基于牛顿-欧拉动力学方程的人体下肢动力学分析

目的建立人体下肢动力学方程,求解不同步态下关节部位的运动学参数与动力学参数。方法应用牛顿-欧拉动力学方程建立人体下肢两杆动力学方程。根据实验者的人体参数计算得出方程中的人体大、小腿的长度、质量、质心位置以及转动惯量,通过Vicon三维运动采集设备,对人体下肢不同速度步态下的运动学参数进行采集,得出了各种步态下髋、膝关节的关节角度随时间变化曲线图。将角度数据、足底压力数据及下肢模型所需参数带入方程中,通过Matlab软件进行编程计算。将计算结果与ADAMS人体步态仿真结果进行力矩峰值的比较,验证了所建立方程的正确性。结果求解计算出了不同步态下髋、膝关节的力矩。结论通过建立动力学方程求解关节力矩,实现了关节下肢力矩在不同步态下的精确求解,为外骨骼的关节力矩设定提供了依据。

基于JACK的驾驶姿势的下肢关节受力及舒适度分析

目的研究驾驶姿势下外力施加给人体下肢时,关节角度及外力大小对关节力矩大小的影响特征;根据力矩计算单关节舒适度并验证。方法采集人体测量参数,在Jack中建立了10名志愿者对应的个性化数字人模型。模拟人的驾驶姿势,计算下肢各关节处的力矩大小。结果 Jack计算出关节力矩与角度和外力的相关性明显,变化趋势与实测结果一致。舒适度评价方法反映出真实关节感受。结论各关节力矩与踝关节角度呈负相关,与外力呈正相关;驾驶员的膝关节角度取108°到113°度为宜;对于髋关节和踝关节力矩,外力的影响最大;对于膝关节力矩,膝关节角度的影响最大;关节力矩受踝关节角度的影响最小,与之负相关;基于力矩的舒适度概念定量地反映出关节舒适感,可以为驾驶环境设计提供参考。