基于表面肌电信号的手指运动模式识别系统

目的:建立一套基于表面肌电信号(sEMG)的手指运动模式识别系统。方法:研发了基于有源电极的sEMG检测装置和包含信号采集、分析、离线识别和在线识别模块的配套软件。结果:该系统能够同时采集4个通道sEMG数据,用16种时域、频域和时频域方法对其分析,并可以对7种sEMG特征提取及分类方法进行对比研究,还能在线控制假手。结论:本系统为多指、多自由度假手sEMG控制方法的研究提供了一个实验平台,该系统不仅可以用于手指运动模式识别,而且也可以用于人体其他运动模式的sEMG特征提取方法和分类器的对比研究。

超高层建筑多自由度气弹模型的优势及制作方法

首先简要对比了测力天平、刚性模型测压、强迫振动、气动弹性模型等四种试验手段的特点,然后着重分析了底部弹性支撑的摆式气弹模型和多自由度气弹模型试验结果的差异,分析发现,对超高超柔的方截面建筑而言,摆式模型所得的横风向风致响应在小风速下比多自由度模型略大,而在包含横风向共振风速在内的大风速下则明显大于多自由度模型,其气动阻尼特性、气动刚度特性和表面风压相干性等倾向于使摆式模型出现相对较大的风致响应。究其原因,是因为只模拟一阶模态的摆式模型在反映流固互制气弹效应方面不够真实且不及多自由度模型精细,即参振模态的不同(包括参振模态数量、高阶与低阶平动频率比、扭转与平动频率比)会使振动形式发生改变,进而影响振动时的气弹效应并改变振动位移。在此结论的基础上,提出了多自由度气弹模型改进设计方法,该方法考虑了低阶与高阶频率比、平动与扭转频率比的可调性,同时解决了模型弯剪振型成分的可控制性和阻尼调节等问题,以期为实际项目的多自由度模型制作和相关研究提供便利和参考。

电网行波故障定位装置的最优化配置及其改进算法

通过分析行波在电网中的传输特性,根据传输线路故障后的行波方程和电网络拓扑结构,提出了一种基于多自由度的行波装置最优化配置和定位算法。该算法根据行波在电网中传输的自由度,通过求解最大非奇异子集获得最优化配置结果。通过该算法不仅能得到行波故障定位装置的最优化配置,还能有效避免断路器状态的不可靠信息,如断路器发生误动或者拒动对故障定位的影响。利用经过多自由度优化配置的行波装置,通过多点协调实现故障定位。仿真分析表明,该算法简单、可靠,而且能有效地节省行波定位装置的投资成本。

基于分布式多极磁场模型的永磁多自由度电机位置检测方法研究

随着现代高新科技的迅速发展与多自由度机械关节操控的需求,多自由度运动电机已引起国内外学者广泛的关注与研究。本文首先介绍了一种新型永磁转子偏转式三自由度运动电机的结构模型和工作原理,进而给出了基于分布式多极磁场模型的永磁体建模及转子位置检测的求解方法,在此基础上对磁场建模进行了仿真验证,应用多项式逼近法明确给出检测出的磁场与转子位置的关系。仿真结果表明了该方法的可行性,为进一步的研究和实验提供了借鉴和参考。

混合驱动式永磁多自由度电机磁场及转矩分析

针对目前多自由度仿生电磁驱动研究所面临的问题,提出了一种新型的采用液质悬浮模式的混合驱动永磁多自由度电机。文章详细介绍了电机的结构及工作原理,建立和提出了适合于该电机的磁场和转矩计算方法;采用解析法和有限元法对电机气隙磁场进行对比分析,分析结果相互验证。最后对该电机大范围运动和精细运动的转矩特性进行了计算和仿真。研究结果表明该电机结构的合理性,并为电机进一步的优化及实验提供理论及数据支持。

手动液压巨石移除机

在断电和没有大型工程机械的情况下，为了清除阻挡道路的巨石，利用液压缸推力大的原理，提出一种手动多自由度液压巨石移除机。该机器有多个自由度，利用其前后加长杆，方便推移距山体1—5m的巨石，该机器可广泛应用于地震等自然灾害的破障救援中。

多自由度超声电机振动频率的修正

多自由度超声电机是将两种以上的超声振动模式按照一定的方式组合,通过在定子表面的椭圆运动实现转子的多自由度转动。该文对纵弯复合模式圆柱形多自由度超声电机的振动特性进行了研究,该电机的定子由两组夹心式振子组成:一组夹心式压电片在电压激励时能在纵向产生较大的振动位移;另一组夹心式压电片由2个纵向振动的压电片和4个铜电极组成,用于产生两个方向的弯曲振动。为了研究电机的工作特性,参照换能器频率的计算方法,通过纵弯振动的波动方程推导了电机纵弯振动频率方程,考虑多自由度工作时,电机定子纵弯振动的相互影响,对纵弯振动频率方程进行了修正,并将理论计算结果、数值仿真结果及实验测试结果进行了比较,证明了理论计算的正确性。

面向航天员虚拟训练的人机交互系统研制和测试

根据航天员地面虚拟训练的需求,设计了一套面向航天员虚拟训练的人机交互系统,研制了具有真实感与临场感的多自由度手臂力反馈设备,实现了航天员虚拟训练环境中的抓握、推拉等带力觉感受的各种交互操作,增强虚拟仿真环境的沉浸感受,提高仿真训练的逼真度。面向航天员虚拟训练的人机交互系统包括手臂力反馈设备、硬件系统以及软件系统。手臂力反馈设备具有7个运动自由度,包括三自由度平动、三自由度转动以及食指运动的自由度;硬件系统主要是下位机采集光电编码器的信号发送给上位机以解算力反馈设备末端位置,以及接收上位机的力反馈执行参数以控制力反馈执行器;软件系统基于Unity3D平台,搭建了虚拟空间舱训练环境,并且实现了上位机与下位机的接口通讯以及位置和力的解算。还提出了基于磁流变液控制的力反馈方法,独立设计了一种新型的磁流变液阻尼器作为力反馈执行器。整个系统工作空间可达0.4 m×0.4 m×0.5 m,位置测量精度高达3 mm。系统结构设计上的创新实现了机械解耦、力和力矩的解耦,整个系统工作空间大、安全性能高、输出力大、位置测量精度高,并且还可广泛应用于康复医疗、虚拟手术等领域,应用面广泛。

多自由度工业机械手的开发与研究

多自由度工业机械手是六轴机械手,其组成是由机械手下固定座、手爪、手转轴、手摆臂等机械结构、机械手控制气路以及控制电路部分,机械控制和气路控制部分包含传动结构部分和驱动动力部分、位置运行检测部分等组成。用可编程PLC程序来控制整个机械手的运行实施,动力可用伺服电机精确控制传动、涡轮来实现动力的转向等,达到整台机械手按一定的设定程序来实现动作要求,并且有序,有一定的运动范围轨迹,各轴之间有一定运行时间和速度的过程[1]。

人体足踝动态模拟加载控制系统研究

研究了足踝生物力学仿真实验台的控制问题，它具有多输入多输出、非线性、强耦合、控制目标多样的特点。通过离线的PID迭代学习的算法，在实际系统上验证了该算法的有效性与可靠性，经过4～5次的迭代学习，输出曲线与目标曲线的均方根误差收敛到13N，小于模拟负载的5％，控制效果符合预期。研究结果表明，实验台可以在5s的时间内完成1个支撑相的模拟，3个方向的足底反力都具有重复性和可控性，在50％的人体质量下可以使M型曲线收敛到目标曲线。

履带无人车半实物仿真平台研究

针对履带无人车的环境适应能力和越障能力，研究了一种履带无人车半实物仿真系统。设计并实现了一种具有履带模拟、垂直振动、多轴摇摆的多自由度仿真平台。对仿真平台的动态指标性能进行了实验验证。实验结果表明，该仿真平台可满足某型履带无人车的仿真要求。

多自由度体系非线性振动控制装置失效的拟力法-多市场机制研究

随着结构自由度的增多,控制信息量大幅度增加,控制系统的失效概率将增大。集中式控制策略存在明显的不足,分散控制已成为研究的热点。基于市场机制控制(market-based control,MBC)理论作为一种典型的基于非经典信息的控制方法,只需离散层的信息,属于分布式控制。拟力法(force analogy method,FAM)作为一种弹塑性结构动力分析方法,具有计算速度快,存储空间小等优点。将拟力法与多市场机制控制(multi-MBC,MMBC)策略相结合,可以高效地求解结构非线性控制问题。基于拟力法基本理论,构造了对数供需函数模型,提出了非线性MMBC分散控制器的设计方法。数值分析表明,设计的非线性MBC分散控制器可以取得很好的控制效果,在控制装置失效时,非线性MBC控制策略具有较强的自适应性;并且可以通过价格机制实时对结构进行最优控制,具有较强的鲁棒性。