一种描述人体头部运动范围的数学方法

基于头盔伺服系统执行机构的结构优化设计需求,提出了一种用六维空间超椭球体描述人体头部运动范围的方法;该方法主要由二维包络椭圆的计算和六维超椭球体的计算两部分组成。首先,总结和归纳了包络椭圆的定义,提出了包络椭圆的计算方法。在计算过程中提出了椭圆中心坐标修正步长、包络椭圆的两半轴长修正因子以及纵轴半轴长修正步长等概念。实现了对椭圆中心和半轴长的动态修正,提高了包络椭圆计算的准确性和智能化水平。其次,给出了判定包络椭圆的条件和准则,方便了对计算方法可行性的验证。再次,提出了根据投影面内包络椭圆几何信息求解六维超椭球体的方法。最后,对包络超椭球体的计算方法进行了理论分析和实例计算。结果表明:对包络椭圆与超椭球体的计算是准确的,采用超椭球体来描述头部运动范围是可行的。

量化六自由度并联机构工作空间的六维超椭球体计算方法及其应用

基于头盔伺服系统执行机构的结构优化设计需求,提出了一种量化六自由度并联机构工作空间的六维空间超椭球体的计算方法,该方法的计算过程包括二维包络椭圆的求解和六维超椭球体的计算两部分。首先,重新总结和归纳了包络椭圆的定义,提出了包络椭圆的计算方法,在计算过程中提出了椭圆中心坐标修正步长、包络椭圆的两半轴长修正因子以及纵轴半轴长修正步长等概念,实现了对椭圆中心和半轴长的动态修正,提高了包络椭圆计算的准确性和智能化水平,采用调整系数来实时修改修正步长,保证了计算过程的收敛性;其次,给出了判定包络椭圆的条件和方法,方便了对计算方法有效性的验证;再次,提出了根据投影面内包络椭圆几何信息求解六维超椭球体的方法;最后,对包络超椭球体的计算方法进行了实例计算与验证,并通过实例计算对该方法用于六自由度并联机构工作空间优化的可行性和实用性进行了验证。结果表明:各投影面的包络椭圆均符合判定条件,即本文对包络椭圆与超椭球体的计算是准确的;优化结果对应的工作空间内接六维超椭球体能完全包含目标工作空间的包络超椭球体,即采用超椭球体来量化和优化六自由度并联机构工作空间是可行的,且具有较好的实用性。