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Finite element modeling and injury criteria investigation for the lower leg of the Chinese human body under impact loads
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作者 Xianping Du Xizheng Zhao +1 位作者 Jianyin Lei Guanjun Zhang 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS 2024年第4期259-269,共11页
The widely used human body injury criteria were established based on the biomechanical response of the EuroAmerican human body,without considering the differences in anthropometry and injury characteristics among diff... The widely used human body injury criteria were established based on the biomechanical response of the EuroAmerican human body,without considering the differences in anthropometry and injury characteristics among different races,particularly the Chinese human body which typically has the smaller body size.The absence of such race specific design considerations negatively influences the injury prevention capability for these populations,and weakens the applicability of injury criteria.To resolve these issues,this study aims to develop a lower leg finite element model of a 50th percentile Chinese male.The model is built based on the medical images of an average size Chinese male with detailed ankle ligaments and lower leg muscles modeled.Data from sixty experiments available in the literature are used to validate its biofidelity.Using the validated model,the lower leg model is subjected to combined axial compression and bending loads to evaluate its injury criteria.Compared with a typical Euro-American human body mode,the Chinese lower leg presents reduced mechanical tolerance,and the revised tibia index may be an appropriate injury criteria for the Chinese lower leg.Additionally,the validated model reproduces the pedestrian lower leg fracture in a domestic accident. 展开更多
关键词 Chinese human body lower limb model Impact load Injury tolerance Tibia index
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Anybody仿真太极不同步法时股骨及下肢骨主要关节的应力特征
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作者 都志豪 朱宇童 +2 位作者 李浩杰 翟丰 李飞鱼 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2025年第15期3121-3128,共8页
背景:Anybody骨肌建模系统,使用数学建模技术模拟人体骨骼、肌肉和环境的关系,可对人体的逆向动力学进行研究,得出下肢关节力等指标。目的:分析练习太极拳动作时下肢骨主要关节的应力分布规律,为其科学训练和锻炼价值提供依据。方法:在... 背景:Anybody骨肌建模系统,使用数学建模技术模拟人体骨骼、肌肉和环境的关系,可对人体的逆向动力学进行研究,得出下肢关节力等指标。目的:分析练习太极拳动作时下肢骨主要关节的应力分布规律,为其科学训练和锻炼价值提供依据。方法:在北京体育大学武术学院选取8名太极拳健将级运动员进行7组步法动作和右腿股骨CT的数据采集。使用BTS红外捕捉系统、Kistler三维测力台采集太极(八法五步)7组步法动作的运动和力学数据,利用Anybody 7.2骨肌模型的多体动力学仿真技术计算下肢关节动力学参数,结合Workbench 19.2对股骨进行应力计算分析。结果与结论:①利用Workbench软件分析得出了7组步法动作的股骨应力结果,7组动作的应力峰值由大至小顺序是:退步捋势(22.00 MPa)、退步採势(19.379 MPa)、左右移步挤按(9.35 MPa)、左右移步肘靠(6.30 MPa)、进步掤势(4.68 MPa)、进步挒势(2.57 MPa)、中定独立势(0.31 MPa)。②在7组步法动作中2种向后退步动作股骨应力最大(P<0.05),且在7组动作运动过程中的股骨最大应力位置均不同。③上述结果证实,在太极(八法五步)7种步法动作练习时,股骨应力阈值和最大应力位置会随着5种方向(7组动作)运动不同而变化,通过连续训练能够全面地刺激股骨体,进步动作对于股骨体正面和外侧上端影响较大,退步动作对股骨体后面和内侧影响较大,左右横向步法动作主要是股骨体两侧对称受力。④初学者要根据不同步法动作的受力特点来进行针对训练,进步动作和退步动作训练时要注重太极拳的旋转用力以及左右横移步法动作训练时的内侧对抗用力,根据自身薄弱问题,对太极拳训练步法有所侧重,进而达到更好的锻炼效果。 展开更多
关键词 太极 八法五步 股骨 Anybody骨肌模型 有限元分析 生物力学 关节受力 下肢骨
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Virtual Reconstruction of Long Bone Fracture in Car-to-pedestrian Collisions Using Multi-body System and Finite Element Method 被引量:10
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作者 HAN Yong YANG Jikuang MIZUNO Koji 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第6期1045-1055,共11页
Lower limb injures are frequently observed in passenger car traffic accidents.Previous studies of the injuries focus on long bone fractures by using either cadaver component tests or simulations of the long bone kinem... Lower limb injures are frequently observed in passenger car traffic accidents.Previous studies of the injuries focus on long bone fractures by using either cadaver component tests or simulations of the long bone kinematics,which lack in-depth study on the fractures in stress analysis.This paper aims to investigate lower limb impact biomechanics in real-world car to pedestrian accidents and to predict fractures of long bones in term of stress parameter for femur,tibia,and fibula.For the above purposes,a 3D finite element(FE) model of human body lower limb(HBM-LL) is developed based on human anatomy.The model consists of the pelvis,femur,tibia,fibula,patella,foot bones,primary tendons,knee joint capsule,meniscus,and ligaments.The FE model is validated by comparing the results from a lateral impact between simulations and tests with cadaver lower limb specimens.Two real-world accidents are selected from an in-depth accident database with detailed information about the accident scene,car impact speed,damage to the car,and pedestrian injuries.Multi-body system(MBS) models are used to reconstruct the kinematics of the pedestrians in the two accidents and the impact conditions are calculated for initial impact velocity and orientations of the car and pedestrian during the collision.The FE model is used to perform injury reconstructions and predict the fractures by using physical parameters,such as von Mises stress of long bones.The calculated failure level of the long bones is correlated with the injury outcomes observed from the two accident cases.The reconstruction result shows that the HBM-LL FE model has acceptable biofidelity and can be applied to predict the risk of long bone fractures.This study provides an efficient methodology to investigate the long bone fracture suffered from vehicle traffic collisions. 展开更多
关键词 passenger car pedestrian accident lower limb FE model long bone fracture impact biomechanics
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植物纤维中底材料对运动员跳跃过程下肢影响研究
4
作者 王建龙 黄璐 《造纸科学与技术》 2024年第8期63-66,共4页
EVA是一种极为常见的篮球鞋中底材料,具有质量轻、减震性强、舒适度适中等优点。为解决一般EVA材料难降解、环保性差等问题,以汉麻秆植物纤维和EVA材料等为基体制备了一种新型植物纤维中底篮球鞋,对穿着该篮球鞋模拟篮球跳跃动作时运动... EVA是一种极为常见的篮球鞋中底材料,具有质量轻、减震性强、舒适度适中等优点。为解决一般EVA材料难降解、环保性差等问题,以汉麻秆植物纤维和EVA材料等为基体制备了一种新型植物纤维中底篮球鞋,对穿着该篮球鞋模拟篮球跳跃动作时运动员的部分下肢生物力学特征参数进行获取。结果表明:与传统篮球鞋相比,这种植物纤维中底材料篮球鞋质量适中、减震性佳且具有更好的环保性,可以在一定程度上取代传统的篮球鞋中底材料。 展开更多
关键词 植物纤维 EVA 篮球鞋中底 人体下肢 生物力学特征
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A Human Active Lower Limb Model for Chinese Pedestrian Safety Evaluation 被引量:3
5
作者 Fuhao Mo Dian Luo +3 位作者 Zheng Tan Bo Shang Xiaojiang Lv Donghua Zhou 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2021年第4期872-886,共15页
A subsystem impactor test for pedestrian lower limb injury evaluation has been brought in China New Car Assessment Protocol(CNCAP).Concerning large anthropometric differences of the people from different countries,the... A subsystem impactor test for pedestrian lower limb injury evaluation has been brought in China New Car Assessment Protocol(CNCAP).Concerning large anthropometric differences of the people from different countries,the present study aims to establish and validate a finite element lower limb model representing 50th Chinese male size for pedestrian safety research,then compare its biomechanical responses with the general models currently in wide use in the world for pedestrian safety evaluation.Concerning the vehicle-pedestrian impact loading environment,the previously developed lower limb model with three-dimensional muscles was adjusted and validated through the related experiments.Then,the biomechanical responses of the validated model were compared with the Total Human Model for Safety(THUMS)and Advanced Pedestrian Legform Impactor(aPLI)models by combing with four typical vehicles.The results showed that both consistency and significant differences of biomechanical responses existed between the present model and the other two models.The injury measurements of the thigh region of the present model showed extremely large differences with the other two models,while the tibia and Medial Collateral Ligament(MCL)injury measurements show similar values.Thus,it can be concluded that directly using the aPLI or THUMS models for Chinese pedestrian safety evaluation is not robust concerning both kinematic responses and injury measurements. 展开更多
关键词 lower limb injury biomechanics human body modeling pedestrian safety finite element analysis
原文传递
侧切状态下篮球运动员下肢生物力学特征及影响因素研究
6
作者 刘训 《中国皮革》 CAS 2024年第11期51-54,61,共5页
篮球运动中存在大量的侧切动作,侧切动作的不同模式会对运动员的下肢各关节形成不同的影响。本文以10位达到国家二级运动员水平的男性篮球运动员为研究对象,分析了后足落地、中足落地、前足落地3种不同侧切状态下篮球运动员下肢(膝关节... 篮球运动中存在大量的侧切动作,侧切动作的不同模式会对运动员的下肢各关节形成不同的影响。本文以10位达到国家二级运动员水平的男性篮球运动员为研究对象,分析了后足落地、中足落地、前足落地3种不同侧切状态下篮球运动员下肢(膝关节)的生物力学特征。结果表明,采用后足落地侧切形式时,人体下肢膝关节峰值屈曲角度、活动度、反作用力峰值均更高,此时人体下肢更容易出现运动损伤;采用前足落地侧切形式时,更不容易出现运动损伤,且侧切变向、蹬伸效果更好。 展开更多
关键词 篮球运动 侧切模式 人体下肢 生物力学特征
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刚度模型预测下肢高风险着地的研究进展
7
作者 赵文悦 《当代体育科技》 2024年第31期5-9,共5页
该研究通过文献回顾与综合分析,探究刚度模型在预测下肢高风险着地过程中的生物力学机制及其可行性。研究发现,下肢刚度可通过运动训练有效调节,并与运动速度和地面接触时间紧密相关。髋、膝、踝关节的刚度变化对运动效率和损伤风险均... 该研究通过文献回顾与综合分析,探究刚度模型在预测下肢高风险着地过程中的生物力学机制及其可行性。研究发现,下肢刚度可通过运动训练有效调节,并与运动速度和地面接触时间紧密相关。髋、膝、踝关节的刚度变化对运动效率和损伤风险均有影响,具体表现为:髋关节刚度随速度增大可能导致压力分布不均与冲击力过大;膝关节刚度与韧带损伤风险相关,对整体腿刚度和跑步经济性至关重要;踝关节内翻角度与速度则是扭伤的关键因素。目前,模型证实了刚度模型在预测下肢高风险着地的可行性,但仍需改进,以更好地模拟关节非线性行为和复杂力学变化。未来研究方向应致力于发展更精细、更具适应性的模型,结合实验仿真、非线性模型和多因素集成,提供更准确的运动风险预测,为预防运动损伤和运动处方的设计与实施提供科学依据。 展开更多
关键词 下肢刚度 预测模型 生物力学机制 运动损伤
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行人下肢高精度数值模型与损伤参数研究 被引量:4
8
作者 兰凤崇 黄伟 +1 位作者 陈吉清 吴凯 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期42-51,共10页
为了深入研究汽车-行人碰撞过程中下肢的生物力学响应和损伤机理,基于人体解剖学结构建立了具有完整下肢组织结构和高仿生精度的成年男性行人下肢有限元模型.包括股骨、胫骨、腓骨、髌骨等下肢骨骼以及皮肤、肌肉、韧带、关节囊、半月... 为了深入研究汽车-行人碰撞过程中下肢的生物力学响应和损伤机理,基于人体解剖学结构建立了具有完整下肢组织结构和高仿生精度的成年男性行人下肢有限元模型.包括股骨、胫骨、腓骨、髌骨等下肢骨骼以及皮肤、肌肉、韧带、关节囊、半月板等重要软组织.针对长骨骨干断面几何不均匀的特征,提出以CT断面影像数据为依据,建立以真实皮质骨内外表面为边界实现皮质骨断面厚度和形状连续变化的长骨数值模型,对不同建模方式进行了对比,采用两层实体单元模拟皮质骨以获得相对较高的计算精度和计算效率.通过模拟相关生物力学实验,获得了行人下肢各部位的损伤参数,分析了皮质骨厚度变化以及不同撞击方向对下肢损伤参数和损伤机理的影响.上述损伤参数的获得可为我国汽安全性设计提供参考. 展开更多
关键词 行人安全 下肢 有限元模型 生物力学 损伤机理
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中国人体上肢碰撞损伤有限元模型的开发 被引量:5
9
作者 陈吉清 刘朝阳 兰凤崇 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期21-27,共7页
针对中国人体特征进行损伤生物力学研究的重要目的是为完善中国汽车安全法规提供科学依据.为了深入探讨中国人体损伤生物力学机理和损伤响应,根据中国人体解剖学结构,建立了具有较高精度的中国50百分位成年男性乘员的上肢有限元模型,包... 针对中国人体特征进行损伤生物力学研究的重要目的是为完善中国汽车安全法规提供科学依据.为了深入探讨中国人体损伤生物力学机理和损伤响应,根据中国人体解剖学结构,建立了具有较高精度的中国50百分位成年男性乘员的上肢有限元模型,包括上肢骨骼及关节、韧带、肌肉和皮肤等软组织.针对长骨骨干断面几何不均匀的特征,建立皮质骨不等断面厚度和形状连续变化的长骨数值模型.筛选并汇总国内外尸体实验数据,在准静态和动态加载下验证长骨和上肢模型的可靠性,以及肩关节侧面碰撞响应.结果表明,该模型能准确反映人体上肢损伤特性. 展开更多
关键词 汽车安全 损伤生物力学 乘员上肢 有限元模型 损伤机理
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人体下肢动力学建模与仿真研究现状 被引量:4
10
作者 王建辉 徐秀林 《中国康复理论与实践》 CSCD 北大核心 2012年第8期731-733,共3页
本文综述国内外人体下肢动力学建模与仿真的最新研究情况,并对其做出趋势展望。建模方法主要有Newton-Euler方法、Lagrange方法和Kane方法等,分析方法主要有多刚体动力学分析法和有限元分析法。对人体进行合理的动力学建模并获得切合实... 本文综述国内外人体下肢动力学建模与仿真的最新研究情况,并对其做出趋势展望。建模方法主要有Newton-Euler方法、Lagrange方法和Kane方法等,分析方法主要有多刚体动力学分析法和有限元分析法。对人体进行合理的动力学建模并获得切合实际的仿真结果,对人体康复训练器械和智能假肢的研制具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 人体下肢 建模 仿真 多刚体 有限元 综述
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基于人机适应的下肢康复训练器人机建模与受力分析 被引量:4
11
作者 袁林 甄红卫 +2 位作者 史小华 侯慧娜 王洪波 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2014年第2期243-248,共6页
从下肢康复患者的需要和节约成本出发,设计了一种人机融合性好、机械结构简单,具备功能性电刺激接口的脚踏车式下肢康复训练器。该训练系统能针对不同损伤程度的下肢残障者提供被动、主动、抗阻3种康复训练模式。根据人机适应(human ada... 从下肢康复患者的需要和节约成本出发,设计了一种人机融合性好、机械结构简单,具备功能性电刺激接口的脚踏车式下肢康复训练器。该训练系统能针对不同损伤程度的下肢残障者提供被动、主动、抗阻3种康复训练模式。根据人机适应(human adaptive mechatronics,HAM)概念中在约束环境下对人机建模的思路进行动力学研究,在结合人体下肢运动机理的基础上提出了一种平面闭环铰链五连杆刚体模型,介绍了康复设备的结构,对主动踏车运转过程中踝关节的运动进行了分析和优化,基于平面闭环铰链五连杆分析了抗阻训练时人机系统的静力学,建立了数学模型。根据人体下肢模型建立了虚拟样机,并进行了动力学仿真,验证了前述分析的正确性。 展开更多
关键词 HAM 下肢康复训练器 人机模型 静力学 动力学仿真
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虚拟现实验证仿真多路况下人体下肢行走状态 被引量:2
12
作者 王培培 杨鹏 《中国组织工程研究》 CAS CSCD 2013年第35期6293-6299,共7页
背景:在智能下肢假肢控制器的研究过程中,无论采用肌电信号还是运动与动力学信息相结合等方式识别路况,其结果都通常抽象难懂。目的:从直观运动学分析的角度说明不同路况之间的异同,并利用虚拟现实技术对多种路况场景进行建模和仿真以... 背景:在智能下肢假肢控制器的研究过程中,无论采用肌电信号还是运动与动力学信息相结合等方式识别路况,其结果都通常抽象难懂。目的:从直观运动学分析的角度说明不同路况之间的异同,并利用虚拟现实技术对多种路况场景进行建模和仿真以使识别结果形象化、直观化。方法:用Simulink下的机械建模模块Simmechanics搭建人体下肢模型框图并进行输出运动学分析,比较各种路况下运动学信息的异同,结合虚拟现实工具箱建立多路况场景,用运动学信息驱动虚拟模型运动,完成不同路况的验证仿真。结果与结论:直观利用运动学信息区分多种路况有一定的局限性,需结合其他手段或信号;虚拟现实工具箱能很好地再现数据所对应的运动场景。仿真结果表明,虚拟现实建模方法能够真实形象再现人体下肢在平地、斜坡以及楼梯的行走状况,使数据所反映的运动状态不再单调抽象,使识别结果形象化,可作为验证路况识别结果的手段,为智能假肢模式识别工作提供了一个良好的验证显示平台。 展开更多
关键词 骨关节植入物 骨与关节生物力学 人体下肢 虚拟现实 运动学分析 路况识别 仿真 国家自然科学基金
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不同角度正面碰撞中老年驾驶员下肢模型的响应研究 被引量:1
13
作者 武和全 张家飞 +1 位作者 任启凡 胡林 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期739-745,共7页
为研究老年驾驶员在交通事故中下肢的损伤,本文中利用老年下肢模型预测不同工况下肢生物力学响应。首先,对下肢模型的有限元分析与尸体试验结果进行对比验证了模型的有效性。接着,利用验证后的有限元模型,用质量为4.5 kg、速度为4 m/s... 为研究老年驾驶员在交通事故中下肢的损伤,本文中利用老年下肢模型预测不同工况下肢生物力学响应。首先,对下肢模型的有限元分析与尸体试验结果进行对比验证了模型的有效性。接着,利用验证后的有限元模型,用质量为4.5 kg、速度为4 m/s的圆柱形冲击器对膝关节进行不同角度碰撞,探究膝-大腿-髋(knee-thigh-hip)复合体的骨折损伤情况;大、小腿之间的夹角为100°时,分别以3.4和4 m/s的速度进行撞击试验。结果表明,对前一个试验,从冲击器平面法线相对股骨轴线的转角γ=-30°开始,随着冲击器顺时针转动,即γ角的代数值逐渐加大,膝部接触力也逐渐增大,在γ=+20°时达最大值,而到最后γ=+30°时稍有减小;对后一个试验,膝部撞击力以至膝部损伤随撞击速度提高而增大。 展开更多
关键词 碰撞 老年驾驶员 下肢损伤 有限元模型 生物力学响应
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基于OpenSim的人体下肢生物力学性能仿真实验
14
作者 颜兵兵 吴豪豪 +2 位作者 毕冉 马常友 杜云明 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2023年第8期120-125,共6页
强化人体生物力学性能分析能力有助于提高学生处理外骨骼机器人研究过程中解决人机共融技术问题的技术手段。该文以助力型外骨骼机器人为研究背景,基于OpenSim仿真平台提出了一个人体下肢生物力学性能分析实验教学方案,以技术层、输入... 强化人体生物力学性能分析能力有助于提高学生处理外骨骼机器人研究过程中解决人机共融技术问题的技术手段。该文以助力型外骨骼机器人为研究背景,基于OpenSim仿真平台提出了一个人体下肢生物力学性能分析实验教学方案,以技术层、输入层、模型层和输出层体系结构为视角,梳理出由人体下肢运动信息采集到生物力学性能分析的实验仿真流程。使用OpenSim软件建立人体下肢参数化肌骨模型,经由逆运动学和逆动力学求解器获取下肢运动过程中的关节角与关节力矩,为助力型外骨骼的助力机制研究提供数据支撑。 展开更多
关键词 实验教学设计 OpenSim 生物力学仿真 人体下肢运动
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基于JACK的驾驶姿势的下肢关节受力及舒适度分析 被引量:20
15
作者 尹清松 廖前芳 +2 位作者 周前祥 解芳 柳忠起 《航天医学与医学工程》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期440-445,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 数字人模型 下肢关节力矩 舒适度 驾驶姿势 JACK
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人体下肢生物力学建模研究进展 被引量:5
16
作者 邵明旭 王斐 +1 位作者 殷腾龙 刘健 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2015年第4期518-527,共10页
人体下肢生物力学建模与仿真是穿戴式外骨骼机器人系统开发的一个重要内容。对其研究所获得相关的理论与技术方法对生物动力学、康复医学、假肢及运动康复器械设计等领域的发展具有促进作用。本文以人体下肢生物力系统为研究对象,概括... 人体下肢生物力学建模与仿真是穿戴式外骨骼机器人系统开发的一个重要内容。对其研究所获得相关的理论与技术方法对生物动力学、康复医学、假肢及运动康复器械设计等领域的发展具有促进作用。本文以人体下肢生物力系统为研究对象,概括和总结了国内外下肢建模与仿真技术的研究现状,就目前普遍采用的基于Lagrange方程和角动量定理的多刚体模型法、仿真软件建模法、Hill三元素法、黑箱训练等方法进行了详细的分析,并对研究趋势进行了展望。本文所综述的动力学建模与仿真验证方法对实现穿戴式外骨骼机器人和谐自然人机交互设计具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 下肢生物力学建模 LAGRANGE方程 角动量定理 Hill模型 仿真软件建模 黑箱训练法
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基于MRI断层图像的三维建模
17
作者 李露 《湖北工业大学学报》 2008年第4期36-38,共3页
为研究人体下肢的数字化模型,分析其在运动中的应力和应变情况,利用所采集人体下肢的MRI断层图像通过相关的图像处理软件自动化生成三维模型.
关键词 人体三维模型 MRI断层图像 人体下肢
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基于人机闭链的下肢康复外骨骼机构运动学分析 被引量:4
18
作者 李静 朱凌云 苟向锋 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2019年第1期65-72,109,共9页
针对下肢康复外骨骼在使用过程中出现的运动偏差,基于人体-外骨骼运动模型与调整模型,完成了下肢康复外骨骼的结构设计与运动学分析。运用人机偏差变量理论和人机相容理论,在人体-外骨骼运动模型上添加被动自由度,建立了人体-外骨骼调... 针对下肢康复外骨骼在使用过程中出现的运动偏差,基于人体-外骨骼运动模型与调整模型,完成了下肢康复外骨骼的结构设计与运动学分析。运用人机偏差变量理论和人机相容理论,在人体-外骨骼运动模型上添加被动自由度,建立了人体-外骨骼调整模型。根据2种模型设计了下肢康复外骨骼,该外骨骼提供运动模式和调整模式,可通过人机滑动偏差检测装置切换使用模式。通过建立单侧外骨骼机械腿运动学模型,求解其运动方程和连杆变换矩阵。运用MATLAB和ADAMS软件对外骨骼模型和人体-外骨骼模型进行运动学仿真,并对比分析仿真结果。结果表明:下肢康复外骨骼在矢状面内的运动空间可以覆盖人体末端运动轨迹,该外骨骼各关节仿真运动趋势与理论运动趋势基本一致;调整模式能够补偿运动模式产生的运动偏差,验证了下肢康复外骨骼机构设计的合理性。研究表明基于人机闭链设计的下肢康复外骨骼机构能够较好地补偿运动偏差,避免因人机滑动引起的人体二次损伤,为外骨骼的实用化设计与研究提供了理论基础。 展开更多
关键词 下肢康复外骨骼 人体外骨骼调整模型 结构设计 运动学分析
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基于人体动力学模型的下肢康复机器人控制方法 被引量:1
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作者 朱玉迪 孟巧玲 +1 位作者 胡杰 喻洪流 《生物医学工程学进展》 CAS 2023年第3期294-300,共7页
为解决目前针对骨科术后患者的下肢康复机器人种类少且交互性弱等问题,该文设计了一种基于人体动力学建模和拉压力传感器实现人机交互的新型坐卧式下肢康复机器人。该系统通过实时监测人机交互力,调整髋关节、膝关节、踝关节训练角度,... 为解决目前针对骨科术后患者的下肢康复机器人种类少且交互性弱等问题,该文设计了一种基于人体动力学建模和拉压力传感器实现人机交互的新型坐卧式下肢康复机器人。该系统通过实时监测人机交互力,调整髋关节、膝关节、踝关节训练角度,验证建立的数学模型,对比实际采集的关节角度,得出数学模型在Matlab拟合和Adams仿真中力矩变化趋势相同,且最大均方差不超过0.81N/m,实验对比完全被动和智能被动状态的关节角度有明显调整,证明该系统提升了患者的主动参与性。 展开更多
关键词 骨科术后 下肢康复 动力学建模 人机交互
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大范围运动过程中人体下肢动作捕捉系统设计 被引量:4
20
作者 张平平 《现代电子技术》 北大核心 2018年第3期88-91,共4页
传统的人体下肢动作捕捉系统能够对人体进行快速的动作捕捉,但是由于动作幅度较大不能在大范围的运动过程中对下肢关节进行动作捕捉。针对上述问题,设计了一种大范围运动过程中人体下肢动作捕捉系统。在硬件处理上采用新型的BOT-6765连... 传统的人体下肢动作捕捉系统能够对人体进行快速的动作捕捉,但是由于动作幅度较大不能在大范围的运动过程中对下肢关节进行动作捕捉。针对上述问题,设计了一种大范围运动过程中人体下肢动作捕捉系统。在硬件处理上采用新型的BOT-6765连续动作捕捉系统,使用待换机的层次运行结构改变传统的捕捉选定的结构过程,提升了动作捕捉过程的测量范围,同时减小了捕捉过程中背景虚设的帧,有效地提高了人体下肢动作捕捉过程的清晰度。软件上建立了简化模型,保证捕捉过程中的准确性,同时能够提高捕捉范围,优化了人体关节角的运算,人体下肢关节是捕捉过程的关键所在,优化后的关节运算存储量小、捕捉准确,避免计算误差的产生。为了验证设计的大范围运动过程中人体下肢动作捕捉系统的有效性,设计了对比仿真实验,通过实验数据的分析,有效地验证了设计的大范围运动过程中人体下肢动作捕捉系统的有效性。 展开更多
关键词 大范围运动 人体下肢动作 简化模型 三角函数 关节角 动作捕捉系统
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