运动学的描述范文

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第1篇

关键词：数学课堂；实践活动；巧妙运用

一、运用实践活动促进学生自主学习

实践活动倡导“让学生去经历”，强调学生活动对学习数学的重要性，认为学生的实践、探索与思考是学生理解数学的重要条件。学生在探索中不断发现，在交流中不断碰撞，在思考中相互接纳。学生不仅能体验到进步的快乐、成功的喜悦，有时也会受到一定的挫折教育。实现了智力与能力的共同发展。

实践操作能促进学生主动学习。在教学过程中，教师引导学生掌握知识的过程是人类的知识成果转为个体认识的过程，科学家的认识过程是一种生产新知识的^程，而小学生的认识过程则是一种再生产知识的过程。如果教师能为他们创设一个实践操作的环境，让他们动手摆摆、弄弄，加大接受知识的信息量，使之在探索中对未知世界有所发现，找到规律，并能运用规律去解决新问题，这样使他们在获取新知识的同时，也学会了学习。

二、课堂中巧妙运用实践活动激发学生创新思维能力

数学教育家弗赖登塔尔认为：“学习数学唯一正确的方法是实行‘再创造’。”也就是由学生本人把要学习的东西自己去发现或创造出来，教师的任务是如何开展有效的数学实践活动去引导和帮助学生进行这种再创造工作，而不是把现成的知识灌输给学生。好奇、爱动是儿童的天性，有效的数学实践活动才能使学生实现知识的再创造。创新并不神秘，是人在灵感激活的瞬间产生的思维冲动和奇思异想。创新是人天生就有的，只不过被狭窄的生活空间、机械重复的模仿训练给扼杀了。解放孩子的空间，让他们接触大自然，他们的思维就会产生很多的火花。牛顿发现苹果落地，发现万物有引力定律；瓦特因烧开水，发明了蒸汽机；可以说历史上任何一个伟大的发明都是发明者在实践中，因一些无意识刺激、激活了灵感所产生的。学生在一些偶然因素的刺激下，会产生很多成人也难以发现的思路。学生的大脑是一个巨大的宝库，等待着教师去开发。教师多给学生提供一些鲜活的场景和环境、多开展一些有效的数学实践活动，引导学生多实践，使其才智得到充分地发展、创新能力得到充分地展示。例如在学生学完比例的应用后，我们开展了测量学校旗杆高度的实践活动。在实践活动中，学生表现出的聪明才智、创新精神使我十分惊讶，真是意想不到。

三、加强实践活动提高学生的生活实践能力

陶行知先生说过，要解放儿童的头脑、双手、嘴巴、空间和时间，我们就要让学生到课外去，到社会中去，把课堂上学习的知识扩展延伸，去解决社会实践生活中的问题，体验数学的价值，激发他们爱数学、学数学、用数学的情感。为了在学生学习数学知识的同时，不断增强应用意识，就必须在教学过程中加强数学实践活动，使学生有更多的机会接触生活中和生产实践中的数学问题，认识现实中的问题和数学问题之间的联系与区别。自我发现问题，自我探究解决问题的方法，以此来培养学生留心观察周围事物、有意识的用数学观点认识周围事物的习惯，并自觉把所学的知识与现实中的事物建立联系，从而解决现实中的问题，真正实现数学的价值。现实生活既是数学的起点，又是数学的归宿。学以致用，把所学的知识运用到实际生活中，才是学习数学的最终目标。只有真正运用数学知识，解决生活实际问题，才能实现数学和生活的有效地结合，才能切实地提高学生的生活实践能力和解决实际问题的能力。

第2篇

一、语言的视角下学习物理的重要意义

有的教师不理解为什么要在语言视角下学习物理，他们认为应该在语文课中学习语言，在物理课中就应该学习严谨的科学知识.实质上，语言学习与物理学习是相辅相成的.

例如，高中教师在引导学生学习物理时，有时会发现学生做题时经常存在审题不清的问题，明明很简单的一段物理描述，有的学生还是看不懂题目的重点意思，学生连题目都看不懂，如何能通过做对题目呢？有时教师引导学生说明一段物理现象，学生不能用简洁、客观的语言表达物理知识，那么学生又如何把自己研究的物理成果告诉别人？在物理学习中，教师常常会让学生分组学习、交流讨论，如果学生不能用准确的物理语言与他人交流，也听不懂他人描述的物理现象，又如何能通过交流提高自身的物理水平呢？从物理实践中可以看到，在语言视角下学习物理是非常有必要的.让学生听懂人们的物理描述、自己能陈述物理现象是学生在学习物理时必须要掌握的能力.

二、语言视角下物理教学的引导

教师要让学生在语言视角下自主学习物理，需要让学生在提高语言表达能力的情况下对物理知识有更深入的理解.现以“运动的描述”来说明语言视角下物理教学方法.

1.抽象语言的描述

虽然高中学生的思维能力已经逐渐由具象思考转为抽象的思考，然而学生受到生活习惯的影响，在物理学习中，有时还是不习惯用抽象的语言表述物理现象.

例如，在描述“位移的过程”时，有些学生容易想当然地说：“有一个人，他从某地点出发，先向南奔行了1000m，又向北奔行了3000m，实际上他奔行了多少米？学生觉得自己的描述没有错.自己把出发的地点、方向、长度都说完了，别人应该可以了解这是个什么物理事件.然而，学生却没有发现自己并没有抓住物理描述的重点：自己正在描述一个什么物理现象.以上的描述，学生实际上要描述的是一个位移的现象，那么学生就要用物理知识说明位移的发生，学生如果用想象力过于丰富的词绘描述，则会表现出学生是在讲故事，而不是在研究标准的科学知识.以上一段位移来说，学生可以将该过程用抽象的语言表达：某人向南位移了1000m，又向北位移了3000m，那么他的总位移是多少？

可能有些学生会认为，这有什么关系？即使多加几句生动的语言，这段描述也没错误啊.教师必须引导学生理解物理是非常严谨的科学，如果加入太多无关的词语，有可能会造成研究的岐义，学生必须从语言角度上训练自己的抽象表达能力，同时训练学生抽象思考的能力.用抽象的语言描述物理现象，是学生树立严谨的科学态度的基础.

2.客观语言的描述

在描述一个物理现象的时候，有些学生有时会不自觉地改变描述的视角.学生有时会用第一人称叙述，有时会用第三人称叙述，这样不停地变换描述视角，往往会造成自己都不知道在描述什么，其他人更是听不明白.多视角的描述，使描述的物理现象根本无研究的价值.在引导学生学习时，教师要引导学生尽量以单一的、第三人物的客观视角描述物理现象，在描述时不得中途变换视角.

例如，在学习“运动的描述”时，有的学生说：我看见两个学生乘上两辆公交，公交的运行路线为平直的公路.坐在A公交上的学生看B公交，觉得B公交没有移动；坐在B公交的学生眼睛正看着窗外，一排排树木正向西移动，如果以地面作为标准，他们正在做什么运动？学生这段不停变换视角的描述，会使他人感觉非常混乱.教师必须引导学生理解，描述一段物理现象，是为了让人知道有这样一个客观的物理现象.学生只需要客观地陈述事实，不需要变换视角讲物理现象以外的事物.这个事件，学生可以描述为：两名学生乘上公交，且两辆公交在公路上作平直的运动，公交A上的学生看公交B，他没有发现公交B在移动，B公交的学生正在观察窗外的树木，树木正向西移动.以地面作为参考，试问以上两个学生的观察说明他们正在做怎样的移动？统一视角的描述方法就能使事件的描述更清晰、明白.

3.精准语言的描述

第3篇

关键词：运动的描述；高中物理；逻辑性教学

高一新生在物理的学习方面很容易出现不适应，甚至是高原反应；高一的物理教师，如果是刚参加工作的新教师，对难度的把握，重难点的处理，教材的分析又不是很到位；而如果是刚从高考战线上下来的教师，在新课的教学上又容易犯讲得快，讲得不够精细的错误，这样也使高一新生适应高中物理的难度加大了许多。下面就以高中物理必修1第一章《运动的描述》为例，谈谈自己的一些想法和做法。

一、备学生

刚进入高中生涯的学生的特点：从紧张的初三备考中解脱，又刚刚经历了一个暑假的放松，在学习上没有那么快地找回状态，需要一个缓冲期，一个慢慢适应的过程；进入一个新的环境中，身边的同学也都换了一批，容易使学生产生心理落差；学习能力和思维能力还不能很好地适应高中阶段的学习要求，初中养成使用计算器的习惯使学生的计算能力也成一大问题。

二、备教材

1.考虑到新高一学生的特点，教材的编排者在第一章主要是介绍一些概念，为运动的描述做好知识上的准备，也给学生一段时间去适应高中物理的学习。

2.从第一章的标题《运动的描述》出发，本章的目的就是解决描述机械运动所需要的知识，犹如要准确地描述一个人，身高、体型、头发、眼睛等需要描述到位，那么就应该先知道身高是多少，体型是胖是瘦怎么判断，头发代表什么，什么是双眼皮等。而本章就是解决需要什么概念来描述机械运动，那么就先得明确什么是“机械运动”：物体的空间位置随时间的变化而变化。

（1）案例一：质点的教学

对物体的处理：生活中的物理各式各样，因此教学中应该让学生明白物理研究的重点是规律，那么有些问题就简化了，忽略次要因素，抓住主要因素。在此基础上来判定哪些问题中物体可以当作质点来处理，哪些问题中不可以，并且同一个物体不同的情景中情况也不一定相同；利用生活中手机导航来讲解这个问题更加易于学生理解。从对质点的教学中让学生充分认识到高中物理处理问题的思想，让学生学会从生活中抽出物理模型。

（2）案例二：位移的概念

位移是一个比较抽象的概念，学生在学习中容易与初中学过的路程搞混淆，老师可以提出以下问题引导学生一起思考：描述的是什么？描述的是物体的空间位置随时间的变化；空间位置的变化与怎么变化有没有关系？区分与初中学习过的路程；变化同样的距离，但是向左变化与向右变化的结果是不是一样的？引出位移有方向，为后面的矢量的教学留下伏笔。

这部分的教学让学生认识到高中物理注重逻辑思维的培养，每一步的衔接都是很紧密的，这也为速度的教学奠定了基础：既然物体的空间位置会随时间发生变化，那么同样的变化有的快有的慢，又用什么来描述。这样不仅引出速度的教学还把速度的物理意义阐述得很清楚。

（3）案例三：实验的教学

初中的实验有趣生动，互动性强，但是内容比较简单，而且更多的是按照给定的步骤操作，然后观察记录结果，分析得出结论，容易达成实验目标；这与高中的实验完全不同，高中的物理实验更加注重严谨性，因此趣味性全无，而且要求学生理解实验原理，实验操作步骤的逻辑关系还有严格的数据处理，因此在《实验：用打点计时器测速度》的教学中，教师应当足够地重视。

先让学生预习弄懂原理，指导学生阅读课文及打点计时器的说明书；学生实验期间，教师应当及时纠正一些错误之处并且用手机拍视频、照片，以便于课后分析学生实验的优缺点，提醒其他学生注意；指导学生做好数据的记录及处理，并且让学生明白怎么利用实验求解瞬时速度。

总之，解决学生对高中物理的畏惧心理的方法就是要让学生能了解所学知识之间的关系，并且以此为基础建立知识的结构网络，养成一个好的学习方法，提高自身的学习能力。

只有在备好学生，备好了教材之后，教师才能制订适合本班教学的策略，从而引导学生通过第一章的教学了解高中物理的特点，并且快速地适应高中物理的学习节奏。

第4篇

关键词：柔性关节铰 柔性机械系统动力学 动力分析

1.前言

复杂空间机械臂的物理模型是受控多体系统。考虑到现代机构的的构型愈来愈大及其高速运转，其组成部件及关节必须视为柔性体。建立柔性体系统的程式化、便于计算机自动实现的数学模型是机械系统动力学数字仿真的基础。从理论上讲，根据力学基本原理推导系统离散的仿真数学模型并无太大困难，只是比较繁琐。近几十年来，国内外许多学者已给出多种形式基本类同的数学模型。然而，数学模型相当复杂，数值计算呈病态，仿真计算慢是长期困惑着力学工作者的难题。

近几十年来，多体系统动力学迅速发展，成为应用力学中发展最快的领域之一。一方面，多体系统正越来越多地用来作为诸如机器人、机构、链系、缆系、空间结构和生物动力学系统等实际系统的模型，另一方面，对多体系统动力学的研究活动已经促进了许多子领域的研究.当前最感兴趣的多体动力学研究领域是把柔性效应并入动力学控制方程中去[1-3]。对于柔性多体系统，特别是由小变形物体组成的系统运动，大多采用相对描述的方法，引进浮动坐标系来分解系统部件的运动，如节点切向坐标系、割线坐标系、或Trsserand坐标系和Bucken坐标等等[4]。弹性体相对浮动坐标系的离散，通常有有限元法、部件模态法等。后者是建立在现代结构振动分析领域内动态子结构方法 ，它大大降低了动力学方程的广义坐标数，且可利用静力修正模态收回模态截断误差，提高计算精度。在部件有大变形时，则需考虑采用有限变形的理论进行系统建模。对多体系统的动力学分析，目前已形成了Kane方程、Roberson/Wittenburg体系、变分方法、最大数量坐标法、旋量矩阵法及动力学方程单向递推法等多种方法，推导方程则可以从Largrange方程、虚功原理、虚功率原理、Gibbs-Appells方程和牛顿-Euler方程等出发，但哪些方法最好仍存在争论。在描述多体结构的方式上，有Wittenburg的关联矩阵、通路矩阵，Huston的内接刚体数组和Kim， Haug的递推方程， Shabana等人的递推投影算法等。对于非树或约束多体系统、处理约束方程的方法也有伪逆解法、正交补法、奇异值分解法和零/切空间法等等。多体系统动力学分析中的这些方法的优劣很难评价，各有长短，需要不断研究与探索。由于多体系统动力学方程相当繁杂，呈强非线性，多体系统，特别是柔性系统，其数值计算特性一般都不能令人满意。

2. 转动铰连接系统的运动学

运动学的研究先从树系统开始，因为树系统具有最简单的数学表达形式，而且非树系统可使用切割铰或者物体切割方法简化为派生树系统来进行处理。首先讨论转动铰联结的系统，这里铰点相对邻接物体的位置不变而最有利于分析研究。

2.1 物体的变形描述

考虑弹性系统的第i个物体，在弹性小变形内，可以借助有限元方法与模态综合理论，它的弹性变形up可用弹性模态基Ψi与模态坐标向量ηi表示为：up =Ψηi （2.1）

其位移与转角分量分别为： （2.2）； （2.3）

其中o-e0为整体坐标，其上固连一正交坐标基 ，Ci-ei为浮动坐标，在质心Ci处，其上固连一正交坐标基 ，P0为弹性体上任意点，其变形后的位置为P，P-eP为单元坐标系，固连于P点，坐标基 。对（2.2）与（2.3）求导，有：

（2.4）； （2.5）

2.2 弹性体的运动描述

根据弹性体Bi上任一点P的有限元节点P的矢径的表达式（2.6），再考虑式（2.2）与（2.3），得到P点在惯性坐标系下的速度与角速度为

（2.7）

（2.8）

这里 与 分别为弹性体Bi的质心速度与相对质心的角速度。弹性体Bi上的节点P的加速度与角加速度可分别由对式（2.7）与（2.8）求导获得：

（2.9）

（2.10）

这里 与 分别为弹性体Bi的质心加速度与相对质心的角加速度。

3.物体的相对运动递推关系

3.1物体绝对角速度与角加速度

现在考虑系统中任意物体Bi-（a）相对惯性参考系的绝对角速度与角加速度。系统中任意物体Bi-（a）相对惯性参考系的绝对角速度ωi应等于B0的角速度ω0以及沿物体B0与物体Bi-（a）的路上各对邻接物体的相对角速度之和，引入图论方法，考虑沿物体B0与物体Bi-（a）的路上的通路矩阵Tji，则任意物体Bi-（a）相对惯性参考系的绝对角速度可写作

（j=1，2，…，n）

3.2物体的质心速度与加速度

考虑铰在物体上的分布情况：在树系统内部，任意物体B0所所关联的全部铰中，只有一个特殊铰与B0连通而成为内铰接。使用规则标号时，内连接的与物体的序号相同，记作Oi，除内接铰以外的其他铰均通过与Bi连通的外侧物体为外铰链。

结束语

利用Wittenberg的关联矩阵对开环拓扑树结构进行了柔性关节铰运动学递推组集建模，采用连体浮动坐标系对柔性关节铰运动进行分解，用部件模态法对柔性关节铰变形进行离散，取得了如下成果：1.建立了柔性关节铰系统运动学递推组集建模的数学描述方法。2.推导了柔性关节铰系统运动学方程。3.推导了柔性关节铰系统动力学学方程。

参考文献：

[1]Huston R L. Multibody dynamic-modeling and analysis methods[J].力学进展，1992，22（3）：426-432

第5篇

一、物理学思想在教学中的渗透

物理学思想是研究物质的运动形式、内在规律和物质基本结构的客观存在反映在人的意识中经过思维活动而产生的结果。这种思维活动是人的一种精神活动，是从社会实践中产生的，其内涵包括了物理科学本身的发展建立、物理学家的探索精神和研究方法以及我们学习物理的思想过程。因此我们在课堂教学中，从高一的牛顿第一定律开始，不仅要讲述牛顿三大定律的知识内容，更重要的是要知道它的发展史，从伽利略、笛卡尔的研究，到牛顿的总结提高，并从中学习物理学家对物理科学的热爱和努力追求科学的严谨态度，学习他们不怕失败、敢于胜利的精神，学习他们不畏艰辛、勇于拼搏的工作作风，学习他们善于假设、实验、发现、创新的辩证思想，学习他们对物理的认识有着独创见解并能自成体系的勇气和胆略，学习他们研究物理在表象、概念的基础上能进行抽象、模拟、分析、综合、判断、推理、总结等认识活动过程的思维方法。这类物理思想教育不是体现在一、二堂物理课上，而应该贯穿于整个高中阶段的物理教学中。 高中物理教学中的物理思想主要有：

1．观察、实验探究思想。

2．数据图像处理思想。

3．概念规律形成思想。

4．科学设想、建立物理模型的思想。

5．数理思想。

6．科学思维、科学态度和科学方法的思想。

7．“时空”和“守恒”思想。

8．变量控制思想。

9．求微、求真思想。

10．创新思想。

二、物理学方法在教学中的渗透

第6篇

关键词：双连杆机械臂 运动链 动态模型

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（a）-0248-03

根据设计的机器人的指定技术特点与必要性来提供所需要的动态性能，系统性能，并且给定重放轨迹运动的精度，运动的稳定性。实现所期望性能的一种方式是在机器人设计和配置时使用机器人仿真。

仿真方法可以通过减少在概念设计阶段找到解决方案的迭代次数，从而显著缩短设计时间。在机器人系统流程过程中建模可以获得等效信号，操作机器人；考虑各种因素对机器人和它各单位的影响；计算其稳定性、速度、精度；优化单独的模块与整个机器人系统作为一个整体。现代机器人系统的动力学建模方法涉及建立真正的机器人运动学和动力学适当的数学模型。

机器人动力学模型不仅可以计算它的设计特性，还可以计算其速度（时间控制），动态过程的性质（单调性，非周期性，和振荡）。

研究过程中对机械臂的操作是必要的，首先，使它成为一个运动模型，即一个模型连接它与绝对空间中的夹持器的中心位置的位移的链接[1-2]。

指定在三维空间中点的位置就足以确定其在绝对（固定）坐标系统中的坐标。描述一个刚体需要与它自己（相关的）坐标系相结合。

在国际实践中普遍使用的方法是基于对Denavit-Hartenberg坐标系的采用[3]。目前的工作是致力于在双连杆机械臂的动态过程建模。

1 机械臂运动学

分析组成机械臂的两个链接：关于一个广义坐标的垂直轴线旋转链接和沿水平轴偏移的一个广义链路坐标。这些坐标位移决定了机械臂的位置。为了描述机械臂运动学问题必须要解决正、逆运动学问题。

这些任务的解决方案用于机械臂工作区的建设。另外，由此产生的方程组是随后的处理运动任务的起点。解决方案是一组建立机械臂广义坐标与笛卡尔坐标之间联系的非线性函数。图1显示了该机械臂的运动学。

采用Denavit-Hartenberg方法编码运动链。然后建立对机械臂的运动学正问题的绝对和相对坐标形式的约束方程：

-在一般形式上

-与特定的值

因此：

获得机械臂的运动方程：

链接1：

链接2：

获得扩展链路的整体速度：

逆运动学问题是确定一个给定位置和它的输出链路定位（夹具）的机器人的广义坐标[4-5]。有多种方法用于求解逆运动学问题，但大多数是与超越方程系统的解相关。

让我们用三角法来解决这一问题。

从方程组发现后，针对这种划分获得

显然，在第一连杆的旋转角度可以被定义为

For to find the use identity ，thenobtain：，obvious that ，then finally get ，hence.

查找使用的身份，进而获得：，显而易见的是，最终得到了想要的结果，因此。

其结果是，我们得到一个广义坐标方程系统：

随时间变化的变量集，设置唯一标识的机器人连杆的相对位置。因此，机械系统的配置称为广义坐标。在完整力学系统中一些广义坐标的n等于自由度的数目。

2 机械臂动力学

研究人员对机器人动力学有着极大的兴趣。当导出机器人动力学方程的解析形式时可以用拉格朗日或者阿佩尔形式进行描述。在正式说明的情况下，拉格朗日需要对动能和广义力推导出解析表达式，在使用形式化描述阿佩尔的情况下―能量，加速度，和转化的广义力。确定必要的动能，在一般情况下，为了确定质量速度的构成系统和固体角速度矢量实心体的中心刚体的动能在绝对坐标系的变换下是不发生改变的。

这使我们能够获得惯性张量的变换公式之交

一旦将每个环节的动能进行描述解析，找到整个系统的总动能很重要：

找到的每一个链接的动能：

各链接的转动惯量：

让我们假设

经过变换和替换得到

获取拉格朗日方程的每一个环节。区分系统的总动能交替关于。

该操作的结果是，我们得到了各链接下面的等式：

链接1：

链接2：

（1）

结合系统得出方程：

（2）

柯西变换结果系统的一般形式，替代：

（3）

3 模拟分析

分析所得的方程系统，在MATLAB特别是在其组件Simulink中建立一个数学工程的系统动力学模型。图2表示的是一个由柯西的正常形式的方程得到的一个系统动态模型。该模型是通用的，可用于参数不同的确定质量和尺寸的机械臂的机器人的研究。建模的目的是确定其发生过程的动作速度和性质，确认机械臂关节耦合（在同步运动）及速度和转速的行为。

在建模过程中已经使用下列参数：重量负载-，一个夹持器的延伸速度-，绕垂直轴旋转的速度-，其余参数在建模过程中进行计算。

根据对模型的研究结果显示，进行定性评估。

建模：

对旋转模块；

对机械臂的扩展模块。

瞬态过冲：

静态误差值：

过渡过程中的上升时间：

。

得到的定性评估结果相当接近于具有适当质量和尺寸和参数的双连杆机器人的试验评估。评估结果表明，该模型在评估有另一个处理重量和力-速度特性的类似机器人动态参数时十分有效。

4 结语

因此，建立的双连杆机器人模型允许评估他们在这个模式下的行动速度，产生的性质，确定在他们同步运动时的关节耦合时刻。

参考文献

第7篇

【关键词】理论力学 少学时 教学内容

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）08-0145-02

理论力学是高等学校理工科专业一门非常重要的专业基础课，更是学生在高等数学等基础理论课程后接触实际工程的第一课。这门课程一方面能培养学生分析问题和解决实际问题的能力，同时又是很多后续专业课程的基础，如材料力学、机械原理、机械设计等。

目前，各大高校均进行课程体系改革，各门课程教学课时大幅缩减。在学时减少，但教学内容却不能减少的情况下，如何仍能把应有的知识教授给学生，且保证教学效果和教学质量，不影响后续课程的学习，对授课教师来讲是一个挑战，这就需要教师对教学内容、教学方法、教学手段等进行改革，而教学内容的优化则是首先应该解决的问题。

一、理论力学传统教学内容

虽然理论力学的课时减少了，但应该教给学生的知识不会减少，课程包含的内容没有变化。下面首先以各大高校现在广泛采用的哈工大的理论力学教材为例，介绍传统理论力学包含的教学内容和教学安排。主要内容包括三部分：静力学、运动学、动力学，课时内容安排也按照这个顺序。

首先，从静力学部分出发，研究物体平衡时的平衡规律、物体的受力分析、力系的简化等。而在章节的编排上，第一章先介绍静力学五大公理，然后介绍约束和约束力，进行物体的受力分析和受力图绘制;然后按照力系的作用线是否在同一平面内，分成平面力系和空间力系，形成第二、三两大章节，在各章里分别介绍平面/空间汇交力系、平面/空间力矩和力偶、平面/空间力系的简化、平面/空间力系的平衡。这一部分内容编排相对繁琐，内容相似，并不需要第二章和第三章各讲一次，而平面力系是其特殊情况，教材上采取的是从“特殊”到“一般”的讲解方式，平面问题和空间问题分别对待，这样势必就会造成课时的浪费。

然后，到运动学部分，研究运动的物体，但只从几何的角度研究物体的运动，包括运动轨迹、速度、加速度等，而不研究引起物体运动的物理原因，即不考虑物体受力。章节编排上，依次介绍点的运动学、刚体的简单运动、点的合成运动和刚体的平面运动。此部分章节的编排相对合理，但在点的合成运动部分，根据牵连运动的不同分成两部分：平移时和定轴转动时的加速度合成定理，这两节的编排稍显重复，并且没有涉及到牵连运动为平面运动这种最一般的情况。

最后，动力学部分，研究受力物体的运动与作用力之间的关系，可分为经典动力学和分析动力学两部分，前者由牛顿运动定律和动力学普遍定理构成，采用矢量描述，称为矢量动力学;后者以达朗贝尔原理和虚位移原理为基础，包括动力学普遍方程、拉格朗日方程、哈密顿正则方程及哈密顿原理等，采用标量描述，称为分析动力学。这部分内容与物理学内容有些重复，如动量定理、动能定理等，可以略讲，而动量矩定理、达朗贝尔原理、虚位移原理等则为理论力学特有的新内容，应该详细讲解。

二、理论力学教学内容改进

上述为目前高校所采用的理论力学教材中普遍采用的教学内容和编排次序，除了所述不足应该改进外，在内容的整体编排上也可以进一步改进。

静力学、运动学、动力学是传统理论力学的三大内容，但实际上，绝大部分的物体都是运动的，平衡指物体相对地球静止或作匀速直线运动，如果物体相对地球静止，则其速度和加速度均等于零，如果物体作匀速直线运动，则其速度为常数，加速度为零，可以说平衡是运动的一种特殊形式。那么，我们在安排内容时，可以把理论力学分成两大部分：运动学和动力学，静力学作为动力学的一个章节介绍。

首先，运动学部分。在这一部分里，先介绍一些基本概念，如时间与空间、质点与质点系等;再介绍点的运力学，即各种坐标下运动的表示法;其次介绍质点运动学的一般基础，引入约束的概念，并把位移与虚位移、广义坐标、广义速度与广义加速度等内容在这一部分讲解;然后依次介绍点的复合运动和刚体的平面运动，在加速度合成定理这一章节，不再把加速度合成定理按牵连运动的不同分开讲解，直接介绍牵连运动为一般运动的加速度合成定理，它完全可以退化到平移和定轴转动的特殊情况。

然后，动力学部分。首先介绍动力学的基本概念和公理，即牛顿三大定律，再介绍主动力和约束力、外力与内力的概念，同时引入功和理想约束的概念;然后介绍微分变分原理，主要是动力学普遍方程，即达朗贝尔-拉格朗日原理的相关内容;其次，将静力学部分紧跟其后，在这部分里介绍刚体静力学部分的内容，包括受力分析、力系等效、力系平衡等;后面两章依次为动力学基本定理和定律、分析动力学基本定理等，分别包括动量定理、动量矩定理和动能定理，以及达朗贝尔原理、虚位移原理和拉格朗日方程等。

三、小结

本文总结了现有理论力学经典教材中教学内容和教学安排的问题和不足，提出少学时理论力学课堂教学新的内容安排。新的教学内容安排既能节省课时，又不会减少知识要点和内容，且安排简洁合理，具有从“一般”到“特殊”的特点，层次分明，容易理解和接受。

参考文献：

[1]刘又文，彭献.理论力学[M].北京：高等教育出版社，2006.

第8篇

【关键词】 技术评价存在问题提高质量

1技术评价的基本标准

实效性（结果）评价和合理性、经济性（过程）评价是运动技术评价的两大基本标准运动技术训练的根本目的，是为了创造优异运动成绩。是否能达到这一目的，即实效性如何，是评价运动技术的主要标准。其次，达到这一目的的过程是否符合生物学及心理学等规律，即合理性与经济性如何，也是评价运动技术的重要标准。在很多情况下，合理的、经济的技术会取得良好的效果，这在自行车运动项目表现难美性及表现准确性尤为突出。

2运动技术评价的指标

2.1生物学与社会学指标。评价运动技术可以从自然科学和社会科学的不同角度进行，在评价举重技术时，不仅要分析其是否符合生物力学和生理生化规律，而且，还要评价其否负荷美学规律，即使，举重项目的美学不像体操项目要求的那样高，但是如果不是很协调，那么也不会出什么大的成绩。一般来说，采用生物学评价的情况居多。

2.2质量与数量指标。运动技术的数量反应着运动员掌握技术动作的全面性和多样性。运动技术的质量可以用内外两组指标进行评价。内部指标，指技术动作是否合理和经济；外部指标，指技术动作是否“实效”。因此，对技术质量的评价，相对来说更加复杂，采用的标准也更多一些。我们现在进行的技术评价，大多是指质量评价。

3运动技术评价方法

3.1定性评价与定量评价。

3.1.1定性评价。定性评价是对于运动技术的质的特征所进行的评价。这种评价以观察法为主要手段。在采用观察法时，要注意观察的客观性、系统性和精确性。客观性将保证获取的关于运动员技术情况的信息是可靠的；系统性指观察必须按运动的计划顺序进行，从而保证观察的全面性，发现相似事物中微小差异，从而使观察结果符合实际。采用观察手段评价运动员技术状况的两种途径，即在运动员完成动作的现场直接观察、评价和借助于录像技术在间接观察中进行评价。

3.1.2定量评价。定量评价是对于运动技术的量的特征所进行的评价。这种评价主要是依靠各种仪器设备，对运动员的运动技术的各种生物特征（主要是生物力学特征）进行定量描述与评价。定量评价一定量分析为基础，与评价者的经验相结合，从而使作出的评价与定性评价相比较，更具有准确性和可靠性，即不仅能提供定性的信息，还能提供定量的信息，从而更迅速二准确地提出改进技术的措施或建议。目前，定量评价往往采用“理论模式分析”和“实测”两种具体办法。“理论模式分析”方法是把运动中的复杂人体，进行一系列简化性假设，建立起技术动作的数学或生物学模型，继而使生物力学或经典力学的方法对技术动作进行分析评价；“实测”方法是应用现代科技手段对进行中的技术动作直接检测，以获取技术评价所必需的人体运动学、动力学、形态学和功能解剖学等方面的参数。

3.2运动学评价与动力学评价。

3.2.1运动学评价包括：①技术动作的空间特征：位置坐标值（人体活某一环节的位置）；运动轨迹（是动点在给定的参考系中的几何位置）；持续时间（动作过程运动时间的量度）②时间特征：运动节奏运动中各部分时间之比）；运动频率（单位时间内动作重复的次数）两者共含的时空特征：速度（运动点位置坐标随时间变化的值）；加速度（描述人体活某一环节运动速度变化的时间量度）

3.2.2动力学评价。动力学评价包括对人体惯性特征、动力特征及运动能量特征的描述与评价。

3.2.3多维测试与综合评价。多维测试是运用手段、尤其是现代科技手段，从多种角度对运动技术进行测试。随着现代运动技术的发展，单一的测试手段和角度以表现出局限性，多维测试应运而生。通过对多维测试所获取的多种信息进行综合评价，可对运动技术作出更为透彻和准确的分析与评价。因而，这种方法是技术评价的发展方向。

4自行车项目运动技术评价特点

4.1技术特征。①完成动作的目的是在时间上或在名次上优于对手，使自己得分及防止对方得分。②比赛时受对方制约，对抗比较激烈，因而完成技术的外部条件比较困难，技术动作在临场的变化较多，运动员有即兴的动作表现出来

第9篇

张雨浓：目前来说，人工神经网络、冗余度机器人学和科学计算与优化是我们科研攻关的三个主要方向，最早当始于导师毛宗源教授主持负责的“仿人脑信息处理与控制的人工系统的研究”，随后开展了近年来承担的国家自然科学基金委支持的课题“机器手臂的基于二次规划的冗余度解析方案”“冗余机器人实时运动规划的统一理论”等项目。就人工神经网络、人工智能等相关领域的研究情况而言，我国很多学术前辈、同事甚至是后学不同程度地做出了不少创新性的成果，有些甚至达到世界领先的水准，这一点还是值得我们欣喜的。

以人工神经网络为例来说，其理论在国内外都已经取得了许多令人瞩目的成果，国内也有许多学者相继提出了不同的人工神经网络模型，并取得了较为广泛的应用，且应用范围在不断扩展，渗透到了多个领域，如信号处理，智能控制、模式识别、机器视觉、非线性优化、图像处理等等。我团队近期拓展的神经网络模型的连接权值直接确定一项可避开传统BP(误差回传)神经网络的内在弱点，如冗长的权值迭代计算、局部极小点问题、网络参数及隐神经元数的选取困难等等，并将递归神经网络应用于冗余度机械臂的运动规划与控制中，展现出了良好的成果。

笔者：早在2001年，您率先提出变矩阵／向量／优化问题的神经网络新解法，能否借此机会有针对性地讲述几点其与传统解析与架构上的不同?

张雨浓：其与传统梯度方法的不同之处可归纳为如下数点：首先，新型神经网络解法是基于矩阵／向量形式的误差函数而设计的，令其每个误差元素不断递减至零而成。与此相对，基于梯度法的传统神经网络解法是基于非负或至少下有界的标量形式的能量函数而设计的；值得指出的是，在基于梯度法的神经网络解法中涉及的参数矩阵等多是探讨定常的情况。

其次，新型神经网络在处理时变问题时，系统地采用变矩阵，向量的时间导数信息，这也是新型神经网络能够全局指数收敛到时变问题的准确理论解的原因之一。与此相对，基于梯度法的传统神经网络解法因没有使用如此重要的时间导数信息而难以有效地求解时变矩阵／向量／优化问题。

另外，新型神经网络通常是用更为普适的隐动力学方程描述的；而基于梯度法的传统神经网络则多是采用显动力学方程描述的。

笔者：在您的科研范围内，冗余机器人是您科学研究的主项，它显然代表着高端的科技发展方向，我们想请张教授谈一下冗余机器人今天的发展状况及其特性、优势，其在未来科技领域内的应用情况，给人类社会所带来的利好。

张雨浓：就冗余机器人而言，现主要研究的是冗余机械臂，其可广泛地应用于工业生产之中，包括焊接、油漆，组装、绘图、挖掘，送料和其他智能活动等等。冗余机械臂是指末端执行器在执行给定的任务时有比其所必需自由度之上更多的自由度和灵活度的机械臂。在冗余机器人的运动学研究中，正运动学和逆运动学都是研究的核心部分。正运动学指给定关节变量，通过已知的手臂函数映射关系，能够唯一地确定末端执行器的位姿，而逆运动学是指给定末端执行器的笛卡尔变量，如何来实时求解机械臂的关节变量。两者刚好相对，但逆运动学的求解却不容易。后者直接关系到运动分析，离线编程、轨迹规划等等，是将工作空间内机器人末端的位姿转化成关节量值的前提。由于机械臂逆运动学问题的复杂性，我们将机械臂逆运动学逆动力学问题都统一地转化为最优化问题，具体为时变二次规划问题，这种做法能减少大量矩阵求逆，矩阵相乘等运算，减少计算时间，也更灵活、更加智能化。

这些科研结果能为装备制造，加工作业乃至空间机器人等领域的运动控制和新型机械臂的研发，制造以及技术提升提供一个更为科学更加有力的理论与实践基础。该冗余度解析理论将会在重工制造装备等方面展露，并带来广阔的应用前景和较大的社会经济效益，如用以改造和提升喷浆机器人、焊接和绘图机器人、车载机器臂系统等机械设备的运动解析与控制技术、操作模式及其安全性稳定性等。

笔者：2007年您所提出的BP神经网络权值直接确定理论研究，克服了传统BP神经网络所固有的迭代时间长、迭代次数多，易陷入局部极小点和学习精度不高等诸多缺陷。您一直站在科技前沿，在未来您的研究方向还将力求冲破哪些方面的障碍?

张雨浓：我们的一个科研工作重心就是人工神经网络的权值直接确定法以及外延的新方法新理论，比如在权值直接确定基础上的隐层神经元数目自适应确定研究等等。就未来在该方面继续做工作而言，首先我们仍将继续寻找，挖掘、探讨和考察不同的激励函数、网络模型，以求从不同的角度更加丰富地证实权值直接确定法的可行性，有效性、普适性以及优异的学习能力等等；其次，我们将(也已经在)探讨多输入多输出人工神经网络的权值直接确定法，并同时探研拓扑结构自适应确定算法于其中；另外，也如同我们向中科院某所提交的一个开放课题申请书中所言，应用神经网络权值与结构直接确定理论处理海量数据同样值得尝试与探讨，我们以往曾开发出基于Toeplitz矩阵的时间序列高斯过程回归技术处理了六万维矩阵求逆和两万四千维数据，这一结果或可以借鉴用以开发神经网络超万维数据处理技术。

第10篇

【关键词】高中；物理；教学

1 初中物理研究的问题相对独立，高中物理则有一个严谨的知识体系

第一学期所学的（粤教版）必修一，第一章：运动的描述，第二章：探究匀变速直线运动的规律，第三章：研究物体间的相互作用，第四章：力与运动，四章的基本内容就构成一个基本的动力学体系。第一、二章从运动学的角度构建理想物理模型质点，从而研究物体的运动规律，从速度等矢量着手，找出物体运动状态改变的规律———加速度，第三章讲述物体间的相互作用，为动力学做准备，第四章讲述力与运动，则从力学的角度进一步阐述运动状态改变就是产生加速度的原因。

2 初中物理只介绍一些较为孤立、简单的知识，高中物理则注重更深层次线索逻辑性的研究

如物体的运动，初中只介绍到距离、速度及平均速度的概念，高中则更为深入，从理想模型质点出发，点到点的移动形成距离和位移的概念，描述点点移动的快慢引入了速度、速率，平均速度、平均速率的概念，接着总结了标量和矢量的区别，进而描述了速度的改变引出加速度的概念，知识的铺垫是层层递进的，也形成了一个完整的运动学知识体系。再比如弹力的形变原因和方向，摩擦力有无和摩擦力方向的判定都是难点，“摩擦力总是要阻碍物体的相对运动或相对运动趋势 ”。首先要分清是发生在哪个面，相对哪个面，其次要用运动学的知识来判断相对运动或相对运动趋势的方向，然后才能找出力的方向，有一些问题中甚至还要用物体平衡的知识能才得出结论。例如：在水平面上有一物体B，其上有一物体A，今用一水平力F拉B物体，它们刚好在水平面上做匀速直线运动，求A和B之间的摩擦力。分析：A物体作匀速直线运动受力平衡），在水平方向不受力的作用，故A和B之间的摩擦力为零。

3 初中物理注重学科定性分析，高中物体则注重学科定量分析

定量分析比定性的要难，当然也更精确。如对于摩擦力，初中只讲增大和减少摩擦的方法，好理解。高中则要分析和计算摩擦力的大小，且静摩擦力的大小一般要由物体的状态来决定。高中物理还强调：首先注重物理过程的分析：就是要了解物理事件的发生过程，分清在这个过程中哪些物理量不变，哪些物理量发生了变化。特别是针对两个以上的物理过程更应该分析清楚。若不分析清楚过程及物理量的变化，就容易出错。其次注意运用图象：图象法是一种分析问题的新方法，它的最大特点是直观，对我们处理问题有很好的帮助。但是容易混淆。如位移图象和速度图象就容易混淆，同学们常感到头痛，其实只要分清楚纵坐标的物理量，结合运动学的变化规律，就比较容易掌握。再次注意实验能力和实验技能的培养：高中物理实验分演示实验和学生实验，它对于我们学习知识和巩固知识都起到重要的作用。因此，要求同学们要认真观察演示实验，切实做好学生实验，加强动手能力的锻炼，注意对实验过程中出现的问题进行分析。

4 初中物和高中物理学习产生差异的原因

初中学生升入高中一年级学习，普遍感到物理难学难懂，教师也感到难教，根据上述高中物理的知识结构特点与初中物理的区别，经过分析，产生这种现象的原因主要有以下三个方面：

4.1 定性的学习变为定量的学习。

初中物理学习和教学都是对问题进行定性的分析，遇到定量的计算也是比较简单的套公式，简单的运算，而高中的问题不光是定性的分析还要定量的研究和计算。

4.2 学科的形象思维过渡为抽象逻辑思维。

初中物理的学部分都是建立在生动的自然现象和直观的实验基础上，在现实的生活中几乎都看得见，摸得着，让学生们通过感知、形象思维获得知识；步入高中则是向抽象逻辑思维过度，就目前教材的编写来看，虽然经过修整，但是坡度台阶还是有的，比如理想模型的构建，摩擦力的方向，瞬时速度，受力分析，力的合成与分解，牛顿定律等，都从抽象逻辑思维给与学生很大的磨练空间。再者很多初中生秉承了初中的形象思维，进入高一以后缺乏逻辑思维能力，遇到问题不会联想，缺乏分析、归纳、演绎的能力，不善于判断和推理，只会简单的套公式，没有定量的分析，所以出现一带公式就错的现象。

4.3 学习方法上的不适应。

初中学生更多的习惯于由教师传授知识，而高中物理学习中在相当程度上则要求学生独立地或在教师指导下主动地去获取知识（包括预习、独立地观察和总结实验以及系统地阅读教材和整理知识等）。此外，高中物理学习中的理解、记忆，逻辑推理能力越来越显得更重要。

5 怎样才能学好高中物理

5.1 树立学好高中物理的信心。

改变以前初中学习物理的观念和做法，彻底抛弃分数高就代表着会学物理，就代表着物理就能学好的陈旧观念，在刚开学的过程中会感到物理不是很好学，也不太适应，此时一定走出初中的学习光环，坚定信念，及时改变学习的方法和态度，使自己尽快的适应高中的物理学习生活，及时的爬上高中的坡度，培养自己学好物理的良好心态。

5.2 培养学习物理的浓厚兴趣。

在日常的生活过程中，留意身边的许多物理现象，比如喝饮料时是大气压帮了忙，走路时是静摩擦力帮了忙，洗衣机、微波炉、电视机、手机等家用电器都包含了很多的物理知识，在学习的过程中，有意识的学到的书本知识和生活中的实际相联系，理论用于实践，使自己在知识享受的快乐中得到收获，再者积极的参加各种物理的课外活动，多做一些小制作.

第11篇

关键词：手语合成；虚拟人；虚拟人动画；运动学；JAVA3D

中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)11-2582-04

Method on Controlling Virtual Human Gesture Based on the Uighur Sign Language Synthesis

GONG Guo-hui, Alifu·KUERBAN

(College of information Science and Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830046, China)

Abstract: Uygur sign language synthesis system based on virtual people technique can be widely applied in various areas such as Uygur 3D sign language teaching, news broadcasting, and communication between deaf-mute and normal people, which plays an important role in improving the quality of deaf-mute people’s life. Through research on Uygur sign language, this paper uses the approach of robot kinemat? ics in virtual people arm modeling and uses java3D technique in constructing Uygur sign language editor which can complete sign language action accurately and set up a good foundation for sign language synthesis system. The main research contents are as follows: The robot ki? nematics modeling. Constructing gestures editor.

Key words: sign language synthesis; virtual human; virtual human animation; kinematics; java3D

手语是聋哑人使用的语言，它是由手形动作加上表情姿势而组成的表达系统，是一种靠动作和视觉进行交流的特殊语言。手语合成就是把基于文本的自然语言通过手语合成系统翻译成聋哑人认识的手势语言，通过计算机生成的三维虚拟人将手势表达出来。基于虚拟人技术的维吾尔语手语合成系统可以被广泛的应用到众多领域，例如：维吾尔语三维手语教学、新闻播报、聋哑人和正常人的交流等，对提高聋哑人的生活质量有着重要的意义。该文通过对维吾尔语手语的研究，用机器人运动学的方法对虚拟人手臂模型进行建模，运用JAVA3D技术构建了维吾尔语手势编辑器，能够准确的实现手语动作，为手语合成系统的建立打下了良好的基础。

1机器人运动学

表示机器人操作机或机械手（Manipulator）每个杆件在空间相对于绝对坐标系或相对于机器人机座坐标系的位置及方向的方程，称为机器人的运动学方程[1]。对于各运动构件上笛卡尔坐标系的变换关系，该文采用的是齐次坐标变换。例如第一个构件的位置及方向用齐次坐标矩阵A1描述，第二个构件的位置及方向用齐次坐标矩阵A2描述，则第i个构件的位置及方向就是齐次坐标变换：

Ti=A1A2???Ai

即各齐次坐标矩阵依次连乘，便得到齐次坐标变换。

1.1坐标旋转和坐标平移的复合变换

对于最一般的情形：坐标系｛B｝的原点与｛A｝的原点既不重合，｛B｝的方位与｛A｝的方位也不相同。用位置矢量ApBO描述｛B｝的坐标原点相对于｛A｝的位置；用旋转矩阵R描述｛B｝相对于｛A｝的方位，如图1所示。[2]对于任一点p在两坐标系A和B的描述Ap和Bp具有如图1的变换关系。

1.2齐次坐标

我们采用齐次变换来进行相关的坐标变换。在该变换中，采用的坐标是齐次坐标。所谓齐次坐标，就是用n+1维坐标来描述n

2手臂运动约束

手部动作的限制主要是对关节运动，约束条件反映了以下四种情形：1）关节角度的限制和约束的运动类型，第二到第五个手指的第三个关节由于只能做弯曲、伸直运动，而且第一和第二关节只能弯曲，伸直在同一方向上，因此，同一平面上的有四个手指是第二到第五手指；2）第一关节弯曲的程度大约是第二关节弯曲程度的2/3，指骨之间弯曲对人类手指运动的限制是，在没有外力的情况下，就不可能有第一个关节弯曲而第二关节不弯曲的情况；3）对于掌骨和手之间的约束，由于独立的一个手指的弯曲要受到指状组合型韧带的限制，当第三个关节弯曲时的角度大概是90度，而对于第二个手指却少于90度，第三到第五个手指弯曲的角度超过90度，手指弯曲会阻止一个手指的伸展，因此，第三关节弯曲角度取决于相邻手指弯曲或伸展；4）掌骨与手之间的关节并拢和分开的约束，握成一个拳头时，随着手指弯曲的角度增加手分开与并拢的角度减少，第三个手指作用限制并拢与分开，而自然伸开手掌时，并拢与分开可自由进行。[5]

通过右乘表示四个运动的四个矩阵就可以得到变换矩阵A，矩阵A表示了四个依次的运动。从而得到结果如下：

按照以上规则，并按照实际应用中的要求选取了多自由度关节的简化形式之后，建立了手臂肩关节到手腕关节的坐标系，各坐标系的建立有一定的相互依附关系如图2所示，肩关节建立了三个坐标系，肘关节建立了两个坐标系。[6]图2肩肘腕关节相互依附关系图

根据D-H法，建立了D-H参数表：

表1 D-H参数表

C50-S50 S50C50 0-10dBC 0001

Si表示Sinθi，Ci表示Cosθi，A1表示构件坐标系1相对于参考坐标系的变换关系，A2表示构件坐标系2相对于构件坐标系1的变换关系，其余变换以此类推。[7]将上面列出的转换矩阵依次相乘就可以得到手臂各关节的空间位姿矩阵，腕关节的矩阵为：

nxoxaxpx nyoyaypy nzozazpz

0001

其中：

nx=c1c2c3c4c5-c4s1s3c5-c1s2s4c5-c1c2s3s5-s1c3s5

ny=s1c1c2c3c4c5+c1s3c4c5-c1s2s4c5-s1c2s3s5+s1c3s5nz=-s2c3c4s5-c2s4c5+s2s3s5

ox=-c1c2s3s4+s1s3s4-c1s2c4

oy=-s1c2s3s4-s1s2c4-c1s3s4

oz=-s2s3

ax=-c1c2c3c4s5+c4s1s3s5-c1s2s4s5-c1c2s3c5-s1c3s5ay=-s1c2c3c4s5-c1s3c4c5+s1s2s4s5-s1c2s3c5+c1c3s5az=s2c3c4s5+c1s4s5+s2s3c5 px=(c1c2c3s4-s1s3s4+c1s2c4)dBC+c1s2dAB py=(s1c2c3c4-c1s3s4+s1s2c4)dBC+s1s2dAB pz=(-s2c3c4+c2c4)dBC+c1dAB

3设计与实现

工作台是使用JPanel guiPanel()方法构造出GUI图形用户界面。为了减少内存的占用.将大部分组建作为局部变量的形式,只将各个关节滑动条作为成员变量。[8]用户界面如图3所示：图3用户界面图

手语编辑器的效果展示，手语词“您好”的效果展示如图4所示：

4结论

该文通过人体生理结构，确定了人体自由度以及约束条件。并且建立了Denavit-Harten bery数学模型，根据齐次变换矩阵推导出虚拟人手臂关节的运动学方程，通过正向运动学求解出关节各个坐标值，从而驱动各个关节的运动，实现了手势动作。在j2se平台上，运用并整合JAVA2D图形编程和JAVA3D建模技术，达到通过控制虚拟人关节转角参数来控制手臂姿态的目的，构建了维吾尔语手语编辑器，能够准确的实现手语的编辑，为以后手势库的生成打下了良好的基础。

该文对基于维吾尔语手语合成的虚拟人姿态控制研究还处于起步阶段，还有很多不足之处。在接下来的工作中，虚拟人的建模方法、对虚拟人静态姿态编辑技术的改进、虚拟人外观的改进、手语合成中手势库的建立、手势数据的压缩、人体运动分析方面以及在嵌入式系统的实现等地方都需要做大量的研究。后续的工作必将会推动维吾尔语手语合成系统的发展，为维吾尔语手语合成系统的广泛应用奠定基础。

参考文献：

[1]杨雨标.基于VRML-JAVA的机器人运动仿真研究[J].机械科学与技术,2004,23(1):560-565.

[2]王从庆.基于0penGL的机械手三维可视化仿真研究[J].机械科学与技术,2001,23(7):56-61.

[3]王朔.可用于虚拟建筑环境的web3D技术初探[D].广州:华南理工大学,2003.

[4]高伟.计算机手语的研究与应用[J].计算机研究与发展,2003,24(3):98-101.

[5]汪兴谦.VRML与JAVA编程实例讲解[M].北京:中国水利水电出版社,2002,24(12):894-902.

[6]徐琳.基于文本的中国手语合成研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2003.

第12篇

关键词：机械臂；相对可操作度图；逆运动学

中图分类号：TP241文献标志码：A文章编号：1672-1098（2016）01-0056-06

Abstract：Aiming at the flexibility of manipulators in working space， a method of constructing global relative manipulability map was proposed. In this method， the working space of the manipulator was processed by grid， and the discrete positions were obtained； then the rectangular coordinate system was set up on the discrete positions， and the discrete positions of the manipulator were accomplished by rotating the coordinate axis； the position and pose of each discrete position were calculated by inverse kinematics， and the maximum relative operational degree of the position was calculated； finally， the visual method was used to draw the relative operational degree distribution map of the manipulator in the working space to reveal the flexibility distribution of the manipulator in its working space. The method provides a theoretical basis for the design of the manipulator， and lays the foundation for the task operation planning of the manipulator.

Key words：manipulator， relative manipulability map， inverse kinematics

机械臂是模仿人体手臂而设计的一种自动化操作装置，其运动灵活性反映了对任务操作的转换能力，灵活性指标对于机械臂的设计、评价与运动规划有非常重要的作用，机械臂运动灵活性是机器人运动学研究的一个重要内容。

可操作度、条件数和最小奇异值是比较经典的三个灵活性指标[1]，其中可操作度应用较为广泛，其物理意义可以解释为机械臂各运动方向上能力的综合度量。Yoshikawa将雅可比矩阵与其转置矩阵乘积的行列式的之值定义为机械臂的可操作性指标，并提出了可操作度椭球的概念对机械臂的灵活性进行描述[2]；姚建初等利用方向可操作度对冗余度机械臂进行运动规划，提高了机械臂的运动能力[3]；Hammond等利用加权各向同性指标，对机械臂进行优化设计，并提出了力矩加权各向同性指标，同时考虑了运动灵活性与关节力矩[4]；谢碧云等提出基于条件约束的方向可操作度指标，通过优化侧重点的改变，最大限度地保留了方向可操作度[5]；赵京等采用相对可操作度指标对构型不同的机械臂灵活性分析，筛选出最佳串联仿人机械臂构型[6]。以上对于机械臂灵活性的研究大多针对机械臂工作空间任意点的运动能力进行评价，而对机械臂整个工作空间的灵活性分布情况未进行研究。

本文针对国内外研究的上述不足之处，以机械臂可操作度为基础，建立全局相对可操作度指标，通过对机械臂的位姿离散的方法，结合机械臂逆运动学，基于Matlab平台绘制机械臂全局相对可操作度图，进而从宏观角度出发对机械臂的整个工作空间的灵活性加以分析。本文以Puma560机械臂为示例，研究机械臂工作空间相对可操作度图的构建过程。

1运动学与可操作度

11运动学分析

Puma560是机械臂研究中的典型，由6个旋转关节组成，本体如图1所示。利用D-H法对机械臂建模已成为机械臂运动学研究的标准方法，图2为采用该方法建立的Puma560机械臂坐标系，表1为其DH参数。对于其正逆运动学的求解…[7]，在此不再赘述。借助于机器人工具箱，可以完成Puma560的正运动学解算，并可以得到8组逆运动学封闭逆解。

|det[J（q）]|；机械臂处于奇异形位时，w=0。很容易地可以看到：机械臂除了位于奇异形位时，可操作度指标总是大于零的。此度量指标可以用来衡量机械臂距离奇异形位的远近程度，可以用来衡量机械臂的灵活性。在评价机械臂灵活性过程中，总是希望得到统一量纲指标，为此定义机械臂工作空间的全局相对可操作度指标来对机械臂的可操作性度量指标进行归一化处理[6]，如式（2）所示。

μi=wiwmaxi=1， 2，…，n （2）

式中：wi为机械臂工作空间点pi处的可操作度值，wmax为机械臂工作空间中的可操作度的最大值，μi为上述两者间的比值，称为全局相对可操作度值。当μi=0时，表示该点处于奇异形位；当μi=1时表明该点操作度达到最大值，灵活性最好，显然μi的取值范围是[0，1]。对于Puma560机械臂，在已知各关节角度情况下，采用机器人工具箱可以完成可操作度的计算，本文采用蒙特卡罗方法，完成对Puma560机械臂工作空间的最大可操作度值wmax的求取，再通过式（2）可以得到该形位下机械臂的相对可操作度。

2相对可操作度图构建

21工作空间离散

以两倍的机械臂长度lws为边长，建立一立方体，显然此立方体将机械臂工作空间包含于其中；对该立方体进行网格化处理，将每条边分成长度为lc的nc份，如式（3）所示，如此便把大立方体分成了n3c个小立方体，其边长lclws，工作空间离散化网格划分如图3所示。

机械臂工作空间中任一点都可以划分到各小立方体中，通过式（4）可以计算出所属的小立方体，其中（tx，ty，tz）为机械臂工作空间中的任意点；反之，通过式（5）可以计算出任一小立方体的中心坐标位于机械臂基坐标系下的坐标。采用此种离散方法，机械臂工作空间中的任意位置都可以进行定向分析，每个小立方体22姿态离散

为了将机械臂工作空间任意位置上的姿态进行离散，首先将上述离散空间中的小立方体用与其各面都相切的球体代替，可见当小立方体的边长趋于无穷小时，该球体与小立方体完全一致。采用螺旋点均布算法[8]，在球体表面均匀分布np个小球体，如图5所示，每个小球体的坐标以球坐标的形式给出，如式（6）～（9）所示。

θk=arccos hk，hk=-1+2（k-1）N-1，

1≤k≤N （6）

k=（k-1+36N11-h2k ）（mod 2π），

2≤k≤N-1，1=N=0（7）

xk=lc2・sin θk・cos k

yk=lc2・sin θk・sin k

zk=lc2・cos θk （8）

pi=[xkykzk]T （9）

假设大球体和均布的小球体球心都固接有坐标系，大球体坐标系各轴方向与基坐标系一致，小球体坐标系的z轴为由大球体球心与小球体球心的连线，并且指向为大球体球心到小球体球心，通过式（10）与（11）可以得到小球体坐标系到大球体坐标系的变换矩阵，均布小球体的坐标系z轴如图6所示。

至此，可以把Fi，0看作为机械臂的工具坐标系位于大球体下的位姿，而Ri，0就是机械臂的某一姿态。

为了进行姿态离散，将小球体上的坐标系绕其z轴每隔Δ°0旋转一次进行离散，共分成m0份，如式（12）所示，旋转矩阵如式（13）所示，则当小球体上的坐标系旋转过α°k后，其位于大球体下的坐标如式（14）所示。至此，可以将小球体上的任一坐标系位于基坐标系下的坐标通过式（15）和（16）得到，从而完成了机械臂工作空间的任意位姿的离散。

m0=360Δ0（12）

Fz（αk）=Rz（αk）0

0T1αk=k・Δ0k≤m0 （13）

Fi，αk=Fi，0・Fz（αk）=F（Rot（i，k），pi） （14）

TBaseSphere （g）=F（I，w（g））=Iw（g）

0T1 （15）

FBaseTCP=TBaseSphere （g）・Fi，αk=F（I，w（g））・Fi，0・Fz（αk） （16）

23可操作度图构建

通过以上步骤可以实现机械臂工作空间的任意位置和姿态，然而机械臂各关节由于机械结构的限制并非所有的姿态都能到达，Puma560机械臂各关节角度旋转范围如表1所示。因此，在完成机械臂工作空间的位姿离散后，要将每一个位姿进行逆运动学验证，已验证该位姿是否存在逆解。若逆解存在则计算该构形下的相对可操作度，否则按顺序选取下一组位姿值进行计算，重复上述步骤，直至机械臂工作空间所有位姿选尽，程序流程如图7所示。

24Puma560相对可操作度图及分析

按照图7所述机械臂工作空间相对可操作度图构建流程，以Matlab为平台，结合机器人工具箱，进行Puma560机械臂的全局相对可操作度图构建。当Puma560关节取（0，0，-π2，0，0，0）时，机械臂伸直，为所能到达的最长距离，所以大正方体的边长取此时度的2倍为17272 mm，小正方体边长取35 mm，大球体上小球的数量取11，姿态按绕z轴每隔80°取。

为Puma560的全局相对可操作度图，从图中可以看出该机械臂的最大可达空间为一球面，而由于关节机械结构的限制，该球体并不完整，主要表现在从外到内在机械臂第一关节为极限位置时有一个断裂带，并且该球体为中空的。理论上分析，可操作度图球体表面应全为红色即相对可操作度为0，即机械臂处于奇异，而由于位置离散时小正方体的边长取值相对较大，因此球体边缘部分点可操作度较小，但并非为零。为了便于观察机械臂相对可操作度的分布情况，对上述全局相对可操作度图的球体进行剖视，如图9所示。通过图9可以看出，Puma560工作空间的全局相对可操作度大体成带状分布，且大部分空间的相对可操作值达08～10。位于可操作度图球体边缘的点操作度较小，当向球体中心移动时，相对可操作度值变大，然后再变小。图8Puma560工作空间相对可操作度图

3结论

本文从机械臂的工作空间出发，以相对可操作度为基础，通过将机械臂工作空间位置离散与姿态散的方法，完成对机械臂整个工作空间的位姿离散，对位姿离散的方法进行了详细论述，而后以逆运动学为基准，对离散的位姿进行筛选，对于满足逆运动学的位姿进行计算全局可操作度，采用三维直观图对机械臂工作空间的相对可操作度分布情况进行描述，通过图谱可以直观地看出机械臂工作空间内其相对可操作度的分布情况。

参考文献：

[1]熊有伦， 唐立辛， 丁汉，等.机器人技术基础[M].武汉： 华中科技大学出版社， 2013：5-200.

[2]YOSHIKAWA T. Manipulability of robotic mechanisms[J]. International Journal of Robotics Research， 1985， 4（2）：3-9.

[3]姚建初，丁希仑， 战强. 冗余度机器人基于任务的方向可操作度研究[J]. 机器人， 2000， 22（6）：501-505.

[4]HAMMOND Ⅲ F L， SHIMADA K. Morphological design optimization of kinematically redundant manipulators using weighted isotropy measures[C]// International conference on robotics and automation. Kobe Japan， 2009， 2 931-2 938.

[5]谢碧云， 赵京. 基于条件数约束的方向可操作度[J]. 机械工程学报， 2010， 46（23）：8-15.

[6]赵京， 宋春雨， 杜滨. 基于人体工程学的仿人机械臂构型[J]. 机械工程学报， 2013， 49（11）：16-21.

第13篇

关键词：机械原理；理论力学；运动学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）52-0096-02

普通高等工科院校机械类各专业所学的《机械原理》课程，内容一般可以归纳为三个部分：机构的结构、机构的运动学以及机器动力学。而其中机构的运动学部分，主要研究了机构各点的轨迹、位移、速度、加速度的求法和机构的运动规律，这与《理论力学》中的运动学部分所研究的内容是一致的。从课程间的关系上看，《机械原理》原本就是以《理论力学》[1]为基础的，因此对于运动学的研究方法和思想也应该是一致的；但事实上，国内大部分机械原理教材对于运动学问题的求解方法与理论力学还是有一些区别的，下面我们将举例详细说明。以组成移动副的两构件重合点间的速度和加速度的求法为例，如图1（a）中的四杆机构，已知机构的位置、各构件长度及构件1的等角速度ω1，求构件3的角速度ω3和角加速度ε3（为表述方便，所有符号以《机械原理》教材为准[2]）。

一、从速度分析看相对运动原理的不同描述

首先看《机械原理》对该问题中相对运动的分析方法：图1中构件2和3组成移动副，构件2上的点B2与构件3上的点B3为组成移动副两构件的重合点，因此可以根据相对运动原理列出相对速度和相对加速度矢量方程式。已知构件1上B的速度为vB1=ω1lAB，方向垂直于AB且指向与ω1转向一致；由于构件1、2用转动副B相联，因此vB1=vB2，构件2、3组成移动副，其重合点B的相对速度矢量方程式为：■=■+■（1）式中■为点B3相对于点B2的运动速度，该矢量等式中仅■与■的大小未知，故可画出速度多边形，如图1（b）所示。接下来通过解三角形或者按速度比例尺作图便可求出■的大小，进而解得构件3的角速度ω3。可以看出，这种方法是以B2为参考点所列出的速度矢量方程，用《理论力学》中点的合成运动理论来解释，就是以B3为动点，并将动系固结在构件2上，此时的点B2实际上就是牵连运动中与动系固结的“牵连点”，因此■就是牵连速度■，■相对速度■，■则是绝对速度■，这就满足了点的速度合成定理■=■+■。但是理论力学在解决该类问题的时候，更习惯于以B2为动点，将动系固结到构件3上。这样做的优点，不仅绝对运动中动点的速度和轨迹比较容易确定，而且牵连运动的形式也更容易判断（动系作定轴转动），牵连点则是任意时刻BC杆上与B2重合的点，该瞬时就是点B3。此时的速度矢量方程可以写成：■=■+■（2）式中■为动点B2相对于牵连点B3的运动速度，即相对速度■，此时速度合成示意图如图1（c）所示。由此可以看出，用点的合成运动思想去描述相对运动原理，将复杂运动分解为绝对运动、相对运动和牵连运动，可以使问题简化，思路更为清晰，更容易被接受。

二、从加速度分析看图解法与投影法解矢量方程的区别

接下来我们看《机械原理》对该问题中加速度的分析，为保持前后一致，在这里同样以B2为参考点列出加速度矢量方程：■=■+■+■由于点B3作曲线运动，因此加速度■+■=■，故原式可以写成：■+■=■+■+■（3）式中■和■分别是点B3的法向和切向加速度，这部分是绝对加速度■；■ 是牵连点B2的法向加速度，即牵连加速度■；■为点B3相对于B2的加速度，即相对加速度■（由于相对运动是直线运动，因此只有一个加速度分量）；■为科氏加速度，它是由于动系发生转动而产生的。该矢量等式中已知各矢量的方向和大小如下表所示。

从表中可以看出，上面的矢量方程式中只有■和■的大小未知，其他参数均为已知，因此该方程可解。下面我们用两种方法来求解这个矢量方程。

1.图解法。《机械原理》教材中一般都是用图解法来求解矢量方程，如图2（a）所示，从任意极点π连续作矢量πb2'和b2'k'分别代表■和■，其加速度比例尺μa=aB2/πb'2（m/s2/mm）；再过点π作矢量πb3''代表■，然后过点k'作直线 k'b'3平行于线段CB3代表■的方向线，并过点b''3作直线b3''b3'垂直于线段CB3，代表■的方向线，它们相交于b'3，则矢量πb3'便代表■。通过测量与计算可以求得构件3的角加速度为：ε3=atB3/lCB=μab''3b'3/μ1CB3，

2.投影法。《理论力学》在求解矢量方程时，当方程中矢量的个数超过3个，一般都采用投影法，将矢量等式转化为标量等式后求解。如图2（b）所示，首先将矢量方程中的所有矢量移到同一点，由于■和■大小未知，无法确定其指向（正负），可以先按图中假设的方向处理。想要求出构件3的角加速度ε3，只需要解出■的大小即可，下面将该矢量方程向BC的垂线方向投影（如图中红色虚线所示），转化后的代数方程如下：0+■=aB2cosθ-ak■+0 （4）式中θ为■与投影轴的夹角。可以看出，该方程只包含未知数at■而不含另一个未知数ar■，因此可以直接求出所需的结果：ε3=■=■=■（5）从上面这个例子我们可以看出，两种方法求解矢量方程各有优劣：图解法求解结构的位置、速度和加速度较为形象直观，但作图烦琐，精度较低；投影法所得的结果是解析解，不仅能满足精度要求，而且能反应各参量之间的函数关系，但是在投影转化为代数方程的时候可能会出现多元方程组，增加求解难度，如果合理选择投影轴，就可以减少方程中未知数的个数，从而使问题简化。

三、结论

1.《机械原理》与《理论力学》在运动学分析上采用了不同的方法，对一般学生来说，不能起到举一反三的作用，反而容易发生概念混淆；只有将机械原理教材对于运动学问题的求解方法与理论力学一致起来，才能做到从基础到应用的一致性；

2.《机械原理》中的图解法虽然较为直观，但思想方法与表述上都跟理论力学有一定的差别，且作图比较烦琐、精度差，对复杂机械分析时尤为困难。在计算机不发达的过去，不失为一种较为便捷的求解矢量方程的方法；但现如今计算机应用已经相当普遍，这就使得投影法成为一种更精确、更高效、更实用的求解方法。此外，当机构由二维扩展到三维时，相应的运动学矢量方程就成为了空间矢量方程，这时候图解法将不具备可操作性，而只能使用投影法进行分析。由以上分析，我们认为《机械原理》中的运动学分析方法必须跟《理论力学》中的对应内容保持一致。在分析机构运动的过程中，可以把图解法、矢量投影法、和计算机求解等知识一并纳入教学，让学生对同一内容有更加深刻全面的认识，从而使独立分析问题的能力大大增强。

参考文献：

[1]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学Ⅰ[M].第七版.北京：高等教育出版社，2009.

第14篇

Abstract： Intermittent mechanism is a kind of typical important mechanism，usually we will use CAM mechanism and other typical intermittent mechanism.but using the Metamorphic mechanism can also realize the intermittent movement，through the geneva wheel mechanism and five-bar mechanism can be implemented intermittent movement.the Metamorphic mechanism can realize two kinds change of configuration transformation，At the same time can also achieve four different location of the movement. Simulation software is used to describing the movement of the structure state. the metamorphic mechanism changes its configuration from one to another .it is reasonable to reducing the impact by the way of adopting a proper type of motion for the inputs of mechanism.

Keywords： Metamorphic mechanism； Dynamics； Simulated analysis

变胞机构（Metamorphic mechanism）是Dai J S和Rees Jones于1999年首先提出的[1]。在机构的运动过程中，机构发生合并以及分离或出现几何异构， 从而导致了构件数目或机构的自由度发生变化，产生出了新的构型， 将这种机构称之为变胞机构。2004 年，LIU 等[2]在研究了变胞机构的本质、特性及变胞方式后，提出变胞机构的定义：“变胞机构是在运行过程中（包含奇异位形处）拓扑结构至少发生一次突变（所有的构型互不同构）的机构。变胞机构根据不同的工作要求，在运动过程中变换出多种不同的构态，使变胞机构实现不同的任务，应用于不同场合。变胞机构可以广泛应用于航空航天设备、印刷机械等领域，也为机构学研究开辟了新的领域。

在变胞机构的运动学方面的研究中，文献[3]以五杆变胞机构为例，验证了在构态变换时的冲击效应；文献[4]-[5]利用ADMAS仿真软件对变胞机构进行机构建模和动力学的仿真，给出了利用ADMAS仿真软件进行仿真的方法文献[6]对一种典型的变胞机构，利用矢量法进行了运动学分析。本文以平面变胞机构为例，利用ADAMS软件仿真分析了一种五杆机构在槽轮机构作用下实现不同构态间转换，并且分析了构态两个位置间变换时加速度的变化规律。

1 机构模型的建立

对于建立机构模型来说，我们通常可以直接利用ADAMS软件来直接完成，也可以借助一些功能更加强大的CAD软件建模，我们借助PRO/E的强大的建模功能建立了机构的模型。对于平面五杆机构的研究文献[3]已经进行了比较深入的研究，但是该研究只是将两个原动件之一作为了变胞的条件，考虑了两种构态之间的变换。而本文是将平面槽轮机构与五杆机构综合，利用槽轮机构的间歇运动可以实现五杆机构在不同构态间变换，虽然构态的变换数没有改变，但是却实现了不同位置之间的构态变换。机构简图如图1所示。

由上述仿真结果可以看出机构由第一构态向第二构态变换时，构件3上C点的加速度在（a）所示9s的时候开始进入第二构态，从（a）、（b）两图图示C点的运动加速度由12.63变化到29.32，加速度产生了比较大的突变，导致产生冲击较大。同时我们发现机构在由第二构态下运动时，由于拨叉带动槽轮转动，此时槽轮的运动为变加速运动，而且，机构此时受到原动件AB杆的作用，因此构件DC上的C点的加速度变化比较显著，如图4（b）所示。

结论

本文利用计算机仿真技术对槽轮变胞机构进行了仿真研究，通过尺度综合确定了构件的长度尺寸，得到了该机构在不同构态下的拓扑图，通过仿真分析发现机构在不同构态间转化时会产生不同程度的冲击，因此在利用该机构在实现间歇运动时需要考虑冲击所造成的影响。

[参考文献]

[1] Dai J S，jones J Rees.Moobility in Metamorphic Mechanism of Foldable/Erectable Kinds.Transaction of the ASME，journal of Mechanical Design，1999，121（3）：375-382.

[2] liu chuanhe，YANG tingli.proceedings of the eleventh world congress in Mechanism and machine science，Tianjin，April 1-42004[C].Beijing：china Machine Press.2004

[3]王黎斌，谢 进. 五杆变胞机构构态变换的运动性能分析[J]. 机械，2011，38（01）：1-5.

[4]吴艳荣，金国光，李东福. 基于ADAMS的变胞机构动力学仿真[J]. 机械设计与制造，2007，195（05）：87-88.

[5]陈育明，蓝兆辉. 平面变胞间歇机构运动学分析及其仿真[J]. 机械传动，2007，141（03）：56-58.

[6] 赵 勇，包士维，金国光.一个典型变胞机构的构态与运动分析[J].天津工业大学学报.2007，26（6）70-73

[7] 吴艳荣，金国光等.描述变胞机构构态变换的邻接矩阵法[J].机械工程学报.2007，43（7）：23-26

第15篇

【关键词】运动生物力学 表面肌电 难度动作

中华武术历史悠久，博大精深，一直深受来自全世界人民的喜爱。随着现代体育的不断发展，武术套路也在向世界推广的潮流中不断的前进，现如今已逐步发展成为了以现代体育科学为理论指导，以西方竞技体育模式为运动方式的现代竞技体育项目。在跨学科研究以成为常态的新的背景下，近年来涌现出了很多有关运动生物力学在武术套路中的研究与应用的文章。其中的很多文章多采用运动学的方法对武术套路运动员作运动学的数据测量与分析并得出相应的结论。然而通过表面肌电对武术套路难度动作进行分析和研究的文章却不多。如何更好地运用表面肌电技术研究武术难度动作，已成为一个新的研究热点方向。

1.有关运动生物力学的研究内容与方法

运动生物力学是一门边缘学科，同时也是一门应用性很强的学科。运动生物力学分析不仅在人体运动实践中起着重要作用，它还是运动员和教练员做为教学和训练指导的有力工具。近年来它的发展十分迅速。国内的许多理工类、医学类和体育院校都独立开设了这门课程，有些院校还开设了相应的专业，国内一些学者同时出版了许多相应的教材和专著，在该学科上取得一些居国内外先进水平的成果。对人体与物体的运动分析是运动生物力学的重要研究内容，其中对运动位移轨迹的分析是描述运动的重要方面。

运动生物力学主要通过它的分析应用系统进行研究。并运用运动图像分析法、三维测力台法、步态分析法、肌电分析等研究方法对所要研究内容作出测数与分析。第23届国际运动生物力学年会报告上发现国际生物力学应用技术研究和竞技体育研究仍占主流，研究方法不断得到突破，三维摄像和肌电实现同步测量。各高校还相继研发出新的测试仪器和研究系统，这使得运动生物力学研究不断向前发展。

2.运动生物力学在武术难度动作中的研究

在武术套路中指定难度动作分为A、B、C三个难度等级，武术比赛中指定难度动作因其难度大、扣分重、不易完成使其逐渐成为整个套路的核心。提高指定难度动作的训练质量对提高运动成绩至关重要。

2.1 运动生物力学在武术难度动作中的研究过程

通过运动生物力学研究长拳难度动作，一般先把难度动作进行阶段划分，以旋风脚动作为例：旋风脚可以划分为助跑、起跳、空中击响及转体、落地等四个阶段，之后用高速摄像机拍摄或用肌电测试仪进行实验测量，或者两者同时进行，实验结束后，用三维影像分析系统和肌电数据分析系统对所得数据进行处理。最后利用QToolS软件和Excel软件对获得的数据指标进行计算和统计，从而得出想要的结论。

2.2运动生物力学在武术难度动作中的研究发展趋势

通过运动生物力学对武术难度进行研究经历了运动学、动力学、以及多角度分析等三个阶段。

运动学分析阶段主要是通过摄像得出有关难度动作在旋转角度、各关节夹角、以及动作摆动幅度等相关数据并进行分析，这在一定程度上可以对动作进行分析，但不够全面。动力学阶段主要是对武术难度动作进行运动学肌电两方面或多方面测量，不仅从单一运动的角度，更从运动与肌肉发力等多角度进行综合考虑，使研究成果更有价值。多角度分析阶段已不仅仅是再对武术难度动作进行测量分析，将对动作从技术本身从发结合摄像肌电等手段，在运动生理学和运动解剖学等多学科的支持下再对难度动作进行研究，使得研究成果更具说服力。

3.运用表面肌电技术研究武术难度动作

运用表面肌电技术对武术难度动作进行研究，主要是通过使用肌电测试仪对做难度动作的运动员进行肌电测量，获得数据以后在对数据进行处理，其中比较重要的数据指标有积分肌电，它是计量肌肉放电水平的以单位面积放电量为单位，可以初步了解肌肉在做武术难度动作所做的贡献。还有就是放电的时序，即做武术难度动做过程中各个肌肉的放电顺序，我们可以通过这些方面了解各肌肉在做动作中协调工作的情况，从而实现研究目的。在运用表面肌电技术对武术难度动作进行研究中，时程也是非常重要的，它反映了各肌肉放电所持续的时间，使得我们在研究武术难度动作和安排相关肌肉训练上能得到很多借鉴。运用表面肌电技术研究武术难度动作已成为武术套路难度动作研究的新方向。

4.小结

关于运动生物力学在武术套路中难度动作的研究的文章有很多，通过阅读和整理相关资料，可以把这些所研究文章大致分为以下三个方面。

1.对某一难度动作或组合难度动作的运动学分析，即主要运用三维摄像手段进行拍摄，再运用相关运动分析系统对所拍摄图像进行解析。

2.对某一武术套路难度动作的表面肌电分析。

3.运动生物力学在武术中应用的综述类文章。其中由以前两方面的文章居多。如何使用表面肌电去分析和研究武术套路中的难度动作将会成为未来很好的一个研究方向。

【参考文献】

[1]卢德明.运动生物力学测量方法[M].北京：北京体育大学，2003，347

[2]周继群，徐彩桐.武术套路中“旋风脚”动作的运动生物力学分析与训练[J].天津理工学院学报，2002，16：36一37.