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含神经控制的下肢肌骨系统正向动力学分析

清华大学学报（自然科学版） 2006年第11期46卷 1872-1875页

作者：杨义勇王人成王延利金德闻中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083 清华大学精密仪器与机械学系摩擦学国家重点实验室北京100084

为探讨运动生物力学建模与分析的基础性问题,以下肢步态为研究对象建立了包含神经兴奋肌肉收缩动力响应和肌肉肌腱动力特性在内的下支系统正向动力学分析模型,并针对自然步态的运动过程,采用参数最优化方法进行了模拟计算。计算结果与... 详细信息

为探讨运动生物力学建模与分析的基础性问题,以下肢步态为研究对象建立了包含神经兴奋肌肉收缩动力响应和肌肉肌腱动力特性在内的下支系统正向动力学分析模型,并针对自然步态的运动过程,采用参数最优化方法进行了模拟计算。计算结果与实验测量的比较表明:正向动力学方法可将肢体运动状态、肌肉收缩力、神经控制信号等联系起来,求解人体步态的控制模式。该文建立的模型和计算方法为下肢运动的模拟分析和人体冗余运动控制机理的研究提供了基本的分析工具。

关键词：下肢生物力学模型神经控制正向动力学

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平面8杆机构的动力学分析

北京工业大学学报 1996年第3期22卷 13-21页

作者：蔡胜利白师贤北京工业大学基础科学部

基于运动学反解写出了平面三自由度８杆机构的位移、速度、加速度输入输出方程，再根据达郎怕原理和等效力原理导出了其动力学方程，分析了其正反两个方向的动力学方程的解法并分别给出了数值例。

关键词：平面机构正向动力学逆向动力学八杆机构

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一种链式多体系统高效率动力学方法研究

江苏科技大学学报（自然科学版） 2010年第6期24卷 559-562页

作者：刘芳华吴洪涛赖祥华程思利江苏科技大学机械工程学院江苏镇江212003 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 扬帆集团有限公司浙江舟山316100

运用空间算子代数和旋量理论,将空间算子代数的理论体系应用到哈密顿体系的算法中,通过计算正则动量的方法,实现了哈密顿体系的递推.哈密顿正则方程是通过递推形式牛顿-欧拉方法得到的.该算法适用于无约束的链式多体系统,最终得到关于... 详细信息

运用空间算子代数和旋量理论,将空间算子代数的理论体系应用到哈密顿体系的算法中,通过计算正则动量的方法,实现了哈密顿体系的递推.哈密顿正则方程是通过递推形式牛顿-欧拉方法得到的.该算法适用于无约束的链式多体系统,最终得到关于广义速度.q和正则动量p的2n个常微分方程,可以达到O(N)的计算量,是一种高效率的动力学方法.经过实例验证该方法有效.

关键词：正则方程正向动力学空间算子代数多体系统

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偏瘫步态的动力学模拟与仿真分析

偏瘫步态的动力学模拟与仿真分析

作者：束一铭东南大学

学位级别：硕士

脑卒中、脑瘫、小儿麻痹症等高发性疾病容易造成偏瘫,造成神经中枢受损从而引发对侧运动功能障碍,并最终可能导致偏瘫肢体完全不能活动的情况。从运动障碍学的角度来看,偏瘫步态始于肌肉的神经控制失常,而肌肉活动是步行运动的动力来源... 详细信息

脑卒中、脑瘫、小儿麻痹症等高发性疾病容易造成偏瘫,造成神经中枢受损从而引发对侧运动功能障碍,并最终可能导致偏瘫肢体完全不能活动的情况。从运动障碍学的角度来看,偏瘫步态始于肌肉的神经控制失常,而肌肉活动是步行运动的动力来源,偏瘫步态的异常与异常的肌肉活动有着密切的关联,如何对偏瘫步态患者进行准确的肌力诊断及患后的步态康复治疗是研究人员所关注的问题。目前,由于人体结构的复杂性及生物局限性,对关节、肌肉软组织等结构的力学性质的认识还不够充分,国内对步行运动的研究也多集中于步态运动参数的分析而缺乏肌肉活动与步态间关系的研究。因此,本文介于该背景对偏瘫步态进行动力学分析,首先从步行运动的动态捕捉出发,采用合理的力学模型表征关节、肌肉的作用,阐述适合于步态研究的动力学模型的建立过程并验证计算的有效性;其次,建立正常步态与偏瘫步态的步态模型,通过正常步态的特性分析建立偏瘫步态的对比参照标准,对偏瘫步态与正常步态进行差异分析,探讨偏瘫步态的异常与异常肌肉活动之间的关联,并通过肌力调整的方式分析肌力对步态表现的影响。具体而言,完成的主要工作和研究成果包括:首先,为了分析步态运动的运动学、动力学特性,以步态运动的动态捕捉数据为基础,建立有效的步态动力学模型。在建模过程中借助Vicon动态捕捉系统进行步态数据采集,利用刚体模型简化骨骼,弹簧阻尼模型定义关节,可训练肌肉模型记录肌群的收缩模式,使仿真结果准确反映人体的肌肉活动。建模后,通过关节角度、地面反作用力参数仿真与实测值对比验证模型的有效性,结果显示:下肢踝、膝、髋关节角度上实测与仿真间相关系数分别为0.958、0.979及0.987,最大角度差异约5°,两侧足地面反作用力上实测与仿真间相关系数分别为0.945和0.937,总体上实测与仿真曲线高度相关且特定时刻差异较小,证明所建模型可用于步态仿真模拟。在建立了适合步态运动模拟的动力学模型后,为了探讨偏瘫步态的异常特性,首先对正常步态模型进行分析,以正常步态的特性作对比参照样本。分析正常步态的步态特征、动力学表现及肌群活动的仿真结果,发现:步态运动上,正常步态的具体表现为步长、步速维持正常值,支撑相约占步态周期的60%,下肢两侧参数呈高度对称性;关节运动上,初始着地期及摆动前期关节角度及关节力矩的变化对于步态运动有较大影响;动力学表现上,正常步态地面反作用力及关节力的变化均呈双峰型,在足跟落地及足趾离地阶段出现最大值;肌力活动上,初始着地期胫前肌控制踝关节背屈运动,摆动前期足趾离地阶段腓肠肌、比目鱼肌控制踝关节跖屈运动,在摆动初期及摆动末期阶段髂腰肌和腘绳肌分别起摆动加速和摆动减速的作用。在了解正常步态特性的基础上,对偏瘫步态与正常步态各参数进行差异分析,通过分析该偏瘫步态受试者步行中非正常的步态运动及动力学表现,探究偏瘫患者步态的异常与异常肌肉活动之间的关联。研究发现:该偏瘫步态患者步态运动的异常主要体现于健患侧下肢间的不对称性较大,健患侧步长、步速较小,步态周期、健患侧支撑时间及步宽较大;关节运动的差异以矢状面的异常为主,踝关节初始着地期背屈不足、摆动前期阶段跖屈不足,膝、髋关节运动受限;结合关节运动与肌肉活动的异常表现,该偏瘫步态初始着地期胫前肌肌力缺失导致踝关节背屈不足从而影响落地阶段步态,摆动前期腓肠肌肌力较小导致足部离地期踝关节跖屈运动不足影响落足趾离地阶段步态,胫前肌、腓肠肌肌力异常是导致该患者产生偏瘫步态的原因。为了考察活动异常肌群的改善对步态表现的影响,通过偏瘫步态的胫前肌、腓肠肌肌力调整模拟肌力的训练,运用Lifemod的正向动力学分析模块,模拟分析肌力训练后的步态运动。研究发现:肌力训练后胫前肌、腓肠肌活动时期趋于正常且肌力有较大提升;关节运动的改善体现于初始着地期跖屈运动的产生及摆动前期跖屈运动的加快;动力学表现上,肌力训练后地面反作用力上健患侧曲线差异减小,初始着地期及摆动前期地面反作用力的异常表现改善。因而对于该偏瘫患者,胫前肌、腓肠肌的肌力训练将有助于步态的改善。

关键词：偏瘫步态步态动力学模型正向动力学 LifeMOD软件

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3－TRS型并联机器人的动力学研究

机械科学与技术 1996年第1期15卷 51-56页

作者：蔡胜利白师贤北京工业大学

基于达朗伯原理和等效力方法建立了３－ＴＲＳ型并联机器人的动力学模型，写出了其正向动力学与反向动力学方程，讨论了两种方程的解法并给出了数值例。

关键词：并联机器人正向动力学反向动力学

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三维动态势函数下编队UAV飞行算法研究

飞行力学 2018年第2期36卷 31-34,43页

作者：牛康陈志明李磊刘辉南京航空航天大学航天学院江苏南京210016 上海宇航系统工程研究所上海201108

针对三维动态环境下编队无人机(UAV)的路径规划和队形保持问题,提出了基于改进三维动态势函数与约束动力学的编队UAV飞行算法。首先,建立了改进的动态三维人工势函数模型;针对编队UAV的队形保持和重组,通过引入拉格朗日乘子建立了含队... 详细信息

针对三维动态环境下编队无人机(UAV)的路径规划和队形保持问题,提出了基于改进三维动态势函数与约束动力学的编队UAV飞行算法。首先,建立了改进的动态三维人工势函数模型;针对编队UAV的队形保持和重组,通过引入拉格朗日乘子建立了含队形约束的编队UAV约束动力学方程组。仿真结果表明,所提算法在三维动态环境下可有效地进行编队UAV的路径规划、队形保持与重组。

关键词：动态势函数编队飞行正向动力学约束动力学

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高性能变传动比的异形齿轮跳跃机构研究

机电工程 2021年第9期38卷 1167-1173页

作者：刘磊张岩包头钢铁职业技术学院机械工程系内蒙古包头014010 河北科技大学机械工程学院河北石家庄050018

跳跃机器人需要根据其任务和运动来选择合适的齿轮传动比,从而实现电机功率的最大化,针对这一问题,提出了一种具有高速、大扭矩特性的异形齿轮跳跃机构。首先,提出了一种基于仿真的最佳齿轮传动比设计方法,使电机功率最大化;其次,根据... 详细信息

跳跃机器人需要根据其任务和运动来选择合适的齿轮传动比,从而实现电机功率的最大化,针对这一问题,提出了一种具有高速、大扭矩特性的异形齿轮跳跃机构。首先,提出了一种基于仿真的最佳齿轮传动比设计方法,使电机功率最大化;其次,根据得到的齿轮传动比,通过正向动力学进行了齿轮的节圆半径计算;然后,在考虑轮齿压力角约束的情况下完成了最终异形齿轮的齿形设计;最后,研究了跳跃高度随机器人参数和初始姿态扰动的变化,并以跳跃机构为原型,在考虑了机构物理参数扰动的情况下进行了实验测试,验证了所提设计方法的有效性。研究结果表明:该机构使用异形齿轮时的跳跃高度是0.135 m,使用圆形齿轮的跳跃高度是0.072 m;采用异形齿轮,通过运动改变齿轮传动比,可将跳跃高度提高64.6%,为提高跳跃机器人的工作性能提供较好的解决方案。

关键词：跳跃机构异形齿轮电机功率最大化变传动比正向动力学

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三维动画制作中角色装配技术的研究和实现

三维动画制作中角色装配技术的研究和实现

作者：龙钽上海交通大学

学位级别：硕士

随着计算机硬件技术以及计算机软件技术,尤其是图形图像技术的发展,三维动画技术在影视特技、游戏、教育和科研等领域中逐渐成为了一种崭新的、不可缺少的手段。其中,目前应用最广泛的善于表现角色行为的角色动画技术在科研和产业界一... 详细信息

随着计算机硬件技术以及计算机软件技术,尤其是图形图像技术的发展,三维动画技术在影视特技、游戏、教育和科研等领域中逐渐成为了一种崭新的、不可缺少的手段。其中,目前应用最广泛的善于表现角色行为的角色动画技术在科研和产业界一直是关注和研究的热点。三维角色动画是一门新兴技术产业。它不仅与美术、设计方法有关,同时它与软件技术及软件方法是密切相关的。角色装配工作是三维动画制作中实现角色动画制作的关键步骤,优秀的装配系统可以帮助动画师高质高效地完成角色动画制作,是动画师制作高水平动画的有力保障,实现高质量角色动画的基础。作者多年来在实际工作中发现,目前国内的动画制作行业没有形成科学成熟的装配流程,没有科学规范的装配系统设计原则和质量评测标准。由此带来装配工作出错概率高,效率低下,不能正确的衡量角色装配系统的质量好坏,无法有效的指导规范角色装配工作的过程和结果,不利于建立合乎动画需求的,高质量的角色动画控制系统。本文的研究工作以经典的三维软件为平台,以角色动画技术以及角色动画知识为理论基础,综合运用解剖学,运动学,UI设计等多方面的知识。对应用于影视动画制作中角色动画控制系统的建立方法与技术进行细致的分析研究。建立了科学完善的角色装配流程。并分析了流程中主要步骤要面对的问题并给出相应解决方法。同时提出角色装配系统设计的原则标准和质量评测标准,指导和规范角色装配工作的进行,并对装配工作的质量做出科学公正的评测。最后以本文理论研究为指导实现一个卡通风格角色装配系统。研究结果满足三维角色动画生产线的需要。本文的主要成果有: 对国内外计算机动画的发展历史和现状做了详细的综述。建立科学合理的角色装配流程,同时探讨在各个装配流程环节中需要的相关技术以及相关技术的优化改进。提出角色装配系统设计的原则与评测标准,利于在实际工作中指导和规范角色装配工作的进行。在本文前面研究成果的指导下,针对目前卡通风格动画的一些特殊需求改进了装配方法,实现一个满足特殊卡通风格动画需求的角色动画控制系统。

关键词：三维动画角色动画角色装配反向动力学正向动力学蒙皮技术

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人体动作的骨骼动画研究与初步实现

人体动作的骨骼动画研究与初步实现

作者：李雄华中科技大学

学位级别：硕士

当今社会,3D游戏和动画产业正在蓬勃发展,人们对于模型动画的要求也越来越高,不仅仅要求动起来,更需要动作能够尽量逼真、自然。人们不再只是满足于看现成的动画玩现成的游戏,更希望能够自己动手设计符合心中需求的动画。通过对常用3D... 详细信息

当今社会,3D游戏和动画产业正在蓬勃发展,人们对于模型动画的要求也越来越高,不仅仅要求动起来,更需要动作能够尽量逼真、自然。人们不再只是满足于看现成的动画玩现成的游戏,更希望能够自己动手设计符合心中需求的动画。通过对常用3D模型文件——MilkShape 3D文件进行读取分析,充分了解了骨骼动作模型的内部数据结构,在VC++平台下完成建模和动画的过程。结合正向动力学(FK)和反向动力学(IK)两大动力学知识,从两个方面来实现人体模型的关节旋转和交互式移动,最终通过设定关键帧,使得在特定时刻设计的姿态能够形成完整的动作,并最终记录生成新的模型文件。其中采用了四元数来处理模型的关节旋转,并利用四元数的球面线性插值技术来进行关键帧的插值,使得人物动作显得更加平滑和逼真。另外还对虚拟轨迹球,3D模型文件的读写技术问题做了一定的探讨。结合以上所述的技术,利用VC++开发环境开发出了基于OpenGL的人体动作设计系统。通过一个简单的交互界面,能够让普通用户在没有任何动画制作知识的情况下,通过简单的操作,设计出自己想要的人体动作动画。

关键词：骨骼动画正向动力学反向动力学人体动作