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膝踝关节外骨骼人机匹配性设计与优化研究

中国机械工程 2025年

作者：唐欣尧殷榕王旭鹏杨佳音刘晓宜郝雨阳西安理工大学军民融合与防护装备设计创新研究中心西安理工大学工业设计系

为了解决现有外骨骼与人体腿部协调性的问题，设计一种基于人机匹配性的膝踝关节外骨骼，实现了人体在运动过程中具有高适应性的同时提供运动助力。通过动作捕捉系统采集了下肢关节运动时空数据，结合生理膝关节滚滑运动特性，设计了能... 详细信息

为了解决现有外骨骼与人体腿部协调性的问题，设计一种基于人机匹配性的膝踝关节外骨骼，实现了人体在运动过程中具有高适应性的同时提供运动助力。通过动作捕捉系统采集了下肢关节运动时空数据，结合生理膝关节滚滑运动特性，设计了能够适应人体膝关节运动瞬心的“J”字型运动轨迹的四杆机构，提出了模拟膝关节运动的连杆机构优化设计方法，通过数值模拟验证了优化后四杆机构能够很好的贴合人体运动，并结合角度传感器实现助力外骨骼控制系统的开发，进而借助步态和肌电实验对助力外骨骼性能有效性进行验证。实验结果表明，穿戴后膝关节角度峰值变化幅度小于5%，膝关节力矩减小，股外侧肌、腓肠肌、股二头长头肌等肌肉活动度下降。

关键词：膝踝关节膝关节瞬心助力外骨骼人机耦合仿真分析实验验证

基于MPR算法的桥梁工程过度设计评估方法研究

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桥梁建设 2025年

作者：崔铁万刘彬甘明昔中国市政工程西北设计研究院有限公司

针对目前桥梁工程设计存在过于保守、工程造价偏高等问题,结合人工智能算法、设计协同平台提出一种桥梁工程过度设计评估方法。该方法通过采集多座已竣工不同结构类型桥梁的设计参数和设计指标构成数据库集,基于该数据库集采用多元多项... 详细信息

针对目前桥梁工程设计存在过于保守、工程造价偏高等问题,结合人工智能算法、设计协同平台提出一种桥梁工程过度设计评估方法。该方法通过采集多座已竣工不同结构类型桥梁的设计参数和设计指标构成数据库集,基于该数据库集采用多元多项式回归(Multivariate Polynomial Regression,MPR)算法对各桥梁设计指标样本集进行训练,得到若干设计指标预测模型,并将该预测模型内嵌入设计协同平台,最终通过设计指标预测值与实际值之间的偏差率来实现设计全过程过度设计量化评估。该方法在70多个工程项目中进行桥梁过度设计评估,工程应用结果表明:该过度设计评估方法能够快速地识别桥梁工程项目潜在的过度设计问题,辅助设计人员优化设计方案、提升设计效率,从而及时预警设计缺陷、有效提升设计质量。

关键词：桥梁工程过度设计评估方法多元多项式回归算法设计参数设计指标预测模型

基于感性工学和模糊层次分析法的汽车皮革座椅肌理设计研究

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皮革科学与工程 2025年第1期35卷 98-106页

作者：万青蓝武月琴西华大学美术与设计学院四川成都610039

为深入了解消费者对汽车皮革座椅的感性需求,选取25~44岁消费者进行实验研究。首先通过调研、焦点小组等方法选取4对感性词汇:商务/运动、高端/经济、传统/现代、复杂/简约;借助形态分析法解构汽车皮革座椅肌理要素,获得色彩、光泽、纹... 详细信息

为深入了解消费者对汽车皮革座椅的感性需求,选取25~44岁消费者进行实验研究。首先通过调研、焦点小组等方法选取4对感性词汇:商务/运动、高端/经济、传统/现代、复杂/简约;借助形态分析法解构汽车皮革座椅肌理要素,获得色彩、光泽、纹理、图案、质感五类肌理形式;其次运用模糊层次分析法构建层次指标体系与模糊函数评价矩阵,量化消费者感性需求;进一步分析用户感性意向与肌理设计各元素之间的相关性,提出符合用户感性需求的汽车皮革座椅肌理设计元素组合。并将代表特殊感性意向的肌理元素运用到汽车皮革座椅设计中,以期为汽车座椅颜色、材料、表面处理提供参考。

关键词：皮革肌理汽车座椅产品设计感性工学模糊层次分析法

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花瑶挑花纹样在女士皮包中的创新设计与应用

皮革科学与工程 2025年第1期35卷 89-97页

作者：刘辉超张毅江南大学数字科技与创意设计学院江苏无锡214400

花瑶挑花纹样造型多样、设计精巧,具有较高的美学价值与应用价值,但将其创新应用至箱包设计领域的相关研究却相对较少。从设计学角度出发,分析花瑶挑花的典型图案和文化内涵,归纳其核心元素特征;调查研析消费人群及其风格偏好,确立产品... 详细信息

花瑶挑花纹样造型多样、设计精巧,具有较高的美学价值与应用价值,但将其创新应用至箱包设计领域的相关研究却相对较少。从设计学角度出发,分析花瑶挑花的典型图案和文化内涵,归纳其核心元素特征;调查研析消费人群及其风格偏好,确立产品的设计定位;选取典型挑花纹样,运用形状文法和风格迁移算法分别进行创新再造设计,并结合3D数字化软件将创新方案应用于时尚女包设计中,开发出兼具民族特色和现代形式美感的革制品。通过将数字化技术手段与花瑶挑花纹样皮具的有机结合,既保证了挑花纹样的迭代与创新,又提高了革制品图案设计的创作效率。

关键词：挑花纹样女包形状文法风格迁移算法创新设计花瑶

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中空连续体机械臂的设计与主从任务转换避障控制

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2025年第1期58卷 24-35页

作者：万淑敏孙长超袁培康常乐康荣杰天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300350

连续体机械臂具有优良的弯曲性能和柔顺灵活性,表现出了独特的环境适应性和人机交互安全性,在微创手术、灾后救援、狭窄空间检修等非结构化环境及家庭服务领域具有广阔的应用前景.然而,连续体机械臂的中央脊椎骨占据其内部空间,模块单... 详细信息

连续体机械臂具有优良的弯曲性能和柔顺灵活性,表现出了独特的环境适应性和人机交互安全性,在微创手术、灾后救援、狭窄空间检修等非结构化环境及家庭服务领域具有广阔的应用前景.然而,连续体机械臂的中央脊椎骨占据其内部空间,模块单元冗余且运动耦合导致避障运动困难等问题妨碍了其在实际场景中的应用.针对以上问题,设计了内部中空的丝驱动连续体机械臂,为末端执行器的电液气管线留置出了充足的物理空间,并通过鲍登管在结构上实现了模块单元间的运动解耦;考虑丝驱动连续体机械臂的弯曲特性,建立了解耦后的简化运动学模型和运动学闭环控制算法;构造了评估空间障碍物与连续体机械臂最短距离的计算方法;在传统变构型避障运动控制的基础上,提出了基于主从任务转换的避障控制算法,能够在末端轨迹跟踪约束下,实现对障碍的躲避,同时也可暂时舍弃对给定末端轨迹的跟踪以躲避位于末端运动轨迹附近的障碍物.仿真和实验结果表明:所设计的连续体机械臂具有良好的运动能力,轨迹跟踪控制的末端位置平均误差为2.510 mm,仅为连续体机械臂长度的0.32%;提出的主从任务转换避障控制算法有效,能够准确评估末端运动与避障运动的优先级,相关研究工作为连续体机械臂的设计和运动控制提供了新的参考和思路.

关键词：连续体机械臂解耦避障主从任务转换

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基于MOPSO算法的自感式棒位探测器端部补偿多目标优化设计

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核动力工程 2025年

作者：张艺璇唐健凯罗凌雁吴昊唐源王益明徐奇伟重庆大学输变电装备技术全国重点实验室中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室

自感式棒位探测器利用探测线圈电感随驱动杆位移的变化特性实现连续棒位测量，但实际探测线圈端部磁场的非均匀分布致使探测器端部的输出信号表现为非线性，降低了端部位置的测量精度。为此，本文提出一种在探测线圈两端绕制阶梯型补偿... 详细信息

自感式棒位探测器利用探测线圈电感随驱动杆位移的变化特性实现连续棒位测量，但实际探测线圈端部磁场的非均匀分布致使探测器端部的输出信号表现为非线性，降低了端部位置的测量精度。为此，本文提出一种在探测线圈两端绕制阶梯型补偿线圈的多目标优化设计方法：(1)建立端部补偿线圈电感数学模型；(2)采用多目标粒子群优化（MOPSO）算法对补偿线圈结构进行多目标优化；(3)利用熵权法和模糊综合评价法对多个优化目标客观赋权并进行综合评价，选取一组折中最优设计方案，从而快速有效地确定补偿线圈的最优结构参数。通过有限元仿真对比补偿前后结果，发现经过端部补偿后，不仅电感灵敏度提高了28.6%，最大线性拟合误差也降低了45.8%；最后，进行样机实验，结果显示端部补偿后的探测线圈电感灵敏度为0.18 mH/10 mm，最大线性拟合误差小于0.18 mH，可实现10 mm的测量精度，验证了端部补偿线圈多目标优化设计方案的有效性。本文为其在模块化小型反应堆中的应用提供了优化设计理论基础。

关键词：反应堆自感式棒位探测器端部补偿多目标粒子群优化(MOPSO) 多目标优化

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钢支撑加固钢框架抗连续倒塌设计研究及分析

甘肃科学学报 2025年 60-68页

作者：孙海峰黑晓丹张勤生胡隆德夏远洋中国市政工程西北设计研究院有限公司科技与设计管理部中国市政工程西北设计研究院有限公司建筑设计院中国市政工程西北设计研究院有限公司第六设计院

为研究钢结构抗连续倒塌加固设计方法,建立纤维梁-分层壳数值模型,采用增量动力分析法分别计算设计结构首层6个单柱拆除后结构极限荷载和拆除单柱及其相邻柱的极限荷载,使用本文给出的钢支撑抗连续倒塌设计方法计算得到钢支撑加固抗连... 详细信息

为研究钢结构抗连续倒塌加固设计方法,建立纤维梁-分层壳数值模型,采用增量动力分析法分别计算设计结构首层6个单柱拆除后结构极限荷载和拆除单柱及其相邻柱的极限荷载,使用本文给出的钢支撑抗连续倒塌设计方法计算得到钢支撑加固抗连续倒塌加固设计荷载,假定支撑与框架对结构抗连续倒塌的贡献独立,计算设计钢支撑截面。分别建立倒V形、V形、偏心形和X形钢支撑框架,研究了不同支撑类型对钢框架抗连续倒塌能力的影响。结果表明,拆除Ⅱ柱最容易发生连续倒塌,拆除Ⅳ柱最不易发生连续倒塌,同时拆除Ⅲ-Ⅱ柱最容易发生连续倒塌,同时拆除Ⅵ-Ⅹ柱最不易发生连续倒塌;本文提出的钢支撑加固设计方法可靠;倒V形、V形、偏心形和X形钢支撑均可提高结构抗连续倒塌能力、极限承载力和刚度,倒V形支撑对减小CRP位移效果最好,其次是X形、偏心形和V形。

关键词：增量动力分析法极限荷载设计荷载钢支撑抗连续倒塌设计支撑形式

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复杂路况下T形枢纽互通改扩建设计分析

公路 2025年 65-70页

作者：郝鹏炜宋亚平刘健斌中交第一公路勘察设计研究院有限公司

在骨干路网已经形成的前提下,逐步完善区域路网已经成为了近几年来我国高速公路建设新的发展趋势。T形枢纽互通改扩建日益增多,在避让控制性因素的前提下,如何尽可能利用既有工工程,对骨干路网如何进行有效的保通成为互通改扩建项目的... 详细信息

在骨干路网已经形成的前提下,逐步完善区域路网已经成为了近几年来我国高速公路建设新的发展趋势。T形枢纽互通改扩建日益增多,在避让控制性因素的前提下,如何尽可能利用既有工工程,对骨干路网如何进行有效的保通成为互通改扩建项目的研究重点。依托山西洪大高速起点龙马枢纽的设计过程,介绍复杂情况下枢纽立交布设的思路与方法,供工程设计人员进行参考。

关键词：枢纽互通高速公路改扩建设计保通方案

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一种多模式轮腿移动机器人的设计与分析

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2025年第1期58卷 12-23页

作者：李晋馥于泽连宾宾天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300350

移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.轮腿式移动机器人因具有良好的机动性与越障能力而受到青睐.然而现有轮腿式移动机器人机身大多不可变形,导致机器人运动模式较少,地形适应性一... 详细信息

移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.轮腿式移动机器人因具有良好的机动性与越障能力而受到青睐.然而现有轮腿式移动机器人机身大多不可变形,导致机器人运动模式较少,地形适应性一般.且机身易与障碍物发生碰撞,无法在具备良好的爬坡能力的同时保证跨越障碍物的效率.针对上述问题,本文提出了一种采用多连杆可变形机构作为机身的轮腿式移动机器人.在设计机器人轮腿及可变形机身的基础上,建立机器人整体运动学模型,据此规划机器人3种运动模式:同步步态、翻滚步态和蜷曲-伸展步态.开展机器人在典型地形(平坦地面、松软地形、上升坡度、下降坡度、障碍物)下的运动性能分析,揭示机器人结构参数与地形特征(爬坡角度、障碍物高度)映射关系.最后基于理论分析结果搭建物理样机并开展实验.实验结果表明,本文所设计的多模式轮腿移动机器人的最大爬坡角度和越障高度分别为44°和28 mm,具有良好的爬坡能力与越障性能.此外,得益于多模式运动特点,机器人在包含平坦地面及松软地形在内的多地形下均具有良好的通过性,验证了机器人方案的可行性.本文为多模式轮腿运动机器人的设计与应用提供有益参考.

关键词：多模式移动机器人轮腿式移动机器人运动学建模实验研究

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