CATIA V5人机工程分析方法在康复器设计中的应用研究

以CATIA V5为人机工程学的应用研究提供的平台,主要说明了虚拟人体模型的建立及其人体姿态仿真在康复器设计领域应用的具体方法.建立了人体三维模型和产品的三维模型,对人使用产品的过程进行模拟,并对其使用过程中的舒适性等指标进行测试,从而发现产品设计的缺陷与不足,改进产品的设计.     

充电式四肢运动康复器的设计

设计并制作一种全新的带充电功能的四肢运动或康复用的健身器材。介绍了其创新设计特点、工作原理,并对一些重要的设计参数进行了计算。四肢运动康复器是根据人体运动规律设计的运动康复器材,可供单人或两人结伴锻炼,具有锻炼、听音乐、充电蓄能等多种功能。     

空间飞行器大角度姿态机动混合H2/H∞控制

提出一种基于平方和优化的空间飞行器大角度姿态机动混合H2/H∞控制方法.为适应飞行器大角度姿态机动的要求,采用修正的Rodrigues参数描述卫星的姿态运动,并将飞行器姿态运动学和动力学方程转化为线性参数可变(LPV)系统;为降低设计的保守性,通过引入附加松弛变量,提出一种系统矩阵与Lya-punov矩阵分离的混合H2/H∞性能准则;基于该性能准则,运用Lyapunov方法和平方和优化技术,推导出飞行器大角度姿态机动混合H2/H∞状态反馈控制器存在的充分条件,并将混合H2/H∞控制器设计问题转化为具有平方和约束的参数优化问题.     

三自由度并联姿态测量机构误差建模

提出了并联结构的三自由度姿态测量装置，将其连接到三自由度串联结构位置测量仪的末端可实现对被测物体六自由度位姿综合测量，通过机构分析得出了被测物体姿态的显式解。对三自由度并联姿态测量机构的测量误差进行建模，姿态角的测量误差以显式给出，测量时各位姿下的测量误差可实时显示，为机构设计参数的优化奠定了基础。     

针对多姿态迁移的虚拟试衣算法研究

针对人体姿态迁移结果会损失服装和人脸等大量细节,以及现有的虚拟试衣算法没有实现多姿势迁移,提出一种新的姿态迁移网络。通过设计解析图生成网络,对目标姿势的解析图进行生成,再对空间变换网络(Spatial Transformer Network, STN)扭曲目标服装进行正则限制,最后利用优化的融合网络对服装和人体进行融合得到最终的姿态迁移图像。实验结果表明了该方法具有较高的鲁棒性和可靠性。     

空间飞行器大角度姿态机动控制能量优化

空间飞行器姿态控制系统以开关式小推力器为执行机构, 为实现该飞行器在执行Rest-to-Rest大角度姿态机动任务的过程中消耗燃料最小化,从姿态控制律设计和姿态机动指令设计两方面出发进行能量优化.首先, 给出了空间飞行器6个脉冲式姿控发动机布局, 建立了用四元数描述的空间飞行器大角度姿态机动非线性控制系统的数学模型.在此数学模型的基础上,设计了一种空间飞行器三轴大角度姿态机动非线性PD控制律,并用Lyapunov方法证明了非线性姿态控制系统的稳定性.设计了三轴姿态控制中6个脉冲式姿控发动机的分配逻辑.为了配合开关式小推力器以脉冲宽度调制方式近似输出连续型控制量并减少燃料消耗,在非线性PD控制律中引入了3个开关门限,并应用粒子群与遗传算法优化选取这些开关门限.在Rest-To-Rest的大角度姿态机动指令设计中,提出了一种令欧拉角匀速变化的角速度和四元数指令规划方法,提高了姿态控制系统的瞬态响应品质,并相对于阶跃型指令明显减少燃料消耗.结果表明,数值仿真验证了非线性控制律的开关门限设计,以及Rest-To-Rest的大角度姿态机动指令设计在减少燃料消耗方面的有效性.     

小卫星大角度姿态机动的变结构控制方法

大角度姿态机动是高分辨率遥感小卫星的关键技术之一,在反作用轮速率饱和限制条件下,为获得较短的机动时间,在极大值原理和变结构控制理论的基础上,提出分步优化的方法,设计了次最优控制,避免了直接优化控制存在的困难,仿真结果表明：控制算法能在反作用轮速率饱和限制条件下较快地实现姿态大角度机动,具有设计简单、易于实现和鲁棒性好等特点。     

过驱动航天器自适应姿态补偿控制及控制分配

针对过驱动航天器存在执行机构安装偏差及外部干扰问题,提出一种自适应姿态补偿控制策略,应用Lyapunov稳定性理论证明了该控制算法能够在有限时间内实现姿态几乎全局渐近跟踪控制．同时考虑执行机构冗余特性及其控制力矩位置和速度约束,设计最优动态控制分配策略保证控制力矩的平稳性和能量最优．最后将设计的控制器与控制分配策略应用于某型航天器姿态跟踪控制,仿真结果表明该方法对不确定惯量特性具有良好的鲁棒性,对执行器安装偏差与干扰具有较好的补偿控制能力,并验证了该控制分配策略具有较好的能量优化控制能力．     

基于CATIA环境下的下肢康复器械系统评估

以一款下肢康复器械为例,调整人体模型各关节角度,模拟人体在使用下肢康复器械过程中的姿态,运用CATIA软件强大的人机分析模块,对人体使用康复器械进行系统评估,得出康复器械设计的优化数据,对未来的下肢康复器械设计起到更好的指导作用.     

圆锥环境作为姿态算法优化环境的适用性分析

由于圆锥环境的运动形式过于简单,使得基于其获得的优化系数在实际运动环境中应用的适用性受到质疑。针对上述问题,采用无穷项傅里叶级数展开的方法描述了载体的实际运动环境,基此对姿态算法相关公式进行了重新推导,并得出了相应的姿态算法优化系数,在理论上证明了圆锥环境可以作为姿态算法优化环境。证明了增加姿态算法的子样数,提高陀螺仪的采样频率可以有效抑制姿态算法解算误差。仿真结果表明了相关结论的正确性。     

车用摄像头锁紧装置姿态调整系统设计

针对汽车倒车用摄像头在装配过程中对锁紧装置的自动化装配能够实现锁紧装置的姿态调整要求,设计了姿态自动调整系统。采用激光照明和PIN-FET （Field Effect Transistors）混合集成光电接收器配合定时器联合工作,对锁紧装置的姿态进行识别,并通过翻转装置对锁紧装置的姿态进行调整,送由机械手完成锁紧装置的拾取与安装,实现车用摄像头的自动锁紧装配。结果表明,基于激光照明和PIN-FET混合集成光电接收器配合定时器联合工作的姿态自动调整系统,正确率高,锁紧装置在运送过程中即可完成识别,有效提高安装效率。     

脑血栓康复训练器的机械结构设计

为提高我国脑血栓患者的康复效率,减轻护理强度,设计了一种针对脑血栓患者的康复训练机器人。该康复训练机器人可协助患者在站立姿态和坐姿之间切换,坐姿状态下,康复训练机器人可实现电动轮椅的功能,在站立姿态下可利用仿生外骨骼装置辅助患者进行行走训练。     

自行走地下掘进机器人导向系统的测量方法

针对目前自行走掘进机器人姿态测量设备只能依靠人工操作, 无法连续、实时动态测量的缺点, 基于三点法姿态测量, 提出了一种多目标点的自动测量方法.该方法采用激光发射模块与接收模块, 利用前方交会原理, 通过测量多点坐标完成机器人的姿态测量;介绍了测量装置的总体架构和硬件设计方案, 并对测量误差进行了分析;同时采用卡尔曼滤波算法对测量坐标进行预测补偿, 提高了测量精度.仿真结果表明:这种测量装置可以提高系统的实时性, 且数据处理方法对系统噪声和量测噪声有抑制作用.     

形状记忆合金驱动手指功能康复外骨骼设计

为了研制适应关节黏弹特性、轻便、可穿戴的手指功能康复装置,在分析手指关节、肌腱运动机理的基础上,设计形状记忆合金（SMA）丝驱动的手指功能康复装置.建立该装置的运动学模型和SMA驱动模型,提出基于SMA丝电阻反馈的模糊神经网络PID控制方法,研制手指功能康复外骨骼样机,进行样机的运动性能和控制性能实验.结果表明,仿生外骨骼实现了预期的手指被动康复运动,拇指、食指和中指的最大弯曲角度与人体手指的弯曲角度相近,分别为130.5°、236.4°、242.5°;仿生外骨骼能够辅助手指完成日常抓握动作;模糊神经网络PID相比于传统PID控制,有效缩短了仿生外骨骼的响应时间,手指的屈伸康复频率为6次/min.     

人和动物的步态与步行机器人

对人、四足动物、蛇、毛虫的行走方式和躯体形态以及它们在步态、体态方面的差别进行了综合论述,进而对不同行走方式的机器人的步态策略进行了论述。展望了动物步态和仿生步行机器人研究的发展前景。     

500kV无人值班变电站直流电源容量配置的改造方法

直流系统是变电站的重要组成部分,其设计方案的合理性直接影响变电站的安全、可靠运行。针对500kV变电站实现无人值班新模式,对直流电源的安全性、可靠性提出更高的要求;统计分析现有有人值班的500kV变电站直流用电负荷,介绍了近年来变电站直流电源技术的发展;分析变电站内的各种直流负荷,提出满足实际需要的蓄电池容量和充电装置容量的选择方案;最后,以安徽某500kV无人值班变电站直流系统为例,计算并配置该变电站直流电源容量,为同类直流电源改造提供了参考。     

管道内检测导航定位技术

针对管道内检测器在管道运行中的定位问题,提出了一种利用导航定位系统进行管道内检测器定位的辅助方法.当管道内检测器进行管道检测时,在管道内检测器上加装惯性导航器件（IMU）构成导航定位系统,将获得的导航定位信息和速度修正信息存储在存储器中.利用导航算法对数据进行处理,采用卡尔曼滤波器对误差进行修正,分析得出管道内检测器的姿态变化和位置变化信息.实验结果表明,通过计算能够获得实验模型运行的姿态变化信息,描绘出实验模型的行进轨迹,分析出实验模型对于初始位置的地理坐标变化情况,为工程实验提供了更多的参考信息.     

基于Android的桥梁检测车安全监控系统的设计

为解决国内桥梁检测车全局监控设备以及碰撞警报设备缺乏的问题,设计并实现了基于Android平台的一套智能监控系统。该系统通过倾角传感器采集的数据,用3D模型实时模拟机械臂的姿态,以达到全局监控的目的。同时可以根据实际情况构建虚拟障碍物,实现机械臂与障碍物碰撞的逼真模拟与警报。结果表明,该系统性能可靠、实用性强,不但解决了传统视频监控无法达到全局监控的问题,还对人工规避障碍物提供了可靠的参考。     

基于加速度识别的姿态交互研究

手势识别作为人机交互的一种重要实现技术一直是模式识别领域的研究热点之一.提出一种基于加速度的手势识别方法.首先为每个手势动作建立隐马尔可夫模型,通过采集到的手势动作的加速度值对模型进行优化,再利用优化的模型对加速度序列进行分类,根据加速度的不同对手势进行识别.该方法在手持移动设备上有良好的识别效果,对手持移动设备的交互研究具有重要意义.