不同躯干约束下蹲姿对人体下肢运动学和动力学的影响

目的 探究躯干控制对青年群体亚洲蹲和西方蹲时下肢运动生物力学特征的影响,为深蹲训练的应用和推广提供实证性依据。方法 24名健康男性青年大学生在带杆、无杆控制条件下进行亚洲蹲和西方蹲,运用红外光点运动捕捉系统和三维测力台采集其下肢运动学和动力学特征。通过Cortex-642.6.2软件,根据欧拉角方法计算获得下肢三维角度,运用逆动力学方法得到三维力矩。通过2×2重复设计的双因素方差分析检验躯干控制和深蹲姿势对下肢运动特征的影响。结果 躯干控制和深蹲姿势对运动学和动力学参数均无显著性交互作用(P>0.05)。西方蹲具有较大的膝关节屈曲角、髌股关节接触力峰值、髋膝伸展力矩峰值之比,较小的踝关节背屈角、髋关节屈曲角(P<0.05)。带杆深蹲具有较大的踝关节背屈角、髌股关节接触力峰值和髋关节屈曲角,较小的膝关节屈曲角、髋膝伸展力矩峰值之比(P<0.05)。结论 西方蹲有助于训练伸髋肌群肌力,亚洲蹲则有助于训练伸膝肌群肌力。西方蹲髌股关节接触力峰值显著大于亚洲蹲,故推荐髌股关节痛患者采用亚洲蹲。带杆深蹲可补偿人体平衡,建议由于踝关节背屈活动范围受限或胫骨前肌无力人群可以考虑进行带杆深蹲等躯干控制训练,有助于提高深蹲时下肢稳定性。

烟草输送带清洁机升降平台运动学和动力学分析及优化

为了提高烟草输送带清洁机升降平台的工作效率,降低液压缸提供的推力,对其三级电动剪叉升降平台进行了运动优化和液压缸位置的优化。首先基于三级电动剪叉升降平台的三维模型,建立其数学模型,然后利用虚位移原理与动能定理分别进行运动学分析,以及静力学与动力学分析,获得剪叉升降平台的关键节点的位移、速度、加速度,以及平台位置参数与液压缸行程和推力之间的关系。最后利用MATLAB软件进行剪叉升降平台的数值仿真分析,研究剪叉机构上升时,升降平台位置与液压缸行程及推力之间的影响规律,并进行剪叉机构运动优化和液压缸位置优化,优化后升降平台一个工作循环工作时间减小了40%,工作平台处于相同位置时所需液压缸推力减小了6.51%。

具有解析解的1T2R重载并联稳定平台运动学及动力学建模

针对一移两转舰船重载并联稳定平台普遍存在伴随运动、不利于求解运动学解析解且增加控制系统难度的问题,提出一种去除绕z轴伴随转动、具有解析解的1T2R变异3UPS-PUU-2SS并联稳定平台机构。通过分析空间约束支链的运动特性,证明了该机构没有绕z轴的转动。采用空间闭环矢量方程法,建立约束方程组和运动学模型,进而求得伴随移动和逆运动学解析解。通过快速极坐标搜索法绘制该机构的可达工作空间,并通过雅可比矩阵条件数分析该工作空间的灵巧度;基于虚功原理建立该机构的动力学模型,通过5次多项式插值法进行数值求解,绘制驱动力理论曲线并与动力学仿真曲线进行对比。理论与仿真结果表明:可达工作空间可以满足某舰船四级海况下的运动补偿要求,其全局灵巧度大于0.32,动力学模型的理论与仿真结果最大误差在1.42%以内,验证了动力学模型的准确性;该并联机构运动学与动力学性能良好,为其实际应用提供了理论基础。

机械臂运动学和动力学的李群表述

D-H参数法已经被广泛应用到机械手运动建模及分析中,但其所描述的运动都是围绕着x轴和z轴,而不能反映出y轴的运动。为了解决这个问题,采用旋量理论的方法,用旋量来表述出将机械臂的位置和姿态,并进一步分析机械臂的运动学和动力学。相较于传统的D-H法计算运动学正解,旋量理论是从整体上对机械臂的运动进行表述,且不需要中间参考系,几何意义清晰。利用Paden-Kahan子问题分析肘机械臂的逆运动学问题,计算出其运动学逆解,并利用旋量理论和李群-李代数,通过Newton-Euler法建立了高效的递归动力学模型。最后对于用旋量理论求出的肘机械臂运动学逆解进行仿真验证,并计算出其工作空间,结果表明用旋量理论的方法更加简洁、精确、高效。

悬臂式起重机运动学及动力学分析

针对一种海船用悬臂式起重机的运动特性进行分析,提出了运动学与动力学分析的方法。首先,介绍了臂式起重机的结构和工作原理;其次,利用DH参数法获得了悬臂式起重机的运动学模型,获得了正反向运动学解;进而,利用拉格朗日方程建立了悬臂式起重机动力学模型,并借助最小参数集法对动力学模型进行线性化处理;最后,分别在MATLAB和ADAMS环境中对所建立的悬臂式起重机的运动学与动力学模型进行了仿真模拟。结果表明,对起重机进行运动学与动力学分析,对提升海船用悬臂式起重机的工作性能与作业安全性具有重要的借鉴意义。

柔性制造系统中高精度机械臂的运动学与动力学深度分析

本文深入分析了柔性制造系统中高精度机械臂的运动学与动力学特性。在运动学方面,通过轨迹规划与优化技术,实现了机械臂的精确控制和高效运动,满足了柔性制造对高精度作业的需求。在动力学方面,探讨了机械臂的承载能力、运动速度、稳定性以及能量效率等关键指标,为机械臂的优化设计和性能提升提供了理论依据。本文的研究成果有助于推动柔性制造系统的发展,为高精度机械臂在更广泛领域的应用提供重要的参考和借鉴。

五轴联动机床主运动构件重复碰撞瞬态动力学特性分析

为了提高五轴联动机床的整体性能,提出五轴联动机床主运动构件重复碰撞瞬态动力学特性分析方法,对其主运动构件的动力学特性进行分析。建立五轴联动机床的运动学模型,对其运动学特性展开分析;根据机床的运动学特性,建立柔性杆重复碰撞系统以及碰撞过程的动力学方程;最后在St.VENANT杆波动理论的基础上分析柔性杆在多次碰撞和分离过程中的瞬态动力学特性。实验结果表明:与其他方法对比,所提方法能够准确获得柔性杆的变形、位移和撞击力变化情况,且具有较高的分析精度。

单缸四冲程内燃机曲轴连杆机构的运动学和动力学仿真及可靠性分析

内燃机是一种发电装置。对于机器来说,内燃机是它的“心脏”,连杆在内燃机中起着传递力的作用,是内燃机中最重要的部件之一。利用绘图软件建立了单缸四冲程内燃机曲轴连杆机构的三维实体模型,将其导入虚拟样机模型分析,并进行结果后处理,通过处理结果观察内燃机活塞及连杆的运动学和动力学特性。同时,为了检查连杆静强度和疲劳强度的安全系数,建立了有限元模型。根据机械可靠性设计的理论和方法,分析了连杆的可靠性。

基于动力学的搬运机器人运动规划控制算法与仿真

针对移动操作自由度冗余搬运机器人伤员搬运运动的安全性、稳定性要求,提出基于动力学的运动规划与控制方法。采用改进D-H方法建立搬运机器人正逆运动学模型;采用拉格朗日法建立机器人动力学模型;基于零力矩点(ZMP—the Zero-Moment Point)方法建立机器人稳定性评估模型;采用S形曲线方法规划机器人末端运动;通过优化稳定性求解机器人运动学逆解;采用滤波方法拟合关节运动曲线实现关节平稳运动;仿真验证了基于动力学的搬运机器人运动规划控制算法的有效性。

运动副分布顺序对并联机构运动学与动力学性能的影响

根据基于方位特征(POC)的并联机构拓扑设计理论,设计了两种零耦合度且部分运动解耦的三自由度两平移一转动(2T1R)并联机构,它们具有相同运动副类型和数目,但在支链中的分布顺序不同;对这两种机构进行了方位特征、自由度及耦合度等主要拓扑特征分析,并给出其拓扑解析式;根据拓扑特征运动学建模原理,求解了这两种机构的符号式位置正反解,分别分析了两种机构的工作空间和机构发生奇异的条件及奇异位形;根据基于虚功原理的序单开链法对两种机构进行逆向动力学建模,分别求得两种机构的驱动力;对比两种机构运动学与动力学性能,并给出优选机型。给出了优选机型用于水果深加工中智能分拣、输送等应用场景的概念设计。

差动式行星滚柱丝杠副的运动特性与动力学分析

差动式行星滚柱丝杠副是一种将环槽传动与螺纹啮合相结合的机械传动机构。为了探究差动式行星滚柱丝杠副的动态特性,研究一种新型的差动式行星滚柱丝杠副的结构组成与运动原理,建立其三维模型,并将模型导入虚拟样机分析软件中,通过设置合适的连接关系,对三维模型进行运动学及动力学仿真分析。结果表明:虚拟样机中差动式行星滚柱丝杠副的运动过程与运动分析相符合,验证了运动分析的合理性;当在螺母上施加负载时,滚柱与螺母之间的环槽设计使接触力波动更规律;随着负载的持续增大,丝杠与滚柱之间、螺母与滚柱之间的接触力波动也持续增大,加剧了机构内部的磨损情况,缩短了机构的运行寿命。

下肢外骨骼运动学与动力学研究综述

下肢外骨骼的研究涉及了机器人、机电工程、仿生学、生物工程和力学等多个领域,具有鲜明的学科交叉特征。对下肢外骨骼开展运动学与动力学研究是其进行结构设计、意图识别、控制策略、助力评估等的理论基础,具有重要的理论意义和应用价值。通过对国内外相关领域文献的综合分析,分别从正运动学、逆运动学、经典力学分析法、肌骨系统模型法等4个方面详细阐述了当前研究现状和进展,总结了当前研究中存在的难点与问题,并对下肢外骨骼运动学与动力学未来的发展方向进行了展望。

井下水仓正铲清挖机构运动学及动力学分析

为解决煤矿井下水仓清挖机构效率低、适应性差等问题,研究一种具有大翻转角度的煤泥正铲清挖机构。采用SolidWorks进行建模装配,利用运动链环路运动学分析方法建立清挖机构运动学模型进行正反解验证,并建立虚拟样机模型,利用ADAMS对虚拟样机模型进行仿真,将仿真值与理论计算值进行对比,最后通过ADAMS对清挖机构展开动力学分析。结果表明:正反解输出值之间存在微小的误差,ADAMS运动学仿真得到的清挖机构铲斗末端的姿态数据与理论计算值相差不大,同时移动轨迹具有连续性和平稳性,符合基本使用要求,证明建立的理论模型、仿真模型的正确性和清挖机构运动学参数的合理性。通过ADAMS动力学仿真得到了清挖机构工作过程中主要构件的受力情况,为后续优化设计及工业性运用提供了理论依据。

颈椎整骨手法的运动学与动力学研究

目的 同步采集和分析两种颈椎整骨手法的运动学与动力学参数,归纳其生物力学特征。方法 由1位高年资医师对10位健康受试者完成颈椎定位定向扳法和颈椎侧屈手法操作,施术者粘贴荧光标志球用于捕捉手法动作,并用压力触感手套和无线表面肌电系统采集并分析动力学参数和表面肌电信号。结果 上臂肌肉是颈椎整骨手法的主发力肌,其中肱二头肌的贡献率最高。颈椎定位定向扳法的运动幅度、速度、扳动作用力和时间都大于颈椎侧屈手法。颈椎定位定向扳法中施术者各肌肉的积分肌电值(integrate electromyography,iEMG)和均方根值(root mean square,RMS)都大于颈椎侧屈手法。结论 颈椎整骨手法运动幅度、三维活动角度,扳动瞬间的载荷强度和时间,具备高速、低幅和力强的特点,体现出中医学中关于“寸劲”的生物力学特征。研究结果可以为进一步规范手法教学、训练以及提升临床安全性提供参考。

双环多杆天线展开机构运动学与动力学分析

针对一种双环多杆天线展开机构进行了运动学与动力学特性分析,首先分析了展开机构构型特征,并对整体机构进行了单元分解,基于螺旋理论,绘制了单元机构的螺旋约束图;进而建立了单元机构的螺旋约束方程组,然后通过螺旋速度递推求得机构中构件的角速度和质心线速度,采用坐标转换求导法得到了速度雅可比矩阵,利用螺旋导数并基于螺旋加速度合成法则得到了构件的螺旋加速度和角加速度以及质心线加速度;最后基于拉格朗日方程,建立了整体机构的动力学方程,通过数值计算与模拟仿真,分析得到了不同构件的运动学与动力学特性,验证了理论推导的正确性。本文分析的双环多杆天线展开机构为单自由度机构,整体结构简单,仅需一个驱动便可收拢和展开,基于螺旋理论和拉格朗日法相结合的运动学和动力学建模分析方法物理意义明确,可以较好地应用于此类空间可展开机构的分析中。

平面折展变形翼机构运动学与动力学分析

平面折展变形翼机构是一种可兼顾高低速工况的变形翼机构,该机构可实现翼弦、后掠角和机翼面积的变化。基于平面折展变形翼单元机构的结构组成,采用复数矢量法对单元机构进行运动学建模,采用达朗贝尔原理对单元机构进行动力学建模。采用Matlab软件对机构的动力学模型进行数值计算,并绘制机构所需的速度、加速度、平衡力的变化曲线。将数值计算结果与Adams仿真结果进行对比分析。研究结果表明:运用达朗贝尔原理对平面折展变形翼机构的单元模块进行动力学分析,可以得到机构在变形情况下的运动副约束反力和平衡力。通过对比理论计算和仿真分析结果,验证了平面折展变形翼机构动力学模型的正确性,可为该机构动力学特性的深入研究提供理论参考。

七自由度冗余机械臂运动学和动力学分析及仿真

针对七自由度冗余机械臂的构型特点,采用改进D-H法建立其连杆坐标系并推导出正运动学方程,基于梯度投影法求解机械手臂的逆运动学问题,利用MATLAB机器人工具箱验证结果的正确性。在SolidWorks中建立机械臂的三维模型,基于拉格朗日方法对该机械臂进行动力学理论建模并利用ADAMS进行动力学分析仿真。结果验证了机械臂运动学与动力学模型的可靠性,为后续控制研究、动态分析与运动优化等问题提供了可靠的试验基础。

双工位模块化磨削机器人运动学及动力学仿真

基于机器人运动学和动力学的相关知识,设计了一种双工位的模块化磨削机器人系统。首先构建系统机器人实体模型,根据D-H方法创建机器人关节连杆坐标系,并求解机器人的正逆运动学结果。然后,通过求解结果和轨迹规划设计,对机器人进行运动学仿真模拟,以获得每个关节的运动关系曲线。随后对机器人模型进行动力学仿真模拟,得到每个关节的力矩曲线。模拟结果显示:机器人每个关节的运动和力矩连续,双工位模块化磨削机器人系统在工作时能够保持较高的精度,并且仿真值的相对误差在5%以内,表明模拟结果具有较高的可靠性,文中研究为磨削机器人系统设计提供一定的指导。

地质钻杆移摆系统运动学及动力学仿真实验研究

在机器人夹持柔性负载进行移摆时,往往伴随着残余振动的存在,为了探索残余振动的产生原因和实现振动抑制,需要对机器人进行运动学及动力学分析。以地质钻杆移摆系统为例,对其所用的IRB-660型机器人进行D-H运动学建模,计算运动学齐次变换矩阵并在MATLAB中进行逆运动学求解。随后,根据工况设计直线移摆轨迹,设置关键点并求出对应关节角度,在ADAMS中进行动力学仿真并且设计动力学实验,验证仿真的准确性,得出移摆过程中夹持末端三轴方向加速变化情况。仿真实验结果表明:运动学模型建立正确,动力学仿真与实验可以相互验证,振动趋势较为一致,且最大加速度变化均发生在加速度方向改变处,但仍存在一定误差,为后续振动抑制的研究打下了基础。

基于改进运动学法和瞬态动力学的谐波齿轮新型齿廓设计研究

为了提升谐波减速器的啮合性能、改善机器人的工作性能,提出了基于改进运动学法和瞬态动力学的谐波齿轮新型齿廓设计方法。首先,针对公切线双圆弧齿廓和S型齿廓的特点,提出了由S型齿廓和公切线双圆弧齿廓相结合的新型柔轮齿廓;其次,基于改进运动学法计算了共轭刚轮的齿廓,并运用瞬态动力学方法对比分析了在不考虑塑形变形情况下齿廓谐波齿轮的啮合侧隙和柔轮应力。对比分析发现,在不考虑塑形变形情况下,新型齿廓谐波齿轮具有更小的啮合侧隙和等效应力,最小啮合侧隙仅为0.0036 mm,给定负载工况下最大等效应力仅为1211.6 MPa,与双圆弧齿廓柔轮、S型齿廓柔轮、公切线双圆弧齿廓相比都明显降低;新型齿廓设计方法可有效改善谐波齿轮的传动性能,为高性能谐波齿轮设计奠定了理论基础。