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骨骼肌收缩的生物电化学变频调控原理——基于分子马达运行机制的骨骼肌生物力学原理(Ⅱ)

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中国科学：技术科学 2012年第8期42卷 901-910页

作者：殷跃红陈幸上海交通大学机器人研究所机械系统与振动国家重点实验室上海200240

以骨骼肌肌纤维中的肌小节为对象,建立了肌膜动作电位活动与由动作电位引发的肌小节内Ca2+浓度变化的生物电化学模型,并给出了相应的数学描述;以此模型为基础,从控制学角度阐明了由分子马达集体运作产生的肌纤维稳态收缩功率的调控方式... 详细信息

以骨骼肌肌纤维中的肌小节为对象,建立了肌膜动作电位活动与由动作电位引发的肌小节内Ca2+浓度变化的生物电化学模型,并给出了相应的数学描述;以此模型为基础,从控制学角度阐明了由分子马达集体运作产生的肌纤维稳态收缩功率的调控方式,即作为控制信号的动作电位如何调控作为驱动信号的Ca2+浓度,及其间接调控肌纤维等长收缩力的原理与相关特性,并设计实验对收缩力与动作电位激励频率之间的关系进行了验证;相应地,本文进一步阐述了动作电位对肌纤维的动态收缩功率的调控方式是变频控制,并导出了从动作电位频率变化到肌小节内Ca2+浓度变化的传递函数,分析了肌纤维收缩的频域特性.另一方面,由理论分析的结果出发,提出了表征从控制信号触发到肌纤维开始收缩的最小滞后时间——"肌电时间常数"的概念,最后讨论了肌纤维收缩的变频控制方式的物理内涵及其合理性.

关键词：分子马达肌纤维动作电位 Ca2+浓度调控原理

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非球面超精密磨削误差建模与补偿研究

机床与液压 2023年第2期51卷 87-93页

作者：徐俊东殷跃红上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为提高课题组自研的超精密磨床加工精度,基于多体系统理论,运用齐次坐标变换原理,分析该超精密磨床37项几何误差来源,对非球面超精密磨削的综合误差建模。超精密磨床的多项几何误差元素已在制造阶段标定、补偿,取砂轮对刀误差和砂轮轮... 详细信息

为提高课题组自研的超精密磨床加工精度,基于多体系统理论,运用齐次坐标变换原理,分析该超精密磨床37项几何误差来源,对非球面超精密磨削的综合误差建模。超精密磨床的多项几何误差元素已在制造阶段标定、补偿,取砂轮对刀误差和砂轮轮廓半径磨损误差作为主要面形误差来源,分别推导其对综合误差的传递函数,分析误差辨识方法,建立误差修正补偿模型,提出基于直接补偿的点补修正法。试验结果表明:建立的综合误差模型正确,根据误差辨识方法和修正补偿模型,修正误差后面形误差显著降低,有效提高面形精度。

关键词：超精密磨削非球面多体系统理论误差补偿

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分子马达集体运行机制及肌小节动态力学模型

中国科学：技术科学 2011年第8期41卷 1533-1540页

作者：殷跃红郭朝上海交通大学机器人研究所机械系统与振动国家重点实验室上海200240

分子马达的集体协作运行机制尚未有效揭示清楚,本文以骨骼肌中的肌小节为研究对象,利用非平衡态统计力学方法分析肌球蛋白分子马达的集体运行特性,构建肌小节系统的动力学方程和概率密度函数的Fokker-Planck方程,推导出肌小节主动收缩... 详细信息

分子马达的集体协作运行机制尚未有效揭示清楚,本文以骨骼肌中的肌小节为研究对象,利用非平衡态统计力学方法分析肌球蛋白分子马达的集体运行特性,构建肌小节系统的动力学方程和概率密度函数的Fokker-Planck方程,推导出肌小节主动收缩力学模型.根据分子马达的实际状态对模型进行化简,利用状态跃迁速率计算分子马达位移变量的概率密度分布,重点讨论了[ATP]和负载力对概率密度、主动收缩力以及收缩速度的影响,分析可知随着[ATP]的增大,收缩力和收缩速度也逐渐增大,在[ATP]饱和后,肌小节的收缩力和收缩速度保持不变;收缩速度随着负载力的增大逐渐减小到零;收缩力与肌小节的长度关系和粗细肌丝的有效作用长度有关,随着有效长度减小而减小.以上分析与Hill描述的肌肉宏观特性比较吻合,验证了模型的有效性.

关键词：分子马达肌动蛋白肌小节集体特性肌肉力学模型

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光学大镜复杂曲面的少轴磨削几何学原理

中国科学：技术科学 2013年第8期43卷 901-911页

作者：姜振华殷跃红上海交通大学机器人研究所机械系统与振动国家重点实验室上海200240

超精密磨削是加工复杂光学大镜的重要手段.复杂光学镜面的超精密磨削传统上采用五轴磨床,难以保证磨床很高的刚度和精度要求.少轴磨削方法减少了磨床轴数,提高了磨削系统的刚性,可以最大程度地减小机床磨削硬脆材料时的变形.但是少轴磨... 详细信息

超精密磨削是加工复杂光学大镜的重要手段.复杂光学镜面的超精密磨削传统上采用五轴磨床,难以保证磨床很高的刚度和精度要求.少轴磨削方法减少了磨床轴数,提高了磨削系统的刚性,可以最大程度地减小机床磨削硬脆材料时的变形.但是少轴磨削时砂轮表面的磨削作用点不确定、且随工件表面曲率变化的特点增加了其几何学上的复杂性,并且对砂轮工作表面形状几何精度提出了更高的要求.本文针对少轴磨削时砂轮磨削点不确定的特点,对砂轮几何形状进行了参数化表征,从几何学的角度揭示了少轴磨削与五轴磨削之间的关联关系,建立了少轴磨削虚拟轴等效原理模型;提出了基于光学镜面几何性质、磨床特性、工艺要求的弧面砂轮几何参数与轴倾角的定量确定方法;基于曲面一点处Gauss曲率的性质,获得了三移动轴磨削方式下弧面砂轮磨损规律以及因磨损导致的镜面面形误差分布.最后通过仿真验证了以上原理与方法的正确性.

关键词：几何学少轴磨削砂轮磨损复杂曲面光学大镜

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变压强研磨数学力学原理与去除效率分析

科学通报 2016年第8期61卷 862-871页

作者：徐勇殷跃红上海交通大学机器人研究所上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

提出了大型光学镜面变压强的高效研磨方法.传统研磨中普遍采用常压研磨的方式,很大程度上阻碍了去除率与收敛率的进一步提高.大量实验表明去除效率与压强之间并非线性关系,本文从研磨盘、磨粒与工件的几何学关系推导变压强条件下有效磨... 详细信息

提出了大型光学镜面变压强的高效研磨方法.传统研磨中普遍采用常压研磨的方式,很大程度上阻碍了去除率与收敛率的进一步提高.大量实验表明去除效率与压强之间并非线性关系,本文从研磨盘、磨粒与工件的几何学关系推导变压强条件下有效磨粒的分布规律,进而建立压强、磨粒运动形式与材料去除方式的映射关系,研究变压强条件下材料去除机理以及磨粒运行轨迹的微分几何描述,进而推导变压强条件下的非线性去除函数;通过音圈电机驱动的变压强研磨工具,利用机器人研磨平台实现了大型光学镜面的变压强高效研磨.

关键词：变压强高效研磨复杂光学大镜

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柔性抓取机器人时间最优轨迹规划方法

机电一体化 2023年第1期29卷 12-17页

作者：王洋殷跃红上海交通大学机械与动力工程学院机器人研究所上海200240

本文以自主设计的一款用于柔性抓取搬运作业的机器人为研究对象,对其抓取搬运过程的平稳性和快速性展开分析。机器人运行性能不仅关系到抓取搬运过程的平稳,还会影响机器人的使用寿命和工作效率,利用样条曲线良好的平滑性可以减小冲击,... 详细信息

本文以自主设计的一款用于柔性抓取搬运作业的机器人为研究对象,对其抓取搬运过程的平稳性和快速性展开分析。机器人运行性能不仅关系到抓取搬运过程的平稳,还会影响机器人的使用寿命和工作效率,利用样条曲线良好的平滑性可以减小冲击,提升平稳性。本文采用三次三角样条插值法,在关节空间对机械臂的各个关节进行轨迹规划。在提高搬运效率方面,以各段样条函数插值时间之和建立目标函数,以各关节的角位移、角速度、角加速度为约束条件,采用改进型麻雀搜索算法(ISSA)进行时间优化求解。仿真分析表明:结合三次三角样条插值法和改进型麻雀搜索优化算法,可以在保证运动轨迹连续平滑的同时,缩短运行时间。

关键词：轨迹规划三次三角函数样条麻雀搜索算法

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下肢康复用并联式外骨骼膝关节的设计

高技术通讯 2009年第8期19卷 839-843页

作者：印松殷跃红上海交通大学机器人研究所上海200240

提出了下肢瘫痪病人康复用并联式外骨骼膝关节的设计方法。通过分析传统单自由度转动副和多连杆机构的不足,采用平面二自由度并联机构对膝关节外骨骼化,以提高外骨骼膝关节的仿生性和通用性,并提出了该机构辅助人体膝关节进行康复训练... 详细信息

提出了下肢瘫痪病人康复用并联式外骨骼膝关节的设计方法。通过分析传统单自由度转动副和多连杆机构的不足,采用平面二自由度并联机构对膝关节外骨骼化,以提高外骨骼膝关节的仿生性和通用性,并提出了该机构辅助人体膝关节进行康复训练的实施方案。在运动学分析的基础上,以满足人体正常行走时膝关节的运动范围要求和提高机构运动学性能为目标进行了结构参数优化设计。初步分析表明,该机构用于下肢瘫痪病人康复训练时具有仿生性高和通用性强的特点。

关键词：外骨骼平面并联机构康复设备膝关节

用于松散介质的螺旋轮式移动机器人设计与开发

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机械设计与研究 2022年第3期38卷 45-51页

作者：朱俊达黄磊袁玉峰刘海军殷跃红上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 广州海关技术中心广州510623

目前我国缺乏口岸致灾因子智能查验装备,高度依赖人工作业,影响样品检验效果,对检验人员的生命安全造成威胁。基于颗粒介质地面力学模型,设计了一款新型螺旋轮式移动机器人,通过实验验证其动力学模型的准确性,在松散环境中具备较好的越... 详细信息

目前我国缺乏口岸致灾因子智能查验装备,高度依赖人工作业,影响样品检验效果,对检验人员的生命安全造成威胁。基于颗粒介质地面力学模型,设计了一款新型螺旋轮式移动机器人,通过实验验证其动力学模型的准确性,在松散环境中具备较好的越障性能。使用机器人操作系统(Robot Operating System 2,ROS2)作为控制平台,搭载多种传感器实现建图、定位、导航及远程可视化等功能。实验表明,设计的移动机器人可以有效实现在松散环境中的复杂运动,为搭载采样、杂质检测等功能性平台的开发提供可行性。

关键词：智能查验设备移动机器人螺旋轮 ROS2

基于sEMG振子模型的骨骼肌等长收缩力与固有特性的能量核表征方法

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科学通报 2014年第14期59卷 561-571页

作者：陈幸殷跃红范渊杰上海交通大学机器人研究所机械系统与振动国家重点实验室上海200240

提出了一种肌肉等长收缩力估计与肌肉固有特性表征的新方法,称为能量核方法.此方法的初衷在于将表贴EMG(肌电图)信号转变为平面内的相图,并将相图上状态点的分布核心称作能量核,而噪声信号的分布核心称为噪声核.基于相图的统计特征,将一... 详细信息

提出了一种肌肉等长收缩力估计与肌肉固有特性表征的新方法,称为能量核方法.此方法的初衷在于将表贴EMG(肌电图)信号转变为平面内的相图,并将相图上状态点的分布核心称作能量核,而噪声信号的分布核心称为噪声核.基于相图的统计特征,将一段EMG信号近似为简谐振子,简称EMG振子.本文建立了控制信号(EMG)与输出信号(力/功率)之间的关系,并提出用EMG的特征能量来表征肌肉力.另一方面,通过对能量核与噪声核的计算,能够得到噪声与EMG信号的自然频率并实现直观的信噪识别与分离.实验结果表明,特征能量对等长收缩力的表征度令人满意,并且由于结合了RMS与MPF两种方法的优点,此方法具有很高的鲁棒性;而特定肌肉的EMG自然频率不取决于MU放电频率,故其反映了肌肉的固有特性.此模型体现的物理意义为EMG信号的理解与分析提供了新的启发.

关键词：表贴EMG信号 EMG振子能量核等长收缩力自然频率