基于AnyBody的人体关节动力学仿真开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1研究的目的及意义

背包是一种生活中普遍常见的运输方式,背包从外部施加载荷于人体,会改变人体重心的位置。由于背包重量与常见的低背痛和肌骨系统疾病的关系密切,不同的背包重量和步态对健康影响是大有不同的,本文通过对人体携带背包在行走时的场景进行建模及动力学分析,分析人体关节的受力特点以及能量消耗情况,为背包出行提出有益于人体健康的背包对策。

1.2国内外研究现状分析

数字人体[1]是生命科学和信息科学相结合研究的一个世界科研前沿课题,是跨学科进行交叉研究的一个重要领域。其中的主动人体工程学旨在通过早期发现和减少工作中的风险因素来预防与工作相关的肌肉骨骼疾病work-relatedmusculoskeletal disorders(WMSDs),例如笨拙的姿势和过度的用力。如今,数字人体建模(DHM)工具通过在设计阶段对工作任务和工作场所进行虚拟模拟来支持主动人体工程学(Longo and Monteil, 2011[2])。这些工具集成了多种分析,例如可达性,可见性,和人体工程学风险评估等,以评估各种工作场所的替代方案。

通常情况下可以有两种方法来进行数字人体建模:经验统计建模法和肌肉骨骼建模法。前者包括众所周知的软件程序,如3DSSPP和Jack软件,并利用静态强度模型(Chaffin等,2006[3])来评估由于工作任务请求引起的反应体关节力矩。将这些关节的力矩与经验人口强度数据库进行比较,以估计能够执行任务的人口百分位数,来达到工作任务需求(Bertoloni等人,2012[4])。后一种方法,即肌肉骨骼建模,由AnyBody Modeling Systems(AMS)[5]等软件组成,使用数学建模技术来模拟人类肌肉骨骼结构中的各种肌肉和骨骼。肌肉被建模为具有收缩力的元素,而骨骼则是刚性元素。模型中的每个肌肉都根据其大小分配强度,其最大的优势便是由逆动力学分析来确定优化问题的解决方案(Damsgaard等人,2006[6])。

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