上肢伸展姿势预测研究进展

对上肢伸展姿势进行实时预测是工效学领域人体模型需完成的重要功能之一。迄今尚无公认的最优方法。该文主要介绍了启发式算法、非线性优化方法、伪逆方法、几何算法和行为的逆向运动学方法等预测方法及其特点。最后作者指出了目前上肢伸展姿势预测方法存在的不足以及研究方向。     

考虑三维圆柱铰间隙碰撞的空间机构柔性多体动力学分析方法

三维圆柱铰的动态性能对空间机构的运动精度和动力学特性有着重要的影响。基于多体动力学方法和刚体有限元方法,提出考虑三维圆柱铰的间隙碰撞和动态接触作用的空间机构柔性多体接触动力学方法。采用圆柱-圆柱的线接触力学模型和切片法,计算圆柱-圆柱的接触变形量和接触力,建立三维圆柱铰的轴销与轴套之间的间隙碰撞作用和三维动态接触关系。以等效刚体单元和Timoshenko梁单元描述柔性杆件的刚性有限元模型,建立柔性连杆和三维圆柱铰的具有多刚体系统的统一形式的动力学方程。计算分析了含三维圆柱铰的空间机构的运动精度和动力学特性,获得空间机构的位移响应,三维圆柱铰的相对运动轨迹和动态作用力等动力学响应。采用三维圆柱-圆柱动态线接触方法,能有效地预测空间机构系统的三维圆柱铰持续接触、间隙碰撞状态和摩擦作用下的动力学特性。计算结果表明三维圆柱铰的间隙碰撞作用对空间机构的运动精度和动态特性的影响较为显著。动力学模型和计算结果对复杂工况下高精度多间隙的空间机构的动态设计和动力学研究具有重要的理论意义。     

基于三转动并联机构的茶叶筛分装置运动学性能研究

 根据片状茶叶筛分的功能需求,引入三维转动并联机构作为茶叶筛分机构．首先建立3-UPS-S型并联机构运动学模型,进行工作空间、灵巧性及奇异性分析．根据该机构在筛分工作空间存在的奇异位形,通过添加冗余驱动方式消除机构奇异性,改进原机构得到4-UPS-S茶叶筛分并联机构,并对其灵巧性及筛分运动轨迹进行求解．分析表明,基于4-UPS-S冗余驱动并联机构的片状茶叶筛分装置具有良好的运动性能,并能实现茶叶分层、分散及透筛的功能,可以满足实际工作需求．     

基于LPV模型的颤振试飞响应预测及激励优化

针对颤振飞行试验中实时监控和试飞效率的需求,基于具有极点约束的频域子空间算法和状态空间插值算法建立线性变速压气动弹性系统局部模型.设计结合模型迭代的颤振试飞速度扩展流程,实现了基于试飞数据的结构响应预测和激励优化.通过仿真算例和实际试飞数据验证预测响应的准确性及激励优化的有效性:预测响应值的精度随着建模数据的累积逐步提...     

基于剩余电流检测的电气火灾监控系统设计

本文就剩余电流产生的原因及检测方法进行了探讨,构建了基于剩余电流监测的电气火灾监控系统,进行了系统硬件的设计,通过现场应用表明了系统具有很强的实时性和准确性。     

基于传热机理的实时冷负荷预测

针对现有冷负荷预测方法不能有效解决动态实时性的问题,提出一种基于传热机理的实时冷负荷预测方法。根据谐波反应法建立针对室外气象因子的实时冷负荷预测简化模型,用最小二乘法辨识模型参数,从而降低计算量。实验结果表明该模型能较好地反映室外气象因子的实时动态性,具有较高准确度。     

数字化多轴向三维编织原理样机及其工艺研究

三维编织预制体是高性能复合材料增强相。三维编织装备的数字化程度决定了三维编织预制体的可设计性、成型精度和可追溯性。为解决传统编织机数字化程度低的瓶颈,本文研制了一种数字化多轴向水平放纱三维编织原理样机。根据步进驱动原理设计实现原理样机的六齿型空心轴拨盘,并通过建立纱线空间运动模型设计制备恒张力水平放置携纱器。采用Visual Studio设计开发基于Windows 7以上64位操作系统的CAE实时控制程序,以STM32微控制器为基础,设计原理样机的下位机硬件控制电路。根据空间运动学原理,在笛卡尔坐标系下建立纱线运动轨迹模型,模拟纱线的运动轨迹,并使用850D聚丙烯纤维进行验证实验。 运用本文设计的编织原理样机进行实验,获得的编织结构与仿真结果吻合的较好 ,证明了原理样机编织多层织物结构的可行性,同时验证了仿真结果的准确性。     

基于多关节反向运动学的清藻机运动仿真

针对水藻以及水浮莲等水生植物对水质污染所造成的生态环境破坏,基于多关节反向运动学,对小型机械打捞装置进行运动仿真。利用CAXA建立清藻机的三维模型,在文件优化和数据交换基础上,利用3ds max软件建立打捞装置各部件的层次链接,并基于多关节反向运动学进行运动仿真和轨迹分析,得到作业过程打捞装置的运动,包括IK链的位置轨迹和耙爪的运动轨迹。此方法适于机构运动轨迹的设计、编辑及优化等交互性强和实时性要求高的任务。     

静态双手拉车作业的肌肉疲劳分析与MET建模

目的为分析静态双手拉车作业肌肉疲劳的发展情况。方法设计双手拉车模拟试验,9名大学生参加试验,通过测量试验前后被试双手拉力大小(MVC、F),并记录试验时间(MET)和主观疲劳评价值(RPE),探讨两种脚部姿势下静态拉力作业肌肉疲劳发展过程;并依据试验数据建立疲劳的MET预测模型。结果拉车作业使双手的拉力显著下降;脚部姿势仅显著影响下肢RPE,对MVC、MET、F以及上肢和腰部RPE影响不显著;前腿的疲劳感显著高于后腿;所建MET预测模型与现有模型具有一致性,其预测值与实测值偏差较小。结论静态双手拉车作业会产生肌肉疲劳;脚部姿势对拉力大小不产生显著影响;所建MET模型能反映静态双手拉车的肌肉疲劳发展,能为设计拉车作业任务提供针对性依据。     

空间三维非接触式多点触摸系统的设计与实现

针对现有大屏幕触摸定位系统必须通过接触屏幕表面实现触摸控制,而且难以识别触摸体的颜色、大小和形状,更难识别操作者的手势动作意图,设计一种空间三维非接触式多点触摸定位的人机交互系统,能够识别空间和大屏幕表面多个触摸体的运动轨迹、颜色和形状,实现在二维和三维显示屏上写字,模拟鼠标操作,还能够对显示内容进行缩放、旋转等多种手势输入识别。本系统成功实现在大屏幕前方空间三维区域内非接触式的触摸控制。     

一种改进的运动目标跟踪方法

为解决障碍物在三维目标跟踪中产生的遮挡问题,使用基于光流法和立体视觉的目标跟踪系统,同时结合自适应滤波方法来预测跟踪目标三维速度的期望值。采用模糊控制系统解决不同速度的耦合问题,通过计算跟踪算法与预测算法的速度差值来判断运动目标是否受到遮挡。实验结果表明:在确保91.2%识别率的前提下,该算法识别运动目标平均每帧耗时15 ms。该跟踪算法具有较好的鲁棒性和实时性。     

基于模拟退火算法优化BP神经网络的色彩空间转换

目的研究基于模拟退火算法优化BP神经网络对喷墨打印机色彩空间转换预测准确性的方法。方法通过数据归一化处理、模拟退火算法优化BP神经网络的权值和阈值,以获取它们的全局最优解,再用BP神经网络法进行色差预测。结果模拟退火算法优化BP神经网络预测模型测试15次得到色块平均色差达到2.3067,最小平均色差达到0.7892。结论该方法优化BP神经网络精度非常高,对喷墨打印机色彩空间转换具有较好的非线性拟合能力和更高的预测准确性。     

基于肌肉骨骼负荷的上肢姿势不舒适度评价方法

针对通过主观评价建立的人体姿势不舒适度评价方法的应用效果不理想的问题,提出了基于肌肉骨骼负荷的上肢姿势不舒适度评价方法(Upper Limb Posture Discomfort Assessment Method Based on Musculoskeletal Loads,UAML)。根据人体关节负荷大小、肌张力收缩程度与人体姿势不舒适度之间的因果关系,应用DELMIA人机工程软件进行了人体关节负荷仿真实验,测量了虚拟人在不同人体姿势下关节力矩的变化情况,利用MP150生理记录仪测量了一组受试者在不同人体姿势下的表面肌电特性。对关节力矩数据和根据相关肌肉横截面积加权计算得到的肌电数据进行了归一化处理,利用回归分析的方法建立了以关节动作角度为变量的关节动作不舒适度模型,运用模糊综合评价的方法对关节不舒适度和上肢姿势不舒适度进行评价,将提出的评价方法应用到实际,与快速上肢评价法的评价结果相比,验证了其可靠性。     

基于相对密度核估计的实时剩余寿命预测EI北大核心CSCD

为更加准确评估系统运行过程中的实时剩余寿命,提出一种基于自适应相对密度核估计的实时剩余寿命预测建模方法。首先,建立非参数核密度估计剩余寿命预测模型,引入样本点k近邻思想计算样本点的相对密度自适应选择窗宽来提高在稀疏和密集区域选择窗宽的准确性和合理性;其次,在剩余寿命预测模型的建立上利用空间映射的方法建立相对密度核微分同胚变换方法来解决核估计在预测中的边界偏移问题,从而提高预测准确度。随着监测数据的实时变化,利用已知样本的核密度估计来递推更新得到新增样本的核密度估计。最后,通过算例分析来验证该方法的有效性和准确性。     

面向脑卒中患者的上肢康复产品人机工程设计

目的 为提升脑卒中患者的康复体验,帮助患者上肢恢复,围绕患者的人机要素展开设计研究。方法 首先,对脑卒中患者的生理和心理特征进行分析,剖析病患显性和隐性障碍,并调查上肢康复产品使用现状,分析总结现有产品存在的问题,为上肢康复产品提供设计依据;基于人机工程学分析患者的上肢运动特征和信息感知特征,探讨上肢康复产品设计的关键点;依据用户分析和人机分析,从产品尺寸、信息交互、色彩与材质等方面展开设计,为患者上肢康复提供解决方案,并通过对比分析验证设计方案。结果 通过系统研究患者与康复产品的人机特征,设计出符合人体工学的上肢康复产品。结论 从人机工程学角度剖析脑卒中康复产品中存在的问题具有可行性,通过借助其他感官通道能有效解决脑卒中康复产品在人机方面存在的问题,为其他康复产品设计提供参考。     

上肢镜像康复机器人控制策略研究

镜像疗法是促进偏瘫患者上肢运动功能康复的有效疗法,结合镜像疗法的机器人可通过促进双侧运动易化患侧的运动通路。为此,研究上肢镜像康复机器人的控制策略。基于传统镜面治疗方法设计了上肢镜像康复机器人系统,提出了基于参考轨迹的镜像训练。同时提出了基于分段三阶Bezier插值的轨迹优化方法,优化机器人运动轨迹。考虑到患者患侧与机器人的交互需求,开发了由引导力场和约束力场组成的力场控制算法,协调患侧主动运动与镜像训练动作。开展镜像康复训练实验,验证了力场控制算法的良好性能。     

基于3D计算机视觉的鱼类行为分析研究

分析了现有鱼类生物监测系统不能全面精准地检测和描述鱼类的空间位置的缺陷,设计了一种基于3D计算机视觉的鱼类行为分析系统,以实现从三维视角对鱼类进行监测并分析鱼类的运动行为。该系统首先通过自组织背景建模方法对图像中鱼的前景进行提取,然后计算出鱼的质心位置,并由3D视觉装置的几何关系计算鱼在实际三维空间中的位置,通过跟踪得到鱼类运动的三维轨迹,最后根据鱼类运动轨迹数据计算出鱼的游动的速度和角速度,得到鱼类运动行为模式曲线。实验结果表明利用3D计算机视觉对鱼类行为进行跟踪与描述,能为鱼类活动量水平变化及鱼类活动模式改变的定量分析奠定坚实的基础。     

汽车零配件手工装配工位人因分析及改善研究

目的为研究汽车零配件手工装配工位中"人-机-环"不协调的工效学问题。方法以LD公司ST25工位为研究对象,运用模特排时法(MOD)和快速上肢评估法(RULA)对作业姿势和工作台进行人因风险识别和评估。结果工人在操作中上肢存在高频率重复性远距离抓取的强迫体位,且下肢伸展受阻,为患肌肉骨骼损伤(WMSDs)的潜在风险部位;工作台无照明是导致工人颈部前倾的关键因素。基于以上分析,重新设计该工位物料供给方式,增加了照明装置和脚踏板。改善后物料抓取距离每班减少144 m,下肢不适感明显降低。结论操作台的工效学合理性是汽车零部件生产工人职业健康和工作效率的重要影响因素,该研究策略对同行业在生产工位的工效学改善具有一定的参考意义。     

基于柔性补偿的带柔性铰空间机器人鲁棒控制

研究了载体位姿均不受控制的漂浮基带柔性铰空间机器人工作空间轨迹跟踪的鲁棒控制问题。利用系统动量、动量矩守恒关系及拉格朗日方法,导出了系统的动力学方程。考虑到空间机器人各关节铰往往具有较强的柔性,引入了一种关节柔性补偿控制器,以较好地补偿关节柔性对系统控制精度所带来的影响。之后结合奇异摄动技术,针对系统惯性参数存在不确定的复杂情况,提出了一种空间机器人工作空间期望运动轨迹跟踪的鲁棒控制方案。通过对一个平面带柔性铰空间机器人系统的数值仿真运算,证实了上述方法的有效性。     

三维信息模型协同编辑技术及系统

对现有协同设计系统在协同编辑方面的工作进行研究，在分析它们研究对象和方法的基础上，结合MCAM对大型三维信息模型设计的需要，提出并开发了网络MCAM系统。利用基于“消息”的通信机制，将设计中对三维信息模型的编辑过程包装为网络传输的“消息”，大大减少了网络传输中的数据量，并较好的实现了三维信息模型的协同编辑技术。