水力自动翻板闸门的瞬心轨迹及其对稳定性的影响

分析了连杆滚轮式水力自动翻板闸门的运动轨迹,并由此得出闸门动、静坐标系间的转换关系.结合翻板闸门的运转机理,探讨了闸门在运行过程中的瞬心轨迹线及其对闸门稳定性的影响.结果表明,通过优化闸门结构可调整"瞬心"的位置,保证闸门运转的稳定性.

速度瞬心轨迹与运动初瞬时加速度瞬心

从刚体平面运动的速度瞬心轨迹出发,推导得到在刚体由静止开始运动的初瞬时加速度瞬心与速度瞬心重合,可用于解答运动初瞬时刚体平面运动的动力学问题.

瞬心轨迹不连续的人工膝关节仿生机构

人体膝关节的运动是一个复杂三维的运功,其运动既有滚动也有滑动,并且滚动滑动是按一定的比率进行的,其运动的瞬心线并不连续。目前常用的连杆式人工膝关节机构的瞬心位置越高其站立期的静态稳定性越好,但是其摆动期的动态稳定性降低,两者互为矛盾。针对此问题,设计了一种瞬心不连续的人工膝关节仿生机构,并且对其进行分析,推导出其实现纯滚动、纯滑动及滚动和滑动并存的连接条件。该人工膝关节机构有时变瞬心,可以同时具有较好的静态稳定性及动态稳定性,较好的解决目前人工膝关节动态稳定性和站立时的静态稳定性相互矛盾的问题。

反平行四边形机构瞬心轨迹的探讨

本文是利用两曲柄线方程,建立连杆瞬心的坐标,用它描述瞬心轨迹(瞬心线)。文中对于连杆瞬心轨迹从理论上作出全面论述,并指出现有论证方法和得出轨迹为椭圆尚有欠妥之处,为机构运动设计和计算提供了正确的理论依据。

平面运动刚体两类瞬心轨迹之间关系的探讨

首先阐述了刚体运动的列阵-矩阵描述方法,然后在阐明刚体瞬心及两类瞬心轨迹等概念的基础上,经过简洁的数学推演,给出了平面运动刚体的动瞬心轨迹与定瞬心轨迹在固定坐标系中投影的运动方程.通过分析二者的运动方程,证明了结论:平面运动刚体任一时刻的动瞬心轨迹在定瞬心轨迹上作纯滚动,接触点即为刚体在该时刻的瞬心固连点.然后通过一个具体算例展示了瞬心轨迹运动方程的求解方法,并讨论了运动方程的物理意义.最后对一般运动刚体的情形进行了简要讨论.

运动初瞬时加速度瞬心的一种确定方法及应用

从刚体平面运动的速度瞬心轨迹出发 ,推导得到在刚体由静止开始运动的初瞬时加速度瞬心与速度瞬心重合 。

七轴假肢膝关节瞬心位置的研究

正常人大小腿的相对运动是变瞬心的运动,用假肢来实现人体下肢运动,可以归结为假肢膝关节机构再现运动轨迹。目前我国假肢产品大部分性能不佳与世界先进水平差距很大。本文主要对国外现有七轴假肢膝关节进行研究,分析了其瞬心轨迹。对今后假肢结构设计具有重要借鉴意义。

关于相对瞬心的动量矩定理的若干问题

本文研究了刚体平面运动的相对瞬心的动量矩定理,并论证了在什么条件下它是成立的,从而为求解一类刚体平面运动问题带来方便。

下肢外骨骼膝关节优化及人机控制仿真

为使所有人体差异的残疾和运动障碍患者术后达到舒适性康复的目的,避免患者穿戴下肢外骨骼多次尝试的困扰,提出一种快速获取人体步态优化算法,该算法首先以一人身高数据为例结合CGA数据,由四杆机构模拟人体膝关节运动,利用MATLAB优化算法得到四杆机构的杆长并得出人体膝关节的瞬心轨迹,将其应用于下肢外骨骼的可调膝关节使人体穿戴外骨骼组成人机模型,但人机耦合的膝关节角装配的机械误差较大。利用ADAMS和MATLAB-Simlink联合仿真的PID控制人机模型,使人机耦合模型的膝关节变化的角度误差尽可能减到最小。人机模型在优化后关节误差由2°减小至0.2°左右,使运动障碍患者在康复过程中达到人机交互舒适性的效果。

假肢膝关节四杆机构的优化与仿真

从满足人体运动过程中假肢与人体的协调性出发,对假肢膝关节部位的构型进行选取,并对该机构进行了运动学分析;针对个人膝关节瞬心轨迹曲线,提出该机构尺寸参数的优化数学模型,对该机构的参数进行优化,使目标函数中机构瞬心坐标与人体膝关节瞬时转动中心理想值之差最小,即该机构的实际瞬心轨迹与理想的膝关节瞬心轨迹相接近,满足人体下假肢膝关节机构协调性的设计要求,通过Matlab优化工具箱进行优化计算并获得机构模型,又应用AD-AMS对机构模型进行运动学仿真,验证优化结果的可用性。

四连杆膝关节运动学性能仿真软件的实现

目的实现四连杆膝关节假肢的运动瞬心轨迹的仿真并建立稳定性分析系统。方法建立四连杆膝关节假肢瞬心轨迹与稳定性模型,通过Labview软件仿真假肢运动特性。结果该软件以动画的形式显示四连杆膝关节瞬心轨迹,计算出脚尖离地和脚跟着地的x/y值,即髋关节保持稳定所需力矩,并保存相关数据,与实物实验测得的数据比较,软件准确描述四连杆运动瞬心轨迹和稳定性。结论测试结果表明:通过设计参数,该系统能够动态仿真四连杆膝关节瞬心轨迹的变化,并结合稳定性参数,为四连杆假肢膝关节设计与评价提供了客观依据。

四连杆仿生膝关节机构优化设计

针对四连杆仿生膝关节能实现人腿自然步态的仿生特性要求,考虑摆动期灵活性,以踝关节中心点轨迹与实际人腿相应轨迹误差的均方根最小为优化目标,提出四连杆仿生膝关节尺寸参数的优化数学模型,采用二次规划方法对其进行优化设计,并通过MATLAB的中型算法来实现。通过运动仿真得到踝关节中心轨迹与实际轨迹吻合良好,能够获得自然人腿步态,并得到‘J’形膝关节瞬心轨迹,充分验证了其良好的运动仿生性能。最后,对支撑期速度瞬心位置进行分析,并针对支撑期稳定性提出采用智能磁流变阻尼器的承重自锁方案。

假肢膝关节机构的多目标优化设计

背景:如何实现穿戴者的舒适性、运动的灵活性一直是假肢膝关节研究的焦点。目的:分析膝关节运动过程的瞬心规律,构造合适的评价函数,使其更好地满足穿戴者舒适与自然的要求,进而得到假肢膝关节结构参数。方法:选取假肢膝关节四连杆机构作为研究对象,建立机构运动学模型,并利用三心定理,推导出连杆瞬心轨迹。考虑穿戴者运动的舒适性,建立了打分系统模型作为评价函数。进一步考虑假肢运动的自然性,以膝盖弯曲过程中实际瞬心与理想瞬心总偏差最小,以及上述的评价函数最大值作为双重优化目标,以假肢膝关节机构仿生学约束、双摇杆机构尺寸约束作为约束条件,建立多目标优化模型。结果与结论:运用主要目标法,并通过MATLAB编程得到了优化后的假肢膝关节机构的参数。所设计的四杆机构较好地协调了假肢穿戴者的舒适性与运动的自然性。

最接近人体自然运动的膝关节机构优化设计

以四连杆假肢膝关节机构为研究对象,建立了该机构的运动学模型,并利用三心定理导出了连杆瞬心轨迹。围绕假肢膝关节运动必须接近人体自然运动的要求,提出了在满足假肢膝关节机构仿生学约束、双摇杆机构尺寸、连杆实际瞬心与理想瞬心轨迹相似等约束的前提下,充分考虑了瞬心变化的敏感性,使运动过程中连杆实际瞬心与理想瞬心最大偏差最小化的假肢膝关节机构优化设计方法。