仿猫类落地姿态的准零刚度隔振器

对设备加装隔振装置是保证其高效工作的重要方法之一.本文从仿生学的角度,根据猫科动物落地时优秀的抗冲击能力,通过观察其落地动作姿态,利用非线性补偿原理,以空气弹簧作为正刚度结构,设计出一种具有非对称刚度特性的高静低动刚度隔振器.以其为研究对象,建立了动力学模型,利用特定的方法对非对称刚度系统进行分析求解,并与数值结果和有限元仿真结果进行对比.结果表明,在较低阻尼以及较高激励幅值下,还会出现倍周期响应甚至混沌响应.同时,通过将本文设计的隔振结构和单一空气弹簧的隔振性能对比,可以得到隔振效果明显优于单一空气弹簧的结论,从而验证了所设计隔振结构的有效性和可行性.

帕金森病患者出现冻结步态的危险因素分析

目的探讨帕金森病(PD)患者出现冻结步态(FOG)的危险因素。方法选取2019年7月至2022年7月中日友好医院收治的52例PD患者为研究对象,根据是否合并FOG将研究对象分为FOG组(合并FOG,14例)和非FOG组(未合并FOG,38例)。比较分析非FOG组与FOG组患者的临床特征与影像学特征。比较分析非FOG组与FOG组患者的基底前脑功能连接。采用多因素logistic回归方法分析PD患者出现FOG的独立影响因素。结果FOG组患者的国际运动障碍学会统一帕金森病评定量表Ⅱ(MDS-UPDRSⅡ)评分高于非FOG组,差异有统计学意义(P<0.05),且Meynert基底核(Ch4)与双侧中扣带回、中央前回及辅助运动区的功能连接低于非FOG组。多因素logistic回归分析结果显示,MDS-UPDRSⅡ评分、Ch4功能连接是PD患者出现FOG的独立影响因素(P<0.05)。结论MDS-UPDRSⅡ评分升高、Ch4功能连接减弱为PD患者出现FOG的独立影响因素。

可穿戴设备评估帕金森病患者丘脑底核脑深部电刺激术后短期步态变化

目的应用可穿戴设备评估帕金森病患者丘脑底核脑深部电刺激术后短期的步态变化。方法在未服药/未开机、服药/未开机和未服药/开机3种不同的治疗状态下,让患者佩戴可穿戴传感器完成计时起立行走测试,收集并分析时空运动参数。结果共13例平均病程(8.00±1.38)年的接受双侧丘脑底核脑深部电刺激的帕金森病患者被纳入研究。与未服药/未开机状态相比,脑深部电刺激使患者的起立行走测试总用时由(30.63±17.58)s缩短至(19.50±5.78)s(P=0.003),步长由(39.44±14.34)cm增加至(49.46±13.41)cm(P=0.004)、步速由(0.68±0.27)m/s增加至(0.91±0.25)m/s(P=0.005),躯干前倾最大角度由(-25.32°±10.83°)减少至(-17.32°±12.49°)(P=0.047),躯干后倾最大角度由(-22.03°±11.24°)减少至(-13.16°±12.83°)(P=0.022),差异均有统计学意义。结论在术后短期内,丘脑底核脑深部电刺激可以缩短帕金森病患者起立行走测试用时,显著增加患者步长及步速,减少患者行走过程中躯干前倾角度。

高跟鞋全掌中底硬度对青年女性行走过程中步态特征与稳定性的影响

为了减少长期穿着高跟鞋对女性足部健康产生的不利影响,研究选取40名青年女性穿着3双不同全掌中底硬度的高跟鞋,采用Footscan^(R)足底压力测量系统与RSscan^(R)测力台同步使用,对其自然行走时步态周期、足底压力中心轨迹以及峰值压力、峰值压强、压强-时间积分等足底动力学特征进行测试。结果显示:随着全掌中底硬度的降低,前掌着地时间变长,全掌着地时间变短,足部外翻程度明显减小,内翻程度明显变大。较低的中底硬度具有良好的缓冲性能和保护性能。研究对于提升高跟鞋穿着稳定性及舒适性具有重要的参考价值,可为制鞋行业在高跟鞋中底材质的选择与研发方面提供科学可靠的理论支持。

带仿生躯干的被动行走机器人步态特性

为改善被动行走机器人的步态特性,受人体躯干同时具有刚性骨骼和柔性软组织启发,提出一种带刚柔仿生躯干的被动行走机器人模型,并研究其非线性动力学特性.将仿生躯干柔性部分等效为带质量的弹簧阻尼器,建立仿生躯干被动行走机器人的动力学模型.分别分析仿生躯干的等效弹性系数、等效阻尼系数、等效质量对被动行走机器人的行走步长和步行速度的影响规律,并与刚性躯干模型的结果进行对比.研究结果表明:相比于刚体躯干,仿生躯干使得被动行走具有更加丰富的步态行为;仿生躯干柔性不仅影响被动行走的行走步长及行走速度,还影响被动行走的稳定性;适当的躯干柔性可以在维持稳定周期步态的同时,提高被动行走机器人的行走步长及步行速度;与刚性躯干相比,带仿生躯干的被动行走步长能提高12%,行走速度能提高2%.

成人症状性平足步行支撑相髋关节生物力学的观察研究

目的探讨成人症状性平足患者步行支撑相髋关节的生物力学特征。方法横断面观察性研究2022年6月至7月在我院康复医学中心招募21例成人症状性平足患者和9例正常足受试者。通过三维步态分析方法,比较两组受试者在步行支撑相髋关节角度、力矩和做功峰值的变化,观察步行支撑相髋关节的运动学和动力学特征。结果症状性平足患者的年龄、身高、体质量与正常足受试者比较差异均无统计学意义(P>0.05)。在步态支撑相末期,症状性平足患者髋关节旋转角度峰值、屈曲内力矩峰值和内收内力矩峰值均显著小于正常受试者(P<0.05)。在支撑相末期纵向地反力峰、踝关节蹬地力矩和做功峰值小于正常受试者(P<0.05)。结论本研究通过观察步行中成人症状性平足患者髋关节生物力学特征,发现在步行支撑相末期,患者以髋策略调控为主,髋策略在改善症状性平足患者的症状和功能提高具有重要临床应用意义。

北京社区55~75岁高、低痴呆风险人群身体素质及其认知功能特点

目的分析预测社区中处于生命中期健康老年人痴呆风险因素。方法2021年7月至2023年4月招募北京市两个社区常住1年以上的55~75岁中老年人175例,收集心血管危险因素、衰老和痴呆(CAIDE)相关危险因素和其他一般人口资料,CAIDE风险评分≥9分为高危组,<9分为低危组。采用Stroop色词测验(SCWT)、两元素1-back任务范式、连线测验(TMT)进行评估;测量握力、30 s前臂屈曲测验和5次坐站试验;记录平地步行10 m的平均步速和步长。结果高危组CAIDE总分平均9.86分,低危组4.95分。两组年龄无显著性差异(P=0.188)。男性,受教育程度<7年、收缩压>140 mmHg、胆固醇>6.5 mmol/L、体质量指数>30 kg/m^(2)和缺乏体力活动人群CAIDE痴呆风险评分更高(χ^(2)>3.116,P<0.05)。高危组握力(t=-4.174)、步速(t=-2.414)、SCWT正确率(Z=-2.684)均差于低危组(P<0.05)。Logistic回归分析显示,步速(OR=25.483)、握力(OR=1.133),SCWT正确率(OR=37.430)是痴呆的独立危险因素(P<0.05)。结论握力弱、步速慢、抑制控制能力差可能预示痴呆风险增加。

基于分形理论的角接触球轴承刚度建模

角接触球轴承广泛应用于机床、自动化设备等领域,但是对角接触球轴承中刚度的研究却少之又少。对于现有文献中的模型而言,未考虑接触参数如表面粗糙度对刚度的影响关系。这里在角接触球轴承刚度分析的基础上,提出了一种基于分形理论来计算轴承刚度的模型,这里建立的角接触球轴承刚度模型能够考虑接触参数对刚度的影响。结果表明,角接触球轴承中的轴向载荷和刚度在不同表面粗糙度下是相互影响的。此外,该模型通过与其他文献的模型相比较,对比结果表明了该模型的有效性。

人体穿戴髋关节助力外骨骼的行走运动学分析

针对现有下肢助力外骨骼研究中缺少对关节层面的运动学分析以及缺少对髋关节外骨骼助力机制的研究这一现状,对一款髋关节助力外骨骼在多种助力模式下的运动进行采集和分析,得到被试在不穿戴外骨骼、外骨骼零助力、外骨骼低助力、外骨骼中助力、外骨骼高助力和外骨骼阻力共6种模式下的运动数据,并通过逆运动学计算和数据分析,得到关节角度曲线和步态特征。实验结果在关节层面明确了髋关节外骨骼的助力机制,可为助力外骨骼的设计和运动控制提供参考。

人参皂苷Rg1干预小鼠巨大肩袖损伤后的肌肉退变

背景:肩袖肌退变(肌肉萎缩、纤维化和脂肪浸润)是肩袖撕裂后出现的常见问题,严重影响肩关节功能和手术预后。人参皂苷Rg1具有抗氧化、抗细胞凋亡、降血脂等生物效应,然而人参皂苷Rg1对肩袖损伤后肌肉退变的影响未见报道。目的:探讨人参皂苷Rg1对巨大肩袖损伤小鼠肌肉退变的影响。方法:将60只C57BL/6J小鼠随机分为假手术组、模型组、人参皂苷Rg1低剂量组、人参皂苷Rg1高剂量组,每组15只。假手术组小鼠切开右肩皮肤后缝合,其余3组小鼠均行右侧肩关节肩袖损伤造模,模拟巨大肩袖撕裂手术切断冈上肌肌腱和肩胛上神经压迫。术后假手术组和模型组腹腔注射生理盐水0.5 mL;人参皂苷Rg1低、高剂量组予以腹腔注射人参皂苷Rg130,60 mg/kg,1次/d,共注射6周。末次注射后次日予以步态分析评估小鼠肢体功能,安乐死后取术侧冈上肌测量肌肉萎缩率、肌肉收缩力,肌肉组织进行油红O染色、Masson染色,RT-PCR检测萎缩、纤维化、脂肪浸润相关基因的表达。结果与结论:①与模型组相比,人参皂苷Rg1低、高剂量组爪印面积、步长显著增加(P<0.05);②与模型组相比,人参皂苷Rg1低、高剂量组肌纤维横截面积、冈上肌收缩力显著增加(P<0.05),湿肌质量减少比率、脂肪浸润面积比率、胶原纤维面积比率显著下降(P<0.05);③与模型组相比,人参皂苷Rg1低、高剂量组肌肉组织中萎缩、纤维化和脂肪浸润相关基因的表达显著下降(P<0.05);④人参皂苷Rg1低、高剂量组爪印面积、冈上肌收缩力、肌纤维横截面积无统计学差异(P>0.05),人参皂苷Rg1高剂量组其他指标均优于低剂量组(P<0.05);⑤结果说明,人参皂苷Rg1能显著减轻小鼠巨大肩袖撕裂后肩袖肌萎缩、纤维化和脂肪浸润,并有利于肌肉力量及肢体功能的改善。

基于足底压力分布的下肢步态识别方法

良好的下肢步态感知性能有助于提升助力型外骨骼机器人的助力效果。本文以足底压力分布为研究对象,基于足底生物力学分析搭建一种可穿戴式足底压力分布采集装置,分别采集平地行走、平地慢跑和坡路行走3个步态的足底压力数据,并基于多元线性回归法构建的地面反作用力预测模型获取整体足压,提出了一种基于整体足压和卷积神经网络(CNN)分类算法进行下肢步态识别的方法,并与支持向量机(SVM)和反向传播(BP)神经网络进行了对比分析。试验结果表明:该方法对于3种步态的平均识别率达到98.3%,具有较高的准确性,验证了使用CNN分类算法对下肢不同步态识别的可行性与有效性。

激光视觉引导下的工业机器人步态运动学参数辨识

工业机器人在多个领域都有广泛应用,而离线编程则成为其重要的发展方向。由于离线编程对机器人自身的绝对定位精度有较高要求,为提升绝对定位精度,设计一种激光视觉引导下的工业机器人步态运动学参数辨识方法。基于线结构激光测量技术,设计由工业智能相机、感光元件、滤光片、线激光器构成的激光视觉传感器,使用该传感器测量工业机器人,以获取其三维信息。通过粗引导与精引导两个步骤对激光视觉传感器实施激光视觉引导,以提高效率,降低瞄准误差。工业机器人步态运动学参数误差的辨识模型,通过最小二乘法对模型实施迭代求解,以获取精确的方程组解,从而完成步态运动学参数辨识。测试结果表明,该方法的步态运动学参数辨识误差低于0.02 mm,在30次迭代次数以内即可完成求解。

帕金森病冻结步态患者跌倒风险评估及危险因素分析

目的分析帕金森病冻结步态患者跌倒风险的影响因素。方法选取2022年1月至2023年6月就诊的帕金森病冻结步态患者为研究对象,将临床调查前3个月出现跌倒史的72例患者纳入跌倒组,同期选择未出现跌倒史的144例患者纳入未跌倒组。收集216例患者临床资料,以统一帕金森病评价量表第三部分(UPDRS-Ⅲ)评估患者运动障碍,以匹兹堡睡眠质量量表(PSQI)评估睡眠障碍,以Epworth嗜睡量表(ESS)评估日间嗜睡情况,以简明智力状态量表(MMSE)评估认知功能,以日常生活能力评分表(ADL)评估日常生活能力,以综合医院抑郁焦虑量表(HADS)评估情绪状态,以冻结步态问卷(FOG-Q)评估冻结步态严重程度。采用单因素、logistic多因素回归分析帕金森病冻结步态患者跌倒的影响因素。结果72例帕金森病冻结步态跌倒患者中,15例出现骨折,有58.33%患者跌倒发生在居家护理中,41.67%患者跌倒发生在住院期间。logistic回归分析显示,主要照顾者、UPDRS-Ⅲ评分、FOG-Q评分、MMSE评分、规律步态训练是帕金森病冻结步态患者跌倒的影响因素。结论帕金森病冻结步态患者跌倒受主要照顾者、规律步态训练等因素影响。

硬度耦合刚度增强型软体夹持器设计研究

软体夹持器具有良好的顺应性、无损伤和安全的人机交互性能等优点,但由于其材料的特性限制,往往存在刚度不足和夹持力小等问题。文中基于传统的快速气动网络结构,提出了一种硬度耦合结构的刚度增强型软体夹持器的结构方案。首先,结合硅橡胶材料的Yeoh本构模型和静力平衡及虚功原理,建立了刚度增强型软体夹持器的运动学和力学模型,描述了夹持器手指弯曲角度和末端接触力与压强之间的关系;其次,运用ABAQUS软件对不同硬度结构的夹持器进行了有限元分析,制作了夹持器实体,搭建实验台测定了夹持器手指实际变形和末端接触力数据,并通过实际抓取对比试验验证了实际抓取效果。结果表明:相较于传统结构,硬度耦合结构在同为20 kPa的驱动气压下,弯曲角度最大可减小120°;极限压力下,末端接触力最大增加0.1 N;最优设计为05HA结构,抓取物的质量是传统型的3.42倍。

滚动轴承局部故障时变刚度系统动力学分析

针对滚动轴承局部故障动力学建模问题,通过分析各滚动体在进入、退出载荷区和陷入故障时的变化情况,基于Hertz接触理论,定义了接触变形保留因子,提出了滚动轴承等效时变刚度函数,建立了局部故障滚动轴承单自由度时变刚度动力学模型,并进行了理论分析和试验研究。研究结果表明:当滚动体进入或退出载荷区时,载荷区中承载滚动体数量增加或减少,引起系统等效时变刚度的小幅增加或减小;当滚动体陷入故障时,因接触变形保留因子的不同使得其有效接触刚度不同程度降低而导致系统等效时变刚度的减小。系统等效时变刚度的变化引起载荷区中其他滚动体的接触变形和接触力产生不同幅度的变化,从而平衡外部径向载荷,对载荷区中心附近的滚动体的影响较为明显,但不影响各滚动体的有效接触刚度。系统等效时变刚度发生突变,导致系统振动。当外环故障时,等效时变刚度等幅变化;当内环故障时,等效时变刚度的变化受到内环旋转的调制而幅值不同。提出的单自由度时变刚度动力学模型与实际更加吻合。

肌电和足压信息融合的外骨骼步态识别

为解决基于单一信号识别步态相位不够精准的问题,开展了动态交互力激励下的人机协同行走的步态识别研究。设计了肌电和足压信息采集的多模态传感器检测硬件平台;分别对单一信号开展滤波降噪、特征提取与降维等预处理;将表征下肢生理信息的肌电信号与运动信息的足压信号相融合,构建了支持向量机-模糊C均值(support vector machine-fuzzy C-mean algorithm,SVM-FCM)多模信息融合的外骨骼助行步态识别算法;开展了人机协同助行实验,实验结果表明:信息融合后的人机步态相位平均识别率达到82.49%,优于使用单一信号的识别效果,验证了多模信息融合算法识别人机协同步态的有效性。本研究可用于下肢外骨骼机器人运动控制,为人机运动相融奠定基础。

基于改进涡流搜索算法的外骨骼迭代学习控制

为提升康复外骨骼机器人的步态跟踪性能,提出一种基于改进涡流搜索算法的迭代学习控制方法。首先针对传统迭代学习控制抗扰性差和控制信息缺失问题,引入PD控制器、自适应遗忘因子、误差过渡曲线和控制信息搜索等策略,改进迭代学习控制律;其次,基于多种策略对涡流搜索算法进行改进,提出了一种改进涡流搜索算法,改进后的算法可优化迭代学习控制的PD参数;最后进行行走实验,将提出的迭代学习控制方法与现有的同类算法进行仿真和数值比较,并测试了扰动情况下的跟踪性能。实验结果表明,所提方法的误差更小,跟踪性能更强。该算法改进了迭代学习控制的不足,具有较强的抗扰性能,保证了使用时的稳定性。

阿尔茨海默病病人步态特征与跌倒相关性的研究进展

对阿尔茨海默病病人步态特征、跌倒风险预测与步态评估、阿尔茨海默病病人发生跌倒的现状及机制、阿尔茨海默病病人跌倒风险与步态特征的相关性进行综述,以期为阿尔茨海默病病人跌倒的护理提供参考。

斜撑离合器环形弹簧径向刚度计算

斜撑离合器在机械领域及航空动力系统起着重要作用,弹簧的径向刚度是影响斜撑离合器脱开转速和楔合性能的重要指标。斜撑离合器弹簧的径向刚度尚无可靠的计算方法,因此将弹簧等效为圆环,推导出弹簧径向刚度的理论计算方法,并通过仿真和试验验证了理论计算的正确性。

基于勒让德-扫描法的机械结合部法向接触刚度区间分析

由于机械结合部实际接触时存在诸多不确定因素,利用传统接触刚度模型对机械结合部进行分析时,难以确定其法向接触刚度的合理区间。为此,将微凸体曲率半径、分布密度和微凸体高度方差视为不确定性参数,基于KE弹塑性接触刚度模型和勒让德-扫描法,建立结合部法向接触刚度区间模型并进行求解。通过与接触刚度试验数据及传统模型求解结果的对比,验证了该模型的有效性和准确性。基于该模型对结合部法向接触刚度进行分析,结果表明:勒让德-扫描法具有较高的求解精度,粗糙表面形貌参数不确定性对于结合部法向接触刚度有着明显影响,且随着无量纲接触距离的减小,影响程度逐渐增加,其中微凸体高度方差的不确定性对粗糙表面法向接触刚度影响程度最大。机械结合部法向接触刚度区间模型的建立与分析,可为结合部的研究提供参考。