侧上肢的运动学模型.该模型包含了胸锁关节、盂肱关节和肘关节的运动,并将肩锁关节与肩胛胸壁关节的运动等效为上肢带骨运动.根据人体上肢关节的运动耦合关系推导了上肢关节与腕点间的速度雅克比矩阵,并对人体右上肢在冠状面、矢状面和水平面内的运动灵活性进行了分析.结果表明:影响腕点运动的独立关节参数少于上肢自然运动轴的数目,对应于上肢抬升角取值域的变化,雅克比矩阵有3种不同的结构形式;上肢在冠状面、矢状面和水平面内运动时,伸展位形区域的指标值小于屈曲位形区域的指标值,在屈曲位形区域人体上肢具有更好的运动灵活性.     

基于粒子群算法的可重构模块化机器人速度约束下轨迹规划

针对可重构模块化机器人速度约束下的时间最优轨迹规划进行研究.首先利用旋量理论实现模块化机器人运动学方程的自动生成,并在此基础上利用3-5-3多项式插值进行机器人的轨迹规划.由于可重构模块化机器人系统刚性差、在高速运动时会产生较大振动,需要对运动速度进行约束,本文利用粒子群算法对速度约束下的插值时间进行优化,使得机器人在速度限制下实现运行时间最优.最后通过仿真实验得到机器人角度、加速度以及角加速度曲线并进行分析,证明了方法能有效地实现速度约束下的最优轨迹规划.     

基于电磁跟踪系统的人体上肢运动测量

根据人体上肢的特点将其运动简化为7自由度的刚体运动，利用电磁跟踪系统对人体上肢的运动进行测量。建立了固连在上肢上的关节坐标系，提出了通过电磁跟踪系统各个传感器得到的数据计算关节旋转矩阵的算法，从而可以计算出上肢运动时的关节运动数据。     

人体上肢辅助康复训练设备的开发

开发了能够帮助上肢瘫痪患者逐步恢复上肢运动功能的上肢辅助康复训练设备.通过编写上肢动作组控制该设备模仿正常人体上肢动作,以此带动患者上肢的康复运动.在设计上肢动作时,参考人体医学相关知识和人体生理结构特征,获得上肢运动的极限位置信息,在此基础上进行机械结构设计和选材.控制系统采用高精度、大扭力舵机.实验结果基本符合人体上肢康复运动规律.     

一种基于标记点的人体上肢运动检测方法

采用基于普通摄像机的多维摄像分析系统对人体运动参数进行测量,需要研究位于人体上相应部位的标记点与选定的参考坐标系之间的关系,进而得到标记点在参考坐标系中的运动特性,并对人体运动进行评估。本文通过对人体上肢运动模型的研究,并结合摄像测量系统,给出了一种基于普通摄像机的人体上肢运动参数求解方法。     

一种基于平面交叉口的浮动车数据轨迹重构方法

通过一种根据车辆运动列簇特征,提取同一运动列簇的多辆浮动车的运动轨迹的方法对平面交叉口的浮动车数据进行轨迹重构处理,为后续对交通信号灯配时估计提供数据准备.该方法简单,易于操作,不需要利用复杂的算法或模型去实现.首先,通过分析车辆的运动过程来提取车辆的运动特性,再根据车辆的运动特性,从空间和时间的角度对车辆的运动轨迹进行分析,对平面交叉路口的车辆轨迹进行分流处理,从而得到重构的车辆轨迹序列.选取了2个不同类型的平面交叉口数据为实验示例,实验结果表明,该方法能够有效地对平面交叉口浮动车轨迹进行重构.     

基于安全性考虑的五自由度外骨骼式上肢康复机器人自适应控制

针对一类具有特殊安全性要求的五自由度外骨骼上肢康复机器人,研究了一种自适应控制策略。该机器人协助患者的肩、肘、腕关节进行关节运动,以达到上肢运动功能康复的目的,因此,在整个康复训练中如何保证患者安全是机器人控制策略的重点。为确保良好的跟踪性能,所提出的控制策略具有在模型不确定条件下的鲁棒性;为进一步提高系统在大参数变化以及执行器故障时的安全性能,提出了一种在线更新的自适应控制器。该控制器仅需要进行位置测量实现输出信息反馈,而速度和加速度通过观测器估计得到,不需要依靠其他传感器信息。设计了一个参数可调和有界误差的轨迹跟踪实验,仿真结果验证了本控制方案的有效性。     

AUV模型解耦水平运动多控制器联合控制

为了解决自治水下机器人(AUV)的水平面轨迹跟踪控制问题,提出一种基于解耦模型的多控制器联合控制方法.建立AUV水平面三自由度运动模型并进行模型解耦,将每个自由度都只保留主变量,模型中的交叉耦合项和模型不确定性都当做外干扰项来考虑;对解耦后的AUV运动模型进行轨迹跟踪控制器的设计,针对AUV各个自由度的特点,为轴向和侧向运动设计自适应反演滑模控制器,为艏向运动设计带有干扰观测器的自适应终端滑模控制器;通过公式推导,利用李雅普诺夫理论证明了系统稳定性和误差的收敛性.仿真实验证明:所设计的轨迹跟踪控制器具有较强的鲁棒性能,系统能够实现对平面轨迹的精确跟踪且能够在规定的有效时间内实现对艏向角的精确跟踪.     

基于自适应Chirplet分解的偏瘫肌强直症状评估

为对偏瘫患者的痉挛性肌强直症状进行定量评价,设计了一种基于自适应Ch irp let(线性调频小波)分解的表面肌电信号处理方法。采集了15例偏瘫患者在上肢单关节神经康复机器人上做肘关节被动屈伸动作时肱二头肌的表面肌电信号。通过比较不同患者的最优Ch irp let时频参数,量化评价患者肌强直症状。结果表明:通过该方法得到的患者在出现肌强直症状时的肌纤维放电时间与患者相应的简式Fug l-M eyer运动功能评价(上肢)分数存在较好的线性关系,可以从一个方面反映偏瘫患者患侧上肢的运动功能。     

基于自适应Chirplet分解的偏瘫肌强直症状评估

为对偏瘫患者的痉挛性肌强直症状进行定量评价,设计了一种基于自适应Chirplet(线性调频小波)分解的表面肌电信号处理方法。采集了15例偏瘫患者在上肢单关节神经康复机器人上做肘关节被动屈伸动作时肱二头肌的表面肌电信号。通过比较不同患者的最优Chirplet时频参数,量化评价患者肌强直症状。结果表明:通过该方法得到的患者在出现肌强直症状时的肌纤维放电时间与患者相应的简式Fugl-Meyer运动功能评价(上肢)分数存在较好的线性关系,可以从一个方面反映偏瘫患者患侧上肢的运动功能。     

Research on and Design of Mechanical System with Optimal Cutting Movement Trajectory of Energy-Saving Stone-Sawing Machine

The technique of cutting slabstone with stone-sawi ng machine is analyzed completely. A new kind of cutting movement trajectory is gi ven whose actual cutting efficiency is near to 100%. It can reduce the energy w earing greatly, and the surface quality of the product is improved to the utmost extent. The design mechanism of the optimal cutting movement trajectory system structure is analyzed incisively. At the same time, the principle of the complex movement of horizontal movement and swing is resear...     

轻型抓取机器人的优化设计与路径规划

针对一种轻型抓取机器人,对其进行了构型优化设计和相关工作路径的研究.在各臂旋转到同一条直线上时,以对各个关节的转动惯量最小为优化目标,得出轻型抓取机器人各臂的最优臂长,并针对抓取时的稳定性进行了设计.运用三次多项式对机器人的点到点运动和有中间点的运动进行了轨迹规划,得到了各个关节的位移和角速度方程,并用实例进行了计算.利用Matlab Robotics工具箱对轨迹规划的结果进行了验证.     

三维水平井轨道设计最优控制模型改进的进化规划方法

针对三维水平井井眼轨道设计问题 ,建立了一个非线性最优控制模型。该模型以设计轨道总长度最短为性能指标 ,以非线性动力系统为约束条件 ,通过对非线性动力系统积分 ,将最优控制模型转化为一个非线性规划问题求解。为了求非线性规划问题的全局最优解 ,在附加一个目标函数小于当前目标函数值的约束条件下 ,用改进的进化规划方法寻找新的可行点策略 ,提出了一种新算法。将非线性最优控制模型及算法应用到实际水平井轨道设计中 ,数值结果证明了该模型及算法的正确性和有效性     

基于协作机器人仿真环境的关节轨迹预测方法

安全在人机协作过程中是至关重要的,必须实时掌握人的行为信息,并进行准确高效的预测。本文基于Linux和ROS系统搭建仿真环境,通过Xtion PRO LIVE深度相机采集多组人体关节的空间位置信息,然后通过无监督学习方法对采集到的坐标点进行聚类和预测,实时更新预测模型,并基于minimum-jerk对特殊异常轨迹进行预测。为了充分保证人的安全,主要研究手部和肘部运动轨迹的预测方法。最终实验结果证明,本文所提出的分层轨迹预测框架可以很好的描述人体运动轨迹,并实时做出准确的预测,不仅保证了人体安全,而且对于提高生产效率具有重要意义。     

弹体斜侵彻多层间隔混凝土靶实验和数值模拟

为研究弹体侵彻多层间隔靶的弹道稳定性问题,设计了钢筋混凝土多层间隔靶,开展了弹体斜侵彻实验,通过高速摄影运动分析系统,得到了弹体侵彻多层靶过程的弹道变化参数.采用LS-DYNA软件,再现了弹体侵彻多层靶实验过程,得到的弹道变化参数与实验结果吻合较好,验证了本构模型的可靠性.同时,数值模拟研究了不同半锥角对尾裙弹体侵彻多层靶稳定性的影响规律,得到了弹道稳定的尾裙弹体最优半锥角.      

Trajectory Optimization and Motion Simulation of a Flexible Polishing Industrial Robot for Watchcases

To optimize the working time of the flexible polishing industrial robot for watchcases, the polishing efficiency should be improved. Based on the quintic B-spline fitting curve trajectory planning method associated with the optimal time interval and the trajectory point angle, the trajectory route of the flexible polishing industrial robot for case parts was optimized by the Matlab software. The operation time of the flexible polishing industrial robot could reach the optimal level. The joints of the robot can be cooperated with each other to ensure that the motion track of the end-effector of the robot arm is closer to the expected motion track. Based on the Adams software, the obtained trajectory curve of multi-objective optimization was simulated, which verified the trajectory fitted after multi-objective optimization. The angular acceleration and angular plus acceleration curves were improved. Theoretical guidance was carried out for the subsequent experiment by Matlab and Adams simulation analysis.     

第49届世界体操锦标赛女子平衡木成套动作编排特征

对参加第49届世界体操锦标赛平衡木决赛的8名运动员的成套动作编排进行深度系统解析,探讨平衡木成套动作的编排特征及发展趋势.结果表明:1)平衡木的D分、E分均呈上升趋势,并朝着高难度、高完成质量和高艺术性的方向发展;2)上法动作难度有所加大,成功率高的D组难度动作仍是运动员的最佳选择,技巧类上法动作颇受运动员青睐;3)木中单个动作的比例下降,跳步、技巧类动作呈现多样化趋势;木中连接动作占比较大,混合动作连接逐渐占据主导地位,"D+C+C,D+D+C,D+D+B"动作组合是木中连接动作的发展趋势;4)下法编排多样化,单个动作的下法被淘汰,踺子接空翻转体类的高难度技巧动作依旧是主流下法动作,美国选手拜尔斯"后手翻+后手翻+旋儿"的三连接将引领下法向更高难度方向发展.     

球状风化花岗岩边坡滚石灾害防护设计研究

以闽东南典型球状风化花岗岩边坡滚石灾害为对象,采用工程地质分析与数值模拟相结合,研究边坡滚石的运动轨迹、停滞概率和冲击特性等成灾规律;模拟分析坡形坡率优化、平台缓冲介质和滚石拦挡措施的减灾机理和工程效果;最终提出一套系统的边坡滚石灾害防护设计方案.     

终端区4D飞行轨迹预测与冲突预警

为提升终端区飞行轨迹预测精度,实现航空器短时冲突预警,建立一种基于孪生支持向量回归的终端区4D飞行轨迹预测模型。对历史飞行轨迹应用重采样算法,降低轨迹数据规模;利用墨卡托投影将轨迹点经度、纬度与高度化为x-y-z坐标,采用孪生支持向量回归算法学习预测模型,实现短时航空器飞行轨迹动态预测;计算两架航空器水平、垂直距离,建立航空器冲突预警指示函数;对孪生支持向量回归算法进行超参数灵敏度分析,分析各超参数对模型预测效果的影响。根据机场真实数据进行仿真实验,证明：基于孪生支持向量回归的4D飞行轨迹预测模型能够准确捕捉航空器运动趋势,且泛化能力强;所提模型x-y-z坐标预测均方根误差是BP神经网络预测结果的32%,35%和61%,单次预测计算用时减少约0.13 s。