人体下肢基于动力学的运动仿真

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1、英语论文翻译学校：华北水利水电大学学院：机械学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号：指导老师：马子领、张太萍人体下肢基于动力学的运动仿真李进，程秋菊，梁红，郭卓维中国哈尔滨，哈尔滨工程大学自动化学院摘要-在这篇论文中首先基于人体解剖学和多体动力学，使用ADAMS建立了一个人体下肢简化模型。在下肢的建模过程中，下肢简化为股骨和胫骨由非常小的膝关节的膑骨接合。另一个假设是股骨和胫骨被模拟为圆柱形刚性体，因为它们的形状类似于圆柱体。然后，人体大腿的屈伸运动、向内或向外旋转运动和小腿的曲仲运动在这篇

2、论文中进行了模拟。此外，屈仲运动涉及的肌肉以点-点力的形式被添加到模型中。最后，人体下肢的几个一般性肌肉-骨骼运动均模拟为运动过程屮每个关节的力和力矩原理，使用ADAMS的运动学和动力学分析功能进行研究。模拟的结果本文进行分析。关键词-ADAMS,肌肉模型，下肢，点-点力，运动仿真一、引言计算机仿真人体运动是研究人体运动的原理的有效手段，并且它成为与生物力学和计算机模拟结合的一项重要技术。它具有非常广泛和重要的应用［1］；它也在机器人技术，人机交互，虚拟现实和其它相关领域中起重要作用。模拟和分析

3、人体的研究和取得的相关数据对运动员的训练、伤亡的保护、事故分析和运动康复设备设计等是非常重要的。模拟仿真人体也是虚拟现实领域的一个重要部分［2］。因此，根据人体解剖学和多体动力学的知识，本文模拟了人体下肢的运动。二、建立人体下肢的骨骼和肌肉模型的A.人体的骨骼模型建立人体下肢可视为人体运动时大腿、小腿和脚，并且它包括髓关节，膝关节和踝关节。在下肢建模的过程中，下肢被简化为股骨和胫骨由非常小的膝关节的膑骨接合［3］,且关节起到非常重要的作用。采用更严格的方法，髓视为研究人体运动过程中的旋转关节，膝

4、关节可模拟为有一个自由度的旋转接头。骨盆在人下肢的动作中被视为相对固定。在下肢的建模过程中，另一个假设是股骨和胫骨被模拟为圆柱形刚性体，因为它们的形状类似于圆柱体。这些刚体的参数见表1［4］。冋归方程为Y二Bo+B.M+B2H,指定标准体重和身高（M二65千克，H=1.7米）的回归方程，其值示于表2中。下肢模型如图.1所示。肌肉模型肌肉力学模型的研究中，它主要研究的分离中肌肉的长度和速度两参数。虽然研究结果能够反映肌肉的特性，但它在实际的应用有很大的不足。因此，简化且可以联合张力-长度和张力-速

5、度模型的肌肉模型是在未来重新搜索必然趋势。这是本文引用齐朝辉教授提出的肌肉模型[5]0F=KS，+CeTvl+Fo(1)其中，F为肌肉张力，沿着肌肉长轴和指向肌肉的中心，K是肌肉的张力-长度的系数，S是各种肌肉的长度，C是肌肉的张力-速度的系数，并在相同运动中的值不变；v是沿长轴方向的肌肉收缩速度；F。为人类的激励在人体运动的初始状态,并且该参数取决于哪个人愿意实现的运动效果。表1质量和冋归方程的数据arthromeresBOBlB2quality(m)-0.0930」52-0.0004thig

6、hlx-3664.895.54928.078iy65.277.165-1.461Iz-3705.384.28428.621quality(m)・0.8340.061-0.0002leglx-299.1642.932.09iy-17.7760.792•0.033lz-301.0442.992.012表2下肢刚体模型参数arthromeresthighlegtheshapeofrigidbodycylindercylinderlength48(cm)37(cm)quality9.1(kg)2.8(k

7、g)Ix(kg-cnr)1469」246.6Iy(kg-cnr)282.6328.09Iz(kg-cm2)1438.72353三、肌肉骨骼-模型的建立A.大腿屈伸运动的肌肉-骨骼模型这数据采用是由徐清泪，倪委盟和万年宇测得的臀部肌肉周围从开始到结束的点[6]o屈伸运动相关的肌肉的起始和结束点的坐标如表3所示。屈伸运动相关的肌肉有许多，为了便利研究，在不影响操作的效果和肌肉的作用前提下这些肌肉可以简化[5]0競部的股育•肌和张紧肌根据它们的坐标可视为一个肌肉群，以及大腿的半腱肌，半膜肌和二头肌视，

8、因此，这两个肌肉的信息这五个肌肉可代表原有的五个肌肉计算。的简化肌肉信息相关的点和长度显示在表4中，运动模型示于图2o表3大腿屈伸相关肌肉的相对位置musclepointsthatattachedtopelvis(mm)pointsthatattachedtothighbone(mm)XYZXYZiliopsoas26225-25614rectusfemoris40372940-4044pubismuscle41-4-36•3-12542tensorrruofroadfascial4684531