针对半月板损伤患者的运动学步态分析

目的:探讨应用Codamotion 2CX1三维动态关节运动捕捉系统分析不同程度半月板损伤患者运动学特征。方法:2020年12月至2022年6月收治的半月板损伤患者及招募的正常人共135例,男82例,女53例;年龄14~29岁;病程1~3个月。结合临床症状及MRI检查明确半月板损伤诊断,根据Stoller分级标准将半月板损伤分为4级:0级(正常)37例,Ⅰ级30例,Ⅱ级33例,Ⅲ级35例。采用Codamotion 2CX1三维动态关节运动捕捉系统对各组受试者进行行走测试,采集步行及运动学定量化指标,包括膝关节屈伸、内外旋、内外翻,并对其进行运动学进行分析。结果:在膝关节屈曲/伸直的分布中,4组患者膝关节最大屈曲、最小伸直及膝关节屈伸范围比较,差异有统计学意义(P<0.05);在膝关节内旋/外旋的分布中,4组患者膝关节内旋及膝关节旋转范围比较,差异有统计学意义(P<0.05);在膝关节内翻/外翻的分布中,4组患者膝关节外翻及膝关节翻转范围比较,差异有统计学意义(P<0.05);临床分期进展与膝关节伸直、外旋、内外翻及翻转活动范围呈正相关(P<0.05);与膝关节屈曲、内旋及屈伸、旋转活动范围呈现负相关(P<0.05);膝关节内旋、外旋角度可以作为半月板损伤临床分期的独立影响因素(P=0.006,0.019<0.05)。结论:半月板损伤患者膝关节运动发生了明显变化,且不同临床分期下,变化有一定差异,步态分析为半月板损伤的运动学分析提供了一个可靠的依据,有助于更好了解关节的运动学指标,同时提供了一个较为可靠的辅助诊疗方案,为后续医学研究提供了新方向。

新型无线电能传输三维耦合机构的设计与优化

为了进一步提高无线电能传输系统(WPT)的空间自由度,提出了一种新型类半球体状发射机构,从理论角度出发,利用互感叠加原理与等效电路模型分析了三维无线电能传输系统的特性;建立阵列式三维电能传输系统仿真模型,分析不同控制方式下的磁场分布规律,分别从距离特性与磁场分布研究系统传输性能,并搭建了无线电能三维传输实验系统,对该发射机构的传输性能进行验证。结果表明:新型结构最远可在400 mm处实现效率为19.2%的能量传输;在相同距离下,处于同一水平面的负载线圈在各方向接收功率最大效率偏差仅为8%,具有高均匀度磁场;该新型三维耦合机构具有空间高自由度、无方向性等良好的传输性能。

鸭舵式修正弹弹道模型建立与仿真分析

为研究鸭舵式修正机构的修正能力,以某口径高速旋转稳定弹为模型,研究鸭舵对弹丸的作用力和力矩以及弹丸所受空气动力;并在弹箭外弹道学的理论基础上,利用外弹道学常用坐标系及它们之间的转换关系,构建出鸭舵式修正弹七自由度刚体运动方程的数学模型。基于气动分析结果,采用四阶龙格-库塔方法计算得到修正弹的外弹道参数,得出仿真弹道轨迹,并与实际弹道轨迹进行初步对比。研究结果表明,鸭舵式修正机构的仿真分析与实际弹道轨迹相符,并能够对修正能力进行预测。

一种新型六自由度FDM打印机结构方案设计

FDM技术(熔融层积成型技术)作为制造业企业运用最广泛的一项关键技术,在打印悬空、复杂几何形状试制件过程中产生大量的支撑结构,会造成打印丝材的浪费和降低打印效率,同时还会导致所打印的产品表面质量降低以及繁重的产品后处理工作。基于FDM龙门结构,通过增加打印平台2个旋转自由度和打印喷头的1个旋转自由度,提出了一种新型六自由度FDM打印机结构设计方案;并对打印平台和打印喷头的传动结构作进一步三维结构设计;对模型进行了仿真试验,验证了该装置能有效实现减少支撑结构效果,这对于FDM打印机结构设计优化提出了新的发展思路。

双曲正切包装系统关键部件三维冲击谱研究

研究双曲正切包装系统关键部件脉冲响应特性。建立二自由度非线性产品包装系统模型,得到冲击动力学方程并数值求解。依据结果得到关键部件三维冲击谱,并进一步讨论了频率比、阻尼、脉冲激励幅值和系统参数对关键部件冲击谱的影响规律,结果表明,频率比、阻尼、脉冲激励幅值和系统参数对关键部件冲击响应峰值影响显著,研究结论为产品包装设计提供科学依据。

基于自由度变动的直线尺寸公差数学模型

公差对于CAD/CAM集成十分重要,而如何正确地解释其语义则是关键.结合运用自由度和变动思想,给出了直线基于自由度变动的数学表示方法;探索了基于直线在零件中的方位的分类方法.基于此,详细研究了不同类型直线的尺寸约束模式,系统地推导了不同尺寸约束模式下的尺寸公差数学模型,准确完整地表示出尺寸公差的语义.

阻尼对正切型包装系统易损件冲击谱影响

研究考虑易损件的正切型包装系统在半正弦脉冲激励下的冲击特性。建立考虑阻尼的二自由度非线性产品包装系统模型,得到冲击动力学方程并数值求解。讨论了易损件与主体连接部阻尼和缓冲垫阻尼对易损件冲击谱的影响规律。结果表明,在低频率比处连接部阻尼和材料阻尼的影响均很显著,而在高频率比处,连接部阻尼几乎没有影响。研究结论为产品包装设计提供科学依据。

基于非线性单元模型的绳系卫星系统动力学

建立连续绳系卫星系统的离散的可变自由度有限维动力学模型,描述其长时间空间大范围运动.绳系卫星系统为复杂的非线性动力学系统.考虑了系绳的黏弹性、分布质量和空间位形,使得建立的改进珠式模型能够细致地描述系绳的纵横向振动.根据绳索只能受拉而不能抗压的特性引入了系绳单元的松弛模型,准确反映系绳真实受力情况.研究了系统自由度改变的实现方法,通过数值积分计算得到了绳系卫星系统释放、收拢和保持阶段的长时间历程的动力学响应,计算结果是收敛的.仿真结果印证了稳定平衡位置在绳系系统动力学中的重要特性.

花样游泳集体自由自选动作中空间和三维空间运用的研究

集体自由自选动作中空间和三维空间的运用是评判一套花样游泳自由自选编排全面性、艺术创新以及运动员整体能力利用的重要依据之一。以此为创新点,将第28届奥运会、第29届奥运会、第30届奥运会和第14届世界游泳锦标赛顶级赛事上花样游泳取得前六名的队伍为主要研究对象。釆用录像解析统计法、数理统计和逻辑分析法对前述顶级赛事所得到的数据指标进行对比分析,研究花样游泳集休自由自选项目中空间和三维空间运用情况。通过研究得出如下结论:在集体自由自选动作中占领空中优势,发挥立体效果是当前世界花样游泳集体自由自选总体编排的一个新趋势。托举技术是花样游泳占据空间领域的主要技术之一。托举次数、托举组合次数和托举总时间比例是全套动作编排的重要内容和不可忽略的因素。立体队图形也是花样游泳空间技术的主要部分。托举技术三维空间的利用是空中编排总发挥技术亮点和艺术亮点不可缺少的元素。利用好三维空间,创作出更难、更新、更高的托举动作可提升全套动作的技术水平和艺术水平。中国队应在托举次数、托举组合次数、托举时间比例上、立体队图性上改进与提高,以集体自由自选动作中空间的运用,占领空间优势。加强托举的多维,多方向的旋转,提高三维空间的运用。这些方面中国亟待解决的问题。

单自由度冲压机构优化设计及其运动仿真

在冲压机构上定义坐标系,对冲压机构的运动学进行分析,推导出冲压机构滑块的位移、速度及加速度公式.导槽轮廓设计选择n阶贝塞尔曲线,采取优化方法得出冲压机构连杆及驱动杆的最佳尺寸.结合具体实例,在三维建模软件SolidWorks中构建冲压机构实体模型.采用ADAMS软件对其进行运动仿真,得到滑块的运动特性曲线.同时,与传统冲压机构的仿真结果进行对比分析.仿真结果显示：单自由度冲压机构滑块速度和加速度（每个周期滑块大约位于0.3~0.7s的位置处）比传统冲压机构平稳,能够很好地满足深冲压模具的要求.

基于虚拟样机技术的四自由度机械手设计与仿真

四自由度机械手广泛地应用于工业、农业等领域中,发挥着重要的作用。为此,提出了基于虚拟样机技术的机械手设计思想和总体设计方案,并利用三维设计软件CAXA2007进行了机械手零部件的设计。在此基础上,利用动力学仿真软件ADAMS2004对机械手进行了虚拟样机建模与仿真,分析机械手设计中存在的缺陷。为了便于机械手的数控加工,利用CAXA2007软件中的数控加工模块对机械手零部件进行了数控加工编程。

3-UPS/PU型飞行模拟器驱动平台基于模拟性能的尺度综合方法

研究了一种三自由度飞行模拟器驱动平台的尺度综合方法。该驱动平台由动平台、静平台、3条UPS无约束主动支链和1条PU恰约束从动支链组成,并提出从动支链由气动支撑单元构成,通过压缩气体承载主要负载,以提高驱动平台的模拟性能。基于Rayleigh商和向量的性质,提出了基于向量2范数的模拟性能评价指标,通过单调性分析讨论了各尺度参数对驱动平台刚度、操作性能和模拟性能的影响规律,并通过该影响规律寻求评价函数的最优解。最后通过算例验证了该方法的有效性。

三次非线性包装系统关键部件三维冲击谱研究

研究三次非线性包装系统关键部件脉冲响应特性。建立二自由度非线性产品包装系统模型,得到冲击动力学方程并采用数值方法求解。依据结果得到关键部件三维冲击谱,并进一步讨论了频率比、阻尼、脉冲激励幅值和系统参数对关键部件冲击谱的影响规律,结果表明,频率比、阻尼、脉冲激励幅值和系统参数对关键部件冲击响应峰值影响显著,研究结论为产品包装设计提供科学依据。

球面并联机构的结构降耦及其位置正解求解

基于一般结构的S+3-SPS球面机构的耦合度分析,通过动平台二球副重合的方法,使之结构降耦演变为0耦合度球面机构,并得到其位置正解的解析解;而对于k=1的一般结构的S+3-SPS,虚设一条支链使机构包含k=0的零耦合度机构,再在约束度为-1的支链上建立一个一元运动相容性方程,并采用一维搜索法求得全部正解数值解。这种基于耦合度分析的求解并联机构位置正解的程式化通用方法,易于实现计算机自动生成,并适用于其它含SPS支链并联机构位置正解的快速求解。

步进摩擦分析测试平台的研制

研制了步进摩擦分析测试平台,可用于检测人体在静止及运动路面上的步进摩擦特性.该平台主要由六自由度摇摆台、三维测力台和数据采集系统三部分构成,六自由度摇摆台可提供六个自由度的任意组合运动,用来模拟舰船、海浪和地震等工况;三维测力台可测量出人体在行走时的三维力和力矩;数据采集系统将六自由度运动平台和三维测力台的输出数据采集并保存到计算机中,用来分析人体运动时的步进摩擦特性.采用研制平台进行了一组试验,结果表明:人在上、下坡行走时的垂直地面反作用力与在水平路面行走时的垂直地面反作用力具有不同的分布规律,并且垂直地面反作用力均随坡度角的增大而减小.

某导弹仿真系统中的视景技术研究

文中应用OpenGL进行导弹的飞行仿真,形象逼真地显示了导弹的飞行轨迹和导弹在各阶段的飞行姿态;详细论述了三维场景的建立、多视点和多窗口的设置、导弹的数据驱动和系统流程等;最后给出了仿真结果及导弹飞行过程的场景效果图。

半正弦脉冲激励下考虑易损件的正切型包装系统冲击特性研究

研究考虑易损件的正切型包装系统在半正弦脉冲激励下的冲击特性。建立二自由度非线性产品包装系统模型,得到冲击动力学方程并数值求解。提出适合描述考虑易损件的产品包装系统三维冲击谱新概念,并进一步讨论了频率比、脉冲激励幅值和系统参数对易损件冲击谱的影响规律,结果表明,频率比、脉冲激励幅值和系统参数对易损件冲击响应峰值影响显著,研究结论为产品包装设计提供科学依据。

基于共享内存的过约束多自由度振动台解耦控制方法

为了提高由过约束作动器驱动的地震模拟振动台振动信号的复现性能,对振动台和控制系统进行建模和小尺寸模型振动台试验验证,分析了采用8个作动器耦联驱动的小型三向六自由度振动台系统特性,在理论上采用正、反运动学模型对其进行动态解耦;利用混合试验中的共享内存具有的实时存储与读取的功能,以控制器、Speed‑Goat及数据采集系统构建去中心化的控制系统硬件平台,采用SpeedGoat旁路控制器,对所提出的解耦控制方法进行了试验验证,证明了该控制方法的可行性和可靠性。经试验验证的机构解耦算法运算量小,可拓展多种更复杂的控制方法,在硬件平台更普适。

悬架参数对行驶平顺性和道路友好性的影响

为探讨悬架系统对乘员舒适性及车辆造成道路破坏程度的影响规律,建立了能反映四轮随机输入下车辆振动状况的十自由度三维空间模型,根据行驶平顺性和道路友好性各自评价指标进行了数值仿真,分析了悬架刚度、阻尼值对平顺性和道路友好性的影响,并在现有悬架参数基础上提出了改善二者的合理性建议:应稍减小后悬架刚度,减小前悬架阻尼至最佳阻尼值,适当增加后悬架阻尼值。

线性包装系统关键部件三维冲击谱研究

本文研究线性包装系统关键部件在半正弦脉冲激励下的冲击特性。通过建立二自由度线性包装系统模型,得到冲击动力学方程并数值求解。依据结果得到关键部件三维冲击谱,并进一步讨论了频率比、脉冲激励幅值和系统参数对关键部件冲击谱的影响规律。结果表明,频率比、脉冲激励幅值和系统参数对关键部件冲击响应峰值影响显著。研究结论为产品包装设计提供了科学依据。