利用肌电信号求解关节力矩的研究及应用综述

表面肌电信号(surface electromyography, sEMG)是人体的易于检测的神经信号,其富含大量人体运动信息。利用肌电信号作为输入信号,结合相关生物学模型分析肌电信号同肌肉力和对应关节力矩之间的关系,对于深入理解分析人体动力学具有重要意义。本文详细归纳总结了利用肌电信号求解人体关节力矩方法的研究成果,同时介绍神经肌肉骨骼模型的计算及优化过程,给出部分模型生理参数为之后的研究提供参照,并给出现阶段该方法在人体关节力矩求解中的应用。通过分析该求解过程中所面临的一些问题,总结出该方法的发展展望,为之后的研究提供参考。     

基于肌电信号的上肢多关节连续运动估计

为了建立联系肌电信号与上肢关节连续运动量的一般化模型,首先利用Vicon视觉系统分析了人体上肢的运动特性,然后采集与上肢运动直接关联的肌肉表面肌电信号,并从中提取肌肉活跃度特征;在此基础上,采用主元分析算法对关节运动解耦,并计算决定关节运动的肌肉活跃主元,最后通过拟合高阶多项式构建了映射肌肉活跃度到上肢多关节角度的运动模型.大量的实验结果验证了利用本文建立的模型可以精确估计人体关节连续运动角度,而且本文方法的估计性能优于传统神经网络.     

具有谐波减速器的机器人关节建模与动力学参数辨识

针对串联机器人,提出了一种改进的机器人关节模型,并采用该模型开展了机器人动力学建模与辨识工作。建立了机器人动力学模型,对机器人关节结构进行分析,改进了关节模型,并通过谐波减速器的输入力矩近似估计其摩擦力矩。选取傅里叶级数为激励轨迹并优化其参数,通过控制关节按照所得轨迹运动,采集并处理相关数据,并基于加权最小二乘法分别辨识机器人关节模型参数与连杆动力学参数。通过关节预测力矩对所得参数进行验证,结果表明,基于改进关节模型的机器人动力学模型精度得到明显提升。     

七自由度番茄收获机械手动力学研究

在番茄收获机械手动力特性优化控制的研究中,采用Lagrange法,建立了七自由度番茄收获机械手的动力学模型,获得了机械手力、质量和加速度以及力矩、转动惯量和角加速度之间的关系,并得到了机械手在完成指定运动时各关节驱动器所需要的驱动力(力矩).利用Pro/E和ADAMS建立了机械手的虚拟样机,分别在MATLAB和ADAMS中进行了动力学仿真.结果表明,利用动力学模型与虚拟样机得到的各关节作用力(矩)均呈规律性变化,除关节2和关节4外,各关节力(矩)值是相同的.两种方法得到的关节2和关节4力(矩)的最大相对误差为3.76％,验证了动力学模型的正确性和虚拟样机的可靠性,为番茄收获机械手轨迹跟踪控制提供了动力学模型和基于虚拟样机的被控对象,并为优化设计提供了依据.     

考虑关节柔性的模块机器人动力学参数辨识

提出了一种基于3维运动测量系统Optotrak3020的柔性关节模块机器人动力学模型参数辨识方法.首先将机器人的动力学模型参数化为不包括刚度力矩的线性形式,避免了参数矩阵的标定问题.激励轨迹基于有限的傅里叶级数函数,采用自适应遗传算法得出了优化的傅里叶级数系数.机器人每一关节单独跟随优化激励轨迹进行运动,同时电机位置、...     

基于支持向量机的外骨骼机器人灵敏度放大控制

为了准确控制外骨骼机器人跟随人体运动,需要建立其动态、精确的数学模型;人体下肢外骨骼是一个多自由度、强耦合以及非线性的多连杆系统,难以建立准确的运动学和动力学模型;文章使用三维运动捕捉与空间定位系统,获取实际人体运动参数(运动学与动力学),应用支持向量机(SVM)学习人体下肢外骨骼的数学模型;基于该模型构造基于支持向量机模型的灵敏度放大控制方法;文章使用MATLAB和LIBSVM建立外骨骼下肢机器人的数学模型,并进行仿真分析;仿真结果表明基于SVM的模型学习方法,能够准确计算出人体下肢外骨骼的动力学模型,并简化建模过程;基于SVM的灵敏度放大控制,能够有效计算出人体下肢外骨骼各关节(髋关节、膝关节、踝关节)的输出力矩,并控制外骨骼机器人跟随人体运动。     

复式套索人工肌肉驱动的下肢外骨骼的运动控制

设计了复式套索人工肌肉驱动的下肢外骨骼系统,并研究了外骨骼关节精密运动控制问题.首先,介绍了复式套索人工肌肉驱动的下肢外骨骼系统.其次,建立了复式套索人工肌肉的传递模型,并基于拉格朗日法建立了下肢外骨骼动力学模型.然后,基于该动力学模型提出了一种滑模控制方法.进行了滑模控制与比例-微分(PD)控制外骨骼膝关节运动的对比实验,证明了该滑模控制算法具有更高的运动控制精度.最后,完成了下肢外骨骼的被动训练实验,其关节角度跟踪误差低于3.78?.     

基于ZMP的仿人机器人跑步运动模式

采用小车-曲面桌子模型,提出了一种基于零力矩点(zero moment point,ZMP)的仿人机器人跑步运动模式.在单腿支撑阶段和飞行阶段,分别规划了仿人机器人的质心运动轨迹和双脚运动轨迹.在单腿支撑阶段,求解根据小车-曲面桌子模型建立的动力学方程,依据小车的运动轨迹规划出仿人机器人的质心轨迹;在飞行阶段,仿人机器人质心可看作抛物线运动,质心轨迹可通过水平方向上的匀速运动和竖直方向上的自由落体运动轨迹表示.分析了双脚与地面接触时的力及力矩约束.通过改变ZMP调整身体的倾斜角度,保持身体动态平衡.同时根据动力学方程分别求解出踝关节及其他关节的关节力矩.仿真实验结果表明:仿人机器人跑步时各关节角度和关节驱动力矩变化稳定,能够实现稳定的跑步,验证了方法的有效性.     

蹲起时助力外骨骼驱动及人机耦合作用驱动补偿

针对由于关节驱动特性不明而造成助力外骨骼蹲起不顺畅的问题,为增强人机交互性及助力外骨骼蹲起可靠性,对蹲起时助力外骨骼的关节驱动及人机耦合作用下的关节驱动补偿进行了研究.通过人体数据采集实验及非线性数据拟合,得到各关节运动学方程.建立了蹲起时的人机耦合动力学模型,研究了关节驱动特征,发现膝关节的驱动特征及其波动性远大于踝关节和髋关节;膝关节驱动力矩与角加速度耦合性强;只在蹲起前半段,系统重心迁移对膝关节驱动有较大影响.根据关节驱动特征的研究结果,膝关节采用双作用线性液压缸进行驱动,与此同时人机耦合作用力可以补偿踝关节部分驱动力矩及髋关节全部驱动力矩.     

5R实验机器人动力学仿真结果分析

本文对5R弧焊机器人动力学进行了仿真研究,让焊枪分别在50秒和2秒的时间内走完一条2米长的直线段,从而得到了在作弧焊运动和点位运动时机器人前三个关节的仿真结果.通过对仿真结果的理论分析和比较,对关节力矩中的静力矩和动力矩所占的比例进行了定量研究,对重锤的平衡效果、关节力矩与电机力矩之间的关系以及它们与关节加速度之间的关系作了分析.在此基础上,本文对机器人的工作性能作了评价,并对如何进一步改进结构设计提出了具体措施.     

仿生机器鱼的动力学仿真

仿生机器鱼的研究受到各国越来越多的研究工作者的重视,并取得了一定的成果.本文着重研究了仿生机器鱼的尾鳍的动力学并建立了仿生机器鱼的运动模型,并对该模型进行了计算机仿真,研究探索了仿生机器鱼的前进速度与尾鳍摆角、摆动频率、摆动幅度之间的关系.     

多种燃料锅炉效率曲线的辨识方法

多种燃料锅炉的运行优化是钢铁联合企业节约能源的一个主要方法,但是这种锅炉的效率曲线的辨识却是一个复杂而困难的非线性最小二乘问题。借鉴大系统递阶算法的思想,本文提出了一种新的两级递阶辨识的算法。这种算法通过预估关联量,将非线性最小二乘问题转化为两级线性最小二乘问题。实验的结果证明:这种算法是一种有效的算法。     

多台电轴系统稳定性区域之扩大

刘永清在[1]、[2]中研究了疏松桂提出的多台电轴系统的稳定性,本文应用标量函数分解法,从如何寻求尽可能大的稳定域的观点出发,研究了电力拖动自动控制系统中带平衡机的n台电轴系统的稳定性,扩大了参数稳定性区域,并给出渐近稳定性区域估计式。     

智能优化策略的比较

智能优化是从诸多新兴学科衍生出来的前沿科学，本文研究了智能优化的策略，对计算智能策略进行了分析比较，并举出了在工程实践中用这些策略进行智能优化的实例，从中得出有意义的结论。     

PERCEPTION OF AREA OF INTERPOLATED FIGURES

The area perception of incomplete (interpolated) geometric figures is studied. The obtained data are discussed in order to compare them with the results of our previous experiments where complete figures were studied. The results of the present experiment support the validity of the model of area perception that is based on the concept of image function. The different contributions of the perceptual processes as well as of the cognitive processes to the area estimation are discussed.     

并发代码的继承问题

文献[1]提出了一种新的刻划并发行为的方法.本文继续讨论这种方法在面向对象的程序设计中是如何解决并发代码在继承过程中的冲突问题的.     

溴代胞嘧啶对三螺旋DNA稳定性的影响

研究了三螺旋ＤＮＡ中胞嘧啶被５－溴有包嘧啶取代后的稳定性问题。通过建立ＣＧＣ、ＣＧＢｒＣ,ＢｒＧＣ和ＢｒＣＧＢｒＣ４种模型。并２ＩｎｓｉｇｈｔⅡ软件包中的Ｄｉｓｃｏｖｅｒ程度进行计算模拟,骼５－溴胞嘧啶取代三螺肇ＤＮＡ分子中的胞嘧啶后,整个分子的稳定性与有所降低。同时,当用５－溴胞嘧啶取代三螺旋ＤＮＡ不同链上的胞嘧啶时,被取代链的碱基堆积能显著增高,导致分子人稳定性降低,但被取代链和相邻链同相互和     

一元n次多项式根的展开公式及其求根算法

本文获得了一元n次复系数多项式根的展开公式，给出了求出方程的任意精确根的一个新的算法。利用该算法，可以用求根公式得到任意精度的初始值，用一个公式可以计算出全部的根。     

人体三围特征计算的研究与实现

文中提出了一个基于多边形逼近和凸包球取的人体三围特征计算方法。首先给出了一个具有确定性的高效的多边形逼年算法，运用该算法对人体横截面边界进行特征化处理，再通过特征识别抽取人体三围的特征多边形，最后通过计算凸包的方法获取人体三围特征值。文中提出的方法已运用于一个综合化的服装ＣＡＤ系统中。     

计算机仿真系统的可信度评估

相似理论是计算机仿真的基础,它在建立仿真模型、仿真可信性评估等方面都有很好的指导作用,在文中分析相似理论中的序结构定律的基础上,将序结构定律运用于计算机仿真系统的相似评定中,并给出了具体的算法。对如何评估仿真系统的相似度问题,在理论上作了一定的研究和探讨。