基于AnyBody的汽车驾驶员坐姿生物力学特性分析及舒适性设计

发布时间：2017-05-29 04:07

  本文关键词：基于AnyBody的汽车驾驶员坐姿生物力学特性分析及舒适性设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：下背痛是汽车驾驶员最常见的疾病之一。研究表明,不良坐姿以及振动会极大增加下背痛产生的风险。而驾驶员长期处于振动条件下,且需长时间保持固定姿势,建立人体坐姿骨骼肌肉模型并分析在不同坐姿及振动条件下的人体生物力学特性,对驾驶员职业性腰痛疾病的预防具有重要的指导意义。本研究分析了不良坐姿以及振动参量对人体肌骨系统的影响机理,借助于Anybody Modeling System (AnyBody Technology A/S, Aalborg, Denmark)生物力学建模软件建立坐姿人体肌骨模型,对可能造成驾驶员骨骼肌肉疾病的相关因素进行分析。论文内容主要包括以下三个方面：1、分析不同坐姿下人体骨骼肌肉受力情况研究了不良坐姿对人体骨骼肌肉系统的影响,为研究驾驶员下背痛的产生机理提供了理论依据。本课题利用Vicon Motion System(Vicon, Inc., Oxford, UK)运动捕捉软件分别采集了受试者在直立、驼背、前倾、后倾、左倾以及右倾坐姿下的人体骨性标记点的位移数据以及测力台信号,将其储存在C3D文件中,经过滤波处理后输入到AnyBody肌骨建模软件中进行驱动,从而建立不同的坐姿下人体的生物力学模型。通过逆向动力学方法计算不同坐姿情况下人体的肌骨受力。结果表明直立坐姿时腰椎L4-L5之间的压力最小,前倾坐姿时腰椎间压力要高于后倾坐姿。2、基于AnyBody建立动态条件下驾驶员坐姿模型本课题基于AnyBody肌骨建模软件建立了处于舒适坐姿下驾驶员坐姿模型,并分析了靠背倾斜角度对肌肉活动程度的影响。同时分析了振动频率以及靠背倾斜角度对人体腰部、腹部、腿部肌肉活动程度的综合影响。结果表明振动频率与靠背倾斜角度均会对人体肌肉活性产生明显影响。3、振动模拟试验利用振动模拟实验,分析振动频率在3Hz、4.5 Hz、6 Hz、7 Hz 以及 8 Hz,振幅为1.5mm时人体生物力学特性。通过NDI三维测量仪(Northern Digital Inc., Waterloo, ON, Canada)记录不同振动频率下座椅及实验人员头部的位移,数据经过滤波处理后计算座椅-人体头部传递率(seat to head transmissibility, STH),通过与模型中的数据进行相关性分析,结果表明两者之问存在较强的相关性,从座椅-人体头部振动传递率方面验证所建立模型的正确性。同时,测量振动前后实验人员腰部竖脊肌的肌氧饱和度含量变化情况,确定不同振动频率对竖脊肌肌肉活动程度的影响,并与模型中所得到的肌肉活动程度的理论值进行相关性分析,结果表明两者具有较强的负相关性。从驾驶员肌肉的疲劳程度方面验证模型的正确性。
【关键词】：肌骨模型 振动 座椅 运动捕捉
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U463.836
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.2.1 不良坐姿对人体骨骼肌肉影响的研究现状14-17
• 1.2.2 振动对人体骨骼肌肉影响的研究现状17-19
• 1.3 本文研究内容19-21
• 第2章 AnyBody建模软件基本原理简介21-25
• 2.1 AnyBody肌骨模型简介21-22
• 2.2 主要算法原理简介22-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 坐姿实验及生物力学分析25-37
• 3.1 坐姿动作的实验测量25-30
• 3.1.1 实验仪器25-27
• 3.1.2 实验对象27
• 3.1.3 实验过程27-30
• 3.2 坐姿模型的建立30-33
• 3.3 数据处理及统计分析33-35
• 3.4 讨论35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 驾驶员坐姿建模及振动响应特性模拟分析37-45
• 4.1 驾驶员坐姿模型的建立37-40
• 4.2 振动参量对人体骨骼肌肉系统的影响40-42
• 4.3 分析与讨论42-43
• 4.4 本章小结43-45
• 第5章 振动模拟试验45-51
• 5.1 振动实验方案45-49
• 5.1.1 振动加速度测量实验46-47
• 5.1.2 肌氧测量实验47-49
• 5.2 实验结果分析与讨论49-50
• 5.3 本章小结50-51
• 总结与展望51-53
• 参考文献53-65
• 攻读硕士期间发表的学术论文65-67
• 致谢67-69
• 附件69

【参考文献】

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本文编号：404098