文档介绍：广东工业大学
硕士学位论文
基于ADAMS人体动力学的建模与仿真研究
姓名:罗小美
申请学位级别:硕士
专业:机械设计及理论
指导教师:袁清珂
20060501
摘要以人体为对象研究其建模方法、对其进行运动学和动力学分析的人体动力体骨骼、关节以及肌的结构、功能和运动规律。然后结合机械多体动力学原理,环境中,对人体行走的一个周期过程进行了仿真计算,测出了在行走中人体肩关黄屏艘郧把芯空哒攵阅持痔囟ㄔ硕匀颂褰薪5乃枷耄疚乃谌颂逍凶吖讨校婕暗饺颂逍凶卟教腿颂迤胶獾目刂疲畚亩匀攵远ρ嫖侍猓晒Φ囟匀颂逍凶呓卸Ψ抡妫⒂檬导嗜颂逍走测量的数据来验证仿真计算的数据,最终确认了整个建模思路的正确性,符合关键词:蝗颂澹唤#悍抡学,是仿人机构研究的基础理论学科之一,已在航空、汽车等领域得到了广泛应用。人体动力学研究对指导机电产品设计、运动康复器械设计等具有重要意义。在论文中,作者首先从人体解剖学的基础理论出发,详细深入的分析了人对人体的各个部分进行了适当的、合理的简化,运用机械动力学仿真软件建立了人体动力学模型。最后,论文主要针对动力学的逆问题,在砑节、髋关节、膝关节和踝关节的扭矩,并把仿真数据与实际测量数据进行了对比分析。本论文的主要研究成果如下:立的模型适用于绝大多数的非指定性的运动。岢隽税讶颂迩氨劭闯梢豢楦仗逖芯康牟缓侠硇裕范ò亚氨鄯殖闪娇刚体研究的思想。体行走步态和支撑相位进行了分析,运用数学函数设计了确定行走轨迹的人体关节运动参数,并结合模糊控制理论研究了调节人体关节角度保持身体平衡的模糊规则器。解剖学和机械多体动力学理论。
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第一章绪论国内外研究现状任A搜芯吭蛹佳菰痹抓举重物的仗宸抡婺P汀,评估和研究手工操作对人体的伤痛影响。还有生物力学方法是将人体看作有限刚体铰接组成的多刚体系统,可避免对人并不是完全的刚体,还有像肌肉等大量的软组织,若完全按刚体的特性来构建模型则存在一定的误差,而且纯刚体模型中对肌肉的力学特性和神经系统对运动的控制考虑得较少。如果完全忽略了肌肉一神经系统的作用,人体运动系统将缺乏人体运动分析是近年来计算机视觉领域中备受关注的前沿方向之一,是当代生物力学和计算机视觉相结合的一项重要技术,具有十分广阔和重要的应用领域,它在机器人学、仿生机械学、智能控制、人机交互、运动分析和虚拟现实等领域都有着广泛的应用⋯。尽管在过去的十多年时间内,人们对人体动力学模型的问题作了不少有益的工作。许多学者针对不同的运动或动作建立了相应的多刚体模型,其中最简单的可用单质点模拟人体运动。著名的P徒颂寤殖龈仗段,各段之间用球铰连接。还有一些复杂模型则用胃仗迥D狻R话闼道矗多刚体模型多用于对~些规则运动的研究,如步行、跑步、垂直跳、体操等体育动作和某些规律性动作。波兰学者蹦床上翻筋斗的动作过程,建立了一个杂啥鹊仗迦颂寮蚧P汀啊!等用一个杂啥刚体的模型来分析和模拟人步行时碰到障碍物跌倒的过程“。,以寻找一种策略来减小跌倒时所造成的伤害。对于人机工程中人的性能分析,美国德州科技大学工业工程系的畘瓵则利用一个的学者将多刚体模型用于研究汽车碰撞过程中人体受到后部冲击的情况”体系统内部运动的复杂模拟,是研究人体运动系统的常用建模方法之一。通常应用动力学普遍定理或多刚体系统动力学理论来建立运动学和动力学方程,并在各种约束条件下求解相关参数。但是刚体数目越多,自由度越多,方程越复杂,往往要列出数十个甚至上百个方程。因此,计算推导浩繁而复杂,手工推导几乎不可能,大多数问题均需借助于计算机求数值解和进行仿真。此外,由于人体本身
神经一肌肉一骨骼系统综合模型,从系统的角度来说,人体运动系统是一个在组成运动系统前的各个部分并不具有运动的性质,只有把它们按一定方式组合起来,在神经系统的控制和调节下才成为具有力学行为的运动系统。因此,有的学者在研究人体运动系统时提出了系统仿真的观点,在刚体模型的基础上增加肌年代,他就利用一个块肌肉杂啥鹊耐绕矫婺P汀解决了踢脚动作巍榧∪狻鲎杂啥鹊哪P汀研究人们垂直跳也逐步被人们所认识,出现了一些神经控制模型。东京大学的的事先调整及施加特定的关节力矩的方法,人体运动模型可成功地越过路面障碍模型⋯。。型生成了与真实的人体步行非常吻合的人体步行模式““。因此,用这种方法研究人体运动,更接近人体的真实运动,突出了人体内部运动规律,具有重大理论价值。但是,人体运动系统是个非线性时变系统,对于它的控制机理一直是个富有挑战性的问题。由于人们对人体神经系统的控制原理的认识还是有限的,真实灵活性和自适应性,变成了刚性的机器人。因此,纯刚体模型并不能完全真实地模拟人体运动。非线性的复杂系统,各子系统间相互影响、相互作用。例如,肌肉、骨骼、