基于OpenSim的人体下肢建模与仿真开题报告

 2020-04-02 11:04
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1研究背景

随着人们年龄增长和膝关节骨关节炎等疾病影响,人体下肢运动机能退化和异常的患者数量日益增多,社会迫切需要能够适应人体步态的下肢辅助装置来辅助患者或者老年人进行正常行走和康复训练。设计下肢辅助或者康复训练装置,就必须对人体步态、下肢运动学、下肢动力学、肌肉理论模型、关节生物力学模型和下肢各肌肉肌力等方面有深刻的研究和了解。

国外关于人体下肢运动的研究进展较早。在1975年,Cappozzo教授等人建立了三个关节的下肢模型,对模型进行缸体动力学分析。1988年,Pandy教授等人,创建了具有五个刚体的下肢人体模型,大小腿简化为质量杆,对模型进行了运动学和动力学分析。实际上,人体的肌肉骨骼模型十分复杂,骨骼受到各个肌肉群的作用从而产生运动,单纯地将人体下肢模型简化为棍棒模型,对于仿真而言,是不科学的。在上个世纪七十年代,以斯坦福大学为代表的美国多个高校和科研机构就开始研究人体肌肉骨骼模型,在骨骼的基础上添加肌肉来完善人体模型,研究不同肌肉对步态的影响等。伴随着计算机科学发展,将人体解剖学、人体运动学和动力学、生物力学、控制理论和计算机仿真技术结合起来,国外的学者开发出各类人体运动分析仿真软件,如OpenSim、AnyBody、LifeMod等,其中OpenSIm是由斯坦福大学Frank Andereson等人基于C 和JAVA开发的人体运动仿真软件。

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