基于生物力学的虚拟人运动控制研究

发布时间：2021-08-19 07:48

　　基于生物力学的人体运动研究在医疗康复、机器人运动控制和计算机动画生成等领域有着广泛的应用。论文围绕生物力学虚拟人运动控制建模、控制系统、参数优化方法、虚拟人逼真运动仿真开展研究工作,该研究具有重要的理论意义和应用价值。论文主要研究内容如下:1.构建了基于生理解剖学知识的虚拟人骨骼肌肉模型,包含躯干和两个下肢共7段肢体和6个关节,内部有8个自由度,每个下肢附着9块肌肉单元。基于Hill肌肉力模型构建了驱动虚拟人运动的动力学模型,通过设置肌肉腱单元相应的内部参数来模拟不同部位肌肉的力学特性。阐明了生物力学驱动的虚拟人模型中在给定骨骼肌肉附着关系下关节力矩与肌肉力的关系以及肌肉长度的非线性变化特性。给出了虚拟人与地面间的接触动力学模型。为虚拟人在典型物理环境下的运动控制提供了理论模型。2.模拟人体运动机制设计一种包含策略控制层、脊椎反射层和肌肉驱动层的多层生物力学虚拟人运动控制框架。策略控制层给出步速、步长等目标参数并依据躯干倾倒状态给出摆动腿目标角来调节躯体平衡。脊椎反射层接收来自躯干感知器、关节感知器、肌肉感知器和地面感知器的感知信号并将所有输入映射为肌肉腱单元的激励信号。肌肉驱动层中肌... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 主要问题及技术难点
    1.4 论文内容章节安排
第二章 骨骼肌肉模型及力学特性
    2.1 虚拟人骨骼运动
    2.2 骨骼肌肉力学特性
    2.3 关节力矩计算
    2.4 肌肉长度计算
    2.5 骨骼肌肉模型
    2.6 接触动力学模型
    2.7 本章小结
第三章 神经反射运动控制系统
    3.1 神经反射生理学背景
    3.2 神经反射控制系统
        3.2.1 策略控制
        3.2.2 神经感知
        3.2.3 神经映射
    3.3 仿真平台建模
    3.4 本章小结
第四章 基于群优化算法的控制系统优化
    4.1 相关优化方法背景
    4.2 运动数据处理
    4.3 阶段粒子群算法优化
    4.4 仿真实验
    4.5 本章小结
第五章 面向环境交互的深度强化学习控制策略
    5.1 相关算法背景
    5.2 控制系统架构
    5.3 深度强化学习控制策略
    5.4 仿真实验
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 主要创新点
    6.3 未来研究展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间参加的主要科研项目和取得的科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ADAMS的人体下肢运动分析及仿真[J]. 张燕,张浩淼,宣博凯,张永昌.  系统仿真学报. 2017(05)
[2]基于肌肉的人体运动仿真研究[J]. 马文超,侯进,曹宁哲.  电视技术. 2017(02)
[3]基于二阶倒立摆的人体运动合成[J]. 赵建军,魏毅,夏时洪,王兆其.  计算机学报. 2014(10)
[4]虚拟人运动生成与控制技术综述[J]. 李石磊,梁加红,吴冰,陈凌,胡志伟.  系统仿真学报. 2011(09)
[5]人体运动仿真综述[J]. 夏时洪,魏毅,王兆其.  计算机研究与发展. 2010(08)
[6]基于分层曲线简化的运动捕获数据关键帧提取[J]. 杨涛,肖俊,吴飞,庄越挺.  计算机辅助设计与图形学学报. 2006(11)
[7]从运动捕获数据中提取关键帧[J]. 沈军行,孙守迁,潘云鹤.  计算机辅助设计与图形学学报. 2004(05)

博士论文
[1]人体骨肌系统的整体生物力学建模与仿真分析研究[D]. 魏高峰.上海交通大学 2010



本文编号：3351016