检索结果-内蒙古大学图书馆

计及穿戴不确定性与运动响应平稳性的无源膝关节外骨骼多体运动学多目标优化综合

中国科学:技术科学 2025年第3期55卷 491-505页

作者：杨玉维李照童李硕李倩尹嘉鹏吕兴昌王浩宇王巨涛李彬天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学) 天津300384

鉴于穿戴位置滑移、膝关节多自由度变轴线运动,以及穿戴者间肢体几何的随机差异等穿戴不确定性因素的存在,外骨骼与肢体运动将出现不同程度的不匹配,并在穿戴区域产生非期望的交互力,从而对外骨骼的人机协作性能造成不利影响.而外骨骼... 详细信息

鉴于穿戴位置滑移、膝关节多自由度变轴线运动,以及穿戴者间肢体几何的随机差异等穿戴不确定性因素的存在,外骨骼与肢体运动将出现不同程度的不匹配,并在穿戴区域产生非期望的交互力,从而对外骨骼的人机协作性能造成不利影响.而外骨骼运动过程中的构件速度突变,也会恶化人-机协作.为此,本文首先提出一种对穿戴不确定性因素具有被动自适应包容功能的新型无源膝关节外骨骼及其穿戴并联研究原型.其次,为有效降低不确定因素对人-机协作间的影响,在系统多体运动学模型的基础上利用切比雪夫区间法构建具有多维不确定参数的系统响应区间模型,以此将现实世界中的不确定因素融入对人-机并联研究原型的具体数值分析中.再次,为有效减小外骨骼因自身构型参数设计不合理而引发其运动传输中所产生较大的速度波动,基于系统运动学模型的雅可比矩阵,提出一种新型运动学性能评价指标——运动响应平稳度,其指标数值不受肢体输入激励影响,可客观评价外骨骼自身构型参数在人-机协作中的运动平稳性.最后,利用上述模型及指标深入开展系统多体运动学多目标优化综合.结果表明,相较于单纯以响应区间极差为优化指标,运动响应平稳度的引入使得优化后的外骨骼运动学性能得到大幅提升,降低了不确定因素对系统响应的影响;同时验证了所提出方法的合理有效性.研究成果为后续系统动力学综合相关研究及实物样机研制提供理论基础与数据支撑,所提出的研究方法对其他可穿戴设备领域也具有借鉴意义.

关键词：穿戴不确定性无源膝关节外骨骼响应区间模型运动响应平稳度

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计及碰撞瞬态拓扑特征识别的落体系统运动机理完整性分析方法研究

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机械工程学报 2025年第5期61卷 214-227页

作者：杨玉维李照童陈鹏宇龚健超王浩宇刘祺马跃天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学) 天津300384

准确识别涵盖法向嵌入深度、切向侧滑阻尼、碰撞相对位姿及相对速度、接触轮廓几何非线性等要素的正/斜碰撞瞬态拓扑特征,对冲击碰撞影响下系统的局部与整体运动响应分析具有重要意义。鉴于此,基于多体力学建模方法的系统性与普适性,首... 详细信息

准确识别涵盖法向嵌入深度、切向侧滑阻尼、碰撞相对位姿及相对速度、接触轮廓几何非线性等要素的正/斜碰撞瞬态拓扑特征,对冲击碰撞影响下系统的局部与整体运动响应分析具有重要意义。鉴于此,基于多体力学建模方法的系统性与普适性,首先提出一种关于落体正/斜碰撞时变性瞬态拓扑特征识别的有效方法,进而提出一种集合法向碰撞与切向侧滑于一体的单/双侧冲击碰撞广义力模型的通用性构建方法;其次针对落体碰撞事件后期系统的纯滚动运动状态需由落体转角与路面轮廓曲线上其接触点切线斜率共同决定的复杂性运动几何特征,通过向系统引入新型增广构型矢量,提出一种将上述纯滚动非完整运动约束转化为滚动体轮廓上一等效动点对路面轮廓轨迹实施跟踪的完整运动约束的研究方法;再次针对落体与路面形成的碰撞多体系统,提出一种涵盖碰撞前、中、后3个子事件的系统动力学综合模型的构建方法;最后通过圆环-谐波路面落体运动的数值仿真,有效揭示落体碰撞系统事件完整性运动机理及规律,同时验证分析方法的正确性与有效性。研究成果对冲击碰撞动力学与多体运动学的理论丰富与应用,具有重要的学术与应用价值。

关键词：落体碰撞系统碰撞瞬态拓扑特征增广构型变量运动机理完整性

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静电驱动微镜参数激励下的亚谐振动分析

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振动工程学报 2025年第2期38卷 242-248页

作者：李徐冯晶晶郝淑英胡文华天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津300384

参数振动广泛存在于多物理场耦合的微机电系统中。为研究静电驱动微镜系统中存在的参数共振非线性动力学问题,以一类静电梳齿驱动微镜为例,通过七次多项式拟合梳齿电容变化并建立微镜动力学模型,研究不同因素下系统的参数共振响应变化... 详细信息

参数振动广泛存在于多物理场耦合的微机电系统中。为研究静电驱动微镜系统中存在的参数共振非线性动力学问题,以一类静电梳齿驱动微镜为例,通过七次多项式拟合梳齿电容变化并建立微镜动力学模型,研究不同因素下系统的参数共振响应变化。研究了静态下微镜结构参数变化对扭转角度的影响规律;应用多尺度法分析了谐振状态下系统参数对共振幅值变化的影响规律并对系统参数共振进行了数值验证;最后利用Runge-Kutta法对系统亚谐参数共振的稳定性进行了分析与验证。研究表明:微镜系统存在亚谐参数共振,激励电压、电容拟合参数等因素会影响系统共振幅值;阻尼可以改变系统不稳定区域,提高失稳阈值,影响系统亚谐参数共振发生。

关键词：非线性振动参数共振微镜多尺度法数值验证

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原弹性蛋白对胶原蛋白体外自组装和降解的生物力学影响

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医用生物力学 2025年第1期40卷 210-215页

作者：李军张俊阳张春秋王鑫天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学) 天津300384

目的研究原弹性蛋白对胶原蛋白体外自组装-降解的生物力学影响。方法利用生物型原子力显微镜进行实时动态扫描,观察并分析胶原原纤维在自组装过程中的微观形貌、取向性、面积占比和平均直径变化;通过透射电子显微镜对胶原原纤维的D带... 详细信息

目的研究原弹性蛋白对胶原蛋白体外自组装-降解的生物力学影响。方法利用生物型原子力显微镜进行实时动态扫描,观察并分析胶原原纤维在自组装过程中的微观形貌、取向性、面积占比和平均直径变化;通过透射电子显微镜对胶原原纤维的D带结构进行表征;最后,借助Gwyddion和Matlab软件对数据进行分析,评估胶原原纤维的结构特性及其抗降解性能。结果与对照组相比,原弹性蛋白的加入不仅促进了胶原蛋白的自组装,显著提高了自组装体所占的面积,还导致自组装体的方向性由单一方向性变为多向性。加入胶原酶后,自组装体会发生降解,但降解半周期随着原弹性蛋白的加入而减少,即原弹性蛋白的存在加速了胶原蛋白自组装体的降解。结论原弹性蛋白的加入促进了胶原蛋白的自组装,增加了自组装体所占的面积,但自组装体的取向一致性有所减弱,降低了胶原原纤维抗酶降解的能力。研究结果为胶原基仿生功能材料的制备奠定了理论基础。

关键词：胶原蛋白原弹性蛋白自组装胶原酶降解生物力学

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基于超声悬浮原理的非线性转子系统振动抑制研究

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噪声与振动控制 2025年第1期45卷 40-45页

作者：魏天宇陈建恩刘军邢恩宏天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津300384

针对抑制非线性转子系统振动难问题,提出基于超声驻波悬浮原理抑制该系统振动的方法。首先阐述超声驻波悬浮力的基本理论,根据Gor′Kov理论构造超声悬浮力的数学模型,并构建超声悬浮非线性转子系统动力学模型。其次研究谐振腔高度和声... 详细信息

针对抑制非线性转子系统振动难问题,提出基于超声驻波悬浮原理抑制该系统振动的方法。首先阐述超声驻波悬浮力的基本理论,根据Gor′Kov理论构造超声悬浮力的数学模型,并构建超声悬浮非线性转子系统动力学模型。其次研究谐振腔高度和声场强度对抑制系统振动的影响。基于超声悬浮非线性转子系统,引入正位置反馈(Positive Position Feedback,PPF)控制器对其振动加以抑制,提高系统的稳定性。数值仿真结果表明,基于超声驻波悬浮原理,选取适当的声场参数可有效抑制非线性转子系统的振动,PPF控制器与超声悬浮转子系统耦合可显著增强对系统的振动抑制效果和系统在高转速区的稳定性。

关键词：声学超声驻波悬浮超声悬浮转子振动抑制能量轨道 PPF控制器

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基于UDF热源函数的热电池激活过程仿真分析

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电源技术 2025年第1期49卷 208-213页

作者：刘亚通郑清春马文朋天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津300384

为研究热电池激活过程的内部温度变化及激活时间,考虑到热源点火间隔及放热反应区的移动对激活性能的影响,运用用户自定义函数(user defined function,UDF)编写相应热源函数程序来模拟激活过程中点火头、引燃条和加热片的顺序燃烧和热释... 详细信息

为研究热电池激活过程的内部温度变化及激活时间,考虑到热源点火间隔及放热反应区的移动对激活性能的影响,运用用户自定义函数(user defined function,UDF)编写相应热源函数程序来模拟激活过程中点火头、引燃条和加热片的顺序燃烧和热释放,对激活时间及开路电压进行预测。结果表明:忽略热源点火间隔时,各层电解质温度达到熔点的时间近乎相同;考虑热源点火时间间隔时,随着电解质层数的增加,各层电解质达到熔点的时间逐渐增加,热电池的激活时间由底层电解质达到熔点的时间决定;开路电压达到峰值需要一定的过渡时间;相较于忽略热源点火间隔,考虑热源点火时间间隔更符合实际情况。模型和仿真方法能够体现点火头、引燃条和加热片释放热量与热传导过程。

关键词：热电池激活过程 UDF 仿真分析

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基于距离度量的鲁棒主成分分析低维表征算法研究（上）

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光电子·激光 2025年

作者：王肖锋贾星宇张晓敏刘宸天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津理工大学

主成分分析(principal component analysis， PCA)作为经典的数据分析和降维方法，在图像压缩、特征提取等领域得到广泛应用。然而，PCA对噪声极为敏感，以致降低了其鲁棒性。与鲁棒PCA低秩分解算法不同，鲁棒PCA低维表征算法力求在不... 详细信息

主成分分析(principal component analysis， PCA)作为经典的数据分析和降维方法，在图像压缩、特征提取等领域得到广泛应用。然而，PCA对噪声极为敏感，以致降低了其鲁棒性。与鲁棒PCA低秩分解算法不同，鲁棒PCA低维表征算法力求在不去噪的情形下提升鲁棒性。本文以目标函数和距离度量方式作为切入点，对当前主要的鲁棒PCA低维表征算法展开分析。首先，基于数据样本的处理形式、目标函数和距离度量准则等，对鲁棒PCA低维表征算法予以基本阐述。其次，按照目标函数的距离度量方式，深入剖析了一阶到高阶PCA的诸多典型算法，揭示了距离度量方式对PCA的特征提取、重构误差等性能的影响。最后，对四个国际标准数据集进行实验分析，在不同噪声条件下验证了典型PCA低维表征算法的鲁棒性。

关键词：主成分分析(PCA) 鲁棒性特征提取低维表征距离度量

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基于距离度量的鲁棒主成分分析低维表征算法研究（下）

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光电子·激光 2025年

作者：王肖锋古志梁张帅帅王巨涛天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津理工大学

主成分分析（principal component analysis， PCA）作为经典的数据分析和降维方法，在图像压缩、特征提取等领域得到广泛应用。然而，PCA对噪声极为敏感，以致降低了其鲁棒性。与鲁棒PCA低秩分解算法不同，鲁棒PCA低维表征算法力求在... 详细信息

主成分分析（principal component analysis， PCA）作为经典的数据分析和降维方法，在图像压缩、特征提取等领域得到广泛应用。然而，PCA对噪声极为敏感，以致降低了其鲁棒性。与鲁棒PCA低秩分解算法不同，鲁棒PCA低维表征算法力求在不去噪的情形下提升鲁棒性。本文以目标函数和距离度量方式作为切入点，对当前主要的鲁棒PCA低维表征算法展开分析。首先，基于数据样本的处理形式、目标函数和距离度量准则等，对鲁棒PCA低维表征算法予以基本阐述。其次，按照目标函数的距离度量方式，深入剖析了一阶到高阶PCA的诸多典型算法，揭示了距离度量方式对PCA的特征提取、重构误差等性能的影响。最后，对四个国际标准数据集进行实验分析，在不同噪声条件下验证了典型PCA低维表征算法的鲁棒性。

关键词：主成分分析(PCA) 鲁棒性特征提取低维表征距离度量

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非结构化道路场景可行驶区域分割

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光电子·激光 2025年

作者：杨璐宋冰月任凤雷毕重科天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学) 天津大学智能与计算学部

针对现有图像分割算法面对非结构化道路场景，无法同时满足准确性和实时性需求的问题，本文提出双分辨率语义分割网络(dual resolution semantic segmentation network， DRSNet)进行实时图像分割。在高分辨率分支引入自注意力机制，去... 详细信息

针对现有图像分割算法面对非结构化道路场景，无法同时满足准确性和实时性需求的问题，本文提出双分辨率语义分割网络(dual resolution semantic segmentation network， DRSNet)进行实时图像分割。在高分辨率分支引入自注意力机制，去除冗余信息，在低分辨率分支的特征提取阶段采用多尺度特征图提取策略，提高对不规则边界和混淆类的识别；提出一种改进的金字塔池化模块减少模型参数，实现网络轻量化；通过对特征图加权的方法来融合双边特征，减少非结构化场景中关键信息损失。本文算法在自制的非结构化数据集上以93.77帧每秒的速度，平均像素准确率达到77.02%，实现了64.39%的均交并比，相较于DDRNet (deep dual resolution networks)提高了11.23%，且高于Segformer、PSPNet等分割网络。实验结果表明，该模型在分割精度和推理速度上达到更好的平衡。

关键词：非结构化场景图像分割深度学习轻量级骨干网络自动驾驶

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多孔Ti-6Al-4V合金在模拟体液中的力-电化学有限元分析

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材料科学与工艺 2025年第2期33卷 35-42页

作者：战楠宋振兴张晓川天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津300384 天津瑞赛可新材料科技有限公司天津300457 天津商业大学机械工程学院天津300134

多孔Ti-6Al-4V合金植入人体内将长期处于体液腐蚀环境中,且不可避免地承受人体自重和运动产生的载荷,易引发应力腐蚀,增加无菌失败和严重并发症的风险。为了明确载荷水平及孔隙特性对多孔Ti-6Al-4V合金应力腐蚀性能的影响,本文通过数值... 详细信息

多孔Ti-6Al-4V合金植入人体内将长期处于体液腐蚀环境中,且不可避免地承受人体自重和运动产生的载荷,易引发应力腐蚀,增加无菌失败和严重并发症的风险。为了明确载荷水平及孔隙特性对多孔Ti-6Al-4V合金应力腐蚀性能的影响,本文通过数值仿真方法研究其力-电化学响应规律。基于应力腐蚀理论,将由孔隙特性引发的结构应力耦合到电极反应的平衡电位和交换电流密度表达式,建立了力-电化学耦合有限元模型,通过数值仿真方法分析了植入物试样承受弯曲载荷时,应力、电流密度以及电极腐蚀厚度等的力-电化学响应规律。结果表明:随着承载水平增加,应力集中明显的孔隙边缘区域腐蚀更为剧烈,最大腐蚀厚度均出现在孔梁边缘处。与无应力试样相比,超过屈服应力试样的5年腐蚀厚度增加了22%。孔隙尺寸显著影响应力分布、电化学腐蚀速率及最终的电极腐蚀厚度,随着孔隙的增大,电极5年腐蚀厚度逐渐减小,且大孔应力腐蚀速率低于小孔。

关键词：钛合金多孔材料应力腐蚀力-电化学耦合应力集中

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