人体十一刚体生物力学模型及跑步运动生物力学研究
发布时间：2023-01-12 18:15
随着跑步运动的时兴,跑步带来的关节损伤成为这项运动的重大隐患。为了研究造成关节损伤的原因,针对人体跑步过程进行生物力学研究,通过实验研究分析跑步运动的内在规律以及肢体关节受力特性。本文将从理论、仿真、实验三者相结合的方式,对跑步运动进行详尽的研究,如下:1.分析人体跑步运动的特点,结合多质点多刚体模型进行人体十一刚体生物力学建模,并在人体矢状面内建立运动学方程,建立各环节坐标位置、质心位置表达式;针对跑步中的支撑期建立人体十一刚体结构的动力学方程,腾空期利用动量矩定律进行分析,得到如何利用人体运动特征提高运动成绩;对人体多刚体模型进行跑步过程中惯性力作用分析。2.通过实验的方法,使用加速度计、FAB系统和足底相位系统获取跑步运动参数,对数据进行划分、滤波和分类。获得跑步足底状态分布、关节转角变化、肢体加速度变化和足底压力变化。结合人体十一刚体模型,利用SimMechanics进行仿真。3.通过实验获得了跑步过程中人体的各种运动数据,基于数据分析得到跑步与步长和步频的关系,结合理论知识分析如何增加步频和步长来提高跑速。不同跑速下的步态周期变化也是不一样的,支撑期、腾空期和摆动期在随着跑速...
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题的背景及意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 人体运动系统生物力学研究方法国内外研究现状
1.3.2 人体运动生物力学实验国内外研究现状
1.4 本论文的主要研究内容
第2章 人体跑步过程中多刚体生物力学模型研究
2.1 人体结构模型概述
2.1.1 人体多质点模型与多刚体模型研究
2.1.2 国内正常成年人体的惯性参数
2.2 人体跑步运动的动作过程分解
2.3 人体跑步运动学模型研究
2.3.1 人体十一刚体模型研究
2.3.2 跑步过程中的人体多刚体模型运动学分析
2.3.3 人体十一刚体各个环节的运动参数
2.4 跑步过程中人体十一刚体结构动力学分析
2.4.1 建立人体十一刚体动力学方程方法研究
2.4.2 跑步过程中支撑期的动力学研究
2.4.3 跑步过程中腾空期的动力学研究
2.5 人体跑步过程中的惯性力研究
2.6 本章小结
第3章 跑步运动实验及多刚体仿真建模
3.1 影响跑的生物力学基本参数
3.2 跑步运动实验总体方案研究
3.2.1 实验设备选取
3.2.2 LabVIEW采集程序设计
3.2.3 跑步运动数据采集实验流程研究
3.3 实验数据处理方法研究
3.3.1 基于足底数据的跑步周期划分处理
3.3.2 基于传感器数据的关节运动参数划分处理
3.4 基于SimMechanics的人体十一刚体机构仿真模型研究
3.5 本章小结
第4章 不同跑速下的人体运动学实验研究
4.1 跑速与步长、步频的关系研究
4.2 跑速与步态周期的关系研究
4.3 不同跑步速度下的运动学变量变化研究
4.3.1 不同跑速下的人体下肢关节转角极值特征研究
4.3.2 不同跑速下的人体下肢关节转角特征研究
4.3.3 不同跑速下的人体上肢关节转角特征研究
4.4 基于SimMechanics的跑步运动学仿真结果分析
4.5 本章小结
第5章 不同跑速下的人体动力学特征研究
5.1 不同跑速下的地面反作用力研究
5.2 不同跑速下的人体支撑期动力学研究
5.2.1 不同跑速下的下肢关节力研究
5.2.2 不同跑速下的人体关节力矩研究
5.2.3 基于SimMechanics的跑步动力学仿真结果分析
5.3 不同跑速下的人体惯性力研究
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]健康人体在跑步机上主、被动运动的差异性研究[J]. 任启超,李志利,梁国星,王惠娟,梁宇航. 航天医学与医学工程. 2017(03)
[2]3D可视化人体解剖学软件在人体结构功能学教学中的应用[J]. 吕晓红,马晶,张雅芳. 卫生职业教育. 2016(24)
[3]人体动作模式和运动链的理念在运动损伤防护和康复中的应用[J]. 刘展. 成都体育学院学报. 2016(06)
[4]4自由度并联机构刚体动力学模型[J]. 贾凯凯,梅江平,刘松涛,田二勋. 机械工程学报. 2016(13)
[5]BMI指数等级分布与大学生身体机能、身体素质的相关性分析[J]. 付志琴,刘劲松,彭彥铭,王蕾,朱婷婷. 湖北师范学院学报(自然科学版). 2015(03)
[6]基于表面及空间特征的人体模型结构分析[J]. 韩丽,黎琳,徐建国,唐棣. 模式识别与人工智能. 2015(03)
[7]高速跑时下肢双关节肌做功特性及拉伤风险的生物力学分析[J]. 钟运健,刘宇,傅维杰,魏书涛,伍勰,李庆. 体育科学. 2014(11)
[8]基于Kinect的人体实时三维重建及其应用[J]. 马旋,薛原,杨若瑜. 计算机辅助设计与图形学学报. 2014(10)
[9]人体生物力学模型建立及在汽车安全中的应用[J]. 蔡志华,兰凤崇,谌玉红. 中国科学:技术科学. 2014(08)
[10]中国成年人人体尺寸数据相关性研究[J]. 呼慧敏,晁储芝,赵朝义,张欣,冉令华. 人类工效学. 2014(03)
博士论文
[1]人体关节生物力学实验及仿真研究[D]. 韩树洋.中国矿业大学 2014
[2]基于人体运动状态识别的可穿戴健康监测系统研究[D]. 李娜.北京工业大学 2013
[3]基于多刚体逆向运动学原理的人体运动测试技术及运动耦合特性研究[D]. 赵国如.吉林大学 2009
[4]人体步态模型实验研究[D]. 赵凌燕.哈尔滨工程大学 2008
[5]中国成年人人体惯性参数国家标准的制定[D]. 刘静民.北京体育大学 2004
[6]人体运动协调规律及其参数化描述[D]. 杨年峰.清华大学 2001
硕士论文
[1]人体跑步过程中下肢运动模型及实验研究[D]. 李静.哈尔滨工程大学 2016
[2]近红外光学运动捕获技术研究及系统开发[D]. 程寅.浙江大学 2011
[3]基于标记点的三维人体步态捕获技术研究[D]. 胡琴.湘潭大学 2008
[4]基于ADAMS的人体下肢运动仿真[D]. 程秋菊.哈尔滨工程大学 2008
[5]虚拟人建模及跑步运动控制技术的研究[D]. 任静丽.武汉理工大学 2007
[6]基于生物肌肉的仿生驱动装置研究[D]. 王炜.西北工业大学 2004
本文编号：3730261
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题的背景及意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 人体运动系统生物力学研究方法国内外研究现状
1.3.2 人体运动生物力学实验国内外研究现状
1.4 本论文的主要研究内容
第2章 人体跑步过程中多刚体生物力学模型研究
2.1 人体结构模型概述
2.1.1 人体多质点模型与多刚体模型研究
2.1.2 国内正常成年人体的惯性参数
2.2 人体跑步运动的动作过程分解
2.3 人体跑步运动学模型研究
2.3.1 人体十一刚体模型研究
2.3.2 跑步过程中的人体多刚体模型运动学分析
2.3.3 人体十一刚体各个环节的运动参数
2.4 跑步过程中人体十一刚体结构动力学分析
2.4.1 建立人体十一刚体动力学方程方法研究
2.4.2 跑步过程中支撑期的动力学研究
2.4.3 跑步过程中腾空期的动力学研究
2.5 人体跑步过程中的惯性力研究
2.6 本章小结
第3章 跑步运动实验及多刚体仿真建模
3.1 影响跑的生物力学基本参数
3.2 跑步运动实验总体方案研究
3.2.1 实验设备选取
3.2.2 LabVIEW采集程序设计
3.2.3 跑步运动数据采集实验流程研究
3.3 实验数据处理方法研究
3.3.1 基于足底数据的跑步周期划分处理
3.3.2 基于传感器数据的关节运动参数划分处理
3.4 基于SimMechanics的人体十一刚体机构仿真模型研究
3.5 本章小结
第4章 不同跑速下的人体运动学实验研究
4.1 跑速与步长、步频的关系研究
4.2 跑速与步态周期的关系研究
4.3 不同跑步速度下的运动学变量变化研究
4.3.1 不同跑速下的人体下肢关节转角极值特征研究
4.3.2 不同跑速下的人体下肢关节转角特征研究
4.3.3 不同跑速下的人体上肢关节转角特征研究
4.4 基于SimMechanics的跑步运动学仿真结果分析
4.5 本章小结
第5章 不同跑速下的人体动力学特征研究
5.1 不同跑速下的地面反作用力研究
5.2 不同跑速下的人体支撑期动力学研究
5.2.1 不同跑速下的下肢关节力研究
5.2.2 不同跑速下的人体关节力矩研究
5.2.3 基于SimMechanics的跑步动力学仿真结果分析
5.3 不同跑速下的人体惯性力研究
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]健康人体在跑步机上主、被动运动的差异性研究[J]. 任启超,李志利,梁国星,王惠娟,梁宇航. 航天医学与医学工程. 2017(03)
[2]3D可视化人体解剖学软件在人体结构功能学教学中的应用[J]. 吕晓红,马晶,张雅芳. 卫生职业教育. 2016(24)
[3]人体动作模式和运动链的理念在运动损伤防护和康复中的应用[J]. 刘展. 成都体育学院学报. 2016(06)
[4]4自由度并联机构刚体动力学模型[J]. 贾凯凯,梅江平,刘松涛,田二勋. 机械工程学报. 2016(13)
[5]BMI指数等级分布与大学生身体机能、身体素质的相关性分析[J]. 付志琴,刘劲松,彭彥铭,王蕾,朱婷婷. 湖北师范学院学报(自然科学版). 2015(03)
[6]基于表面及空间特征的人体模型结构分析[J]. 韩丽,黎琳,徐建国,唐棣. 模式识别与人工智能. 2015(03)
[7]高速跑时下肢双关节肌做功特性及拉伤风险的生物力学分析[J]. 钟运健,刘宇,傅维杰,魏书涛,伍勰,李庆. 体育科学. 2014(11)
[8]基于Kinect的人体实时三维重建及其应用[J]. 马旋,薛原,杨若瑜. 计算机辅助设计与图形学学报. 2014(10)
[9]人体生物力学模型建立及在汽车安全中的应用[J]. 蔡志华,兰凤崇,谌玉红. 中国科学:技术科学. 2014(08)
[10]中国成年人人体尺寸数据相关性研究[J]. 呼慧敏,晁储芝,赵朝义,张欣,冉令华. 人类工效学. 2014(03)
博士论文
[1]人体关节生物力学实验及仿真研究[D]. 韩树洋.中国矿业大学 2014
[2]基于人体运动状态识别的可穿戴健康监测系统研究[D]. 李娜.北京工业大学 2013
[3]基于多刚体逆向运动学原理的人体运动测试技术及运动耦合特性研究[D]. 赵国如.吉林大学 2009
[4]人体步态模型实验研究[D]. 赵凌燕.哈尔滨工程大学 2008
[5]中国成年人人体惯性参数国家标准的制定[D]. 刘静民.北京体育大学 2004
[6]人体运动协调规律及其参数化描述[D]. 杨年峰.清华大学 2001
硕士论文
[1]人体跑步过程中下肢运动模型及实验研究[D]. 李静.哈尔滨工程大学 2016
[2]近红外光学运动捕获技术研究及系统开发[D]. 程寅.浙江大学 2011
[3]基于标记点的三维人体步态捕获技术研究[D]. 胡琴.湘潭大学 2008
[4]基于ADAMS的人体下肢运动仿真[D]. 程秋菊.哈尔滨工程大学 2008
[5]虚拟人建模及跑步运动控制技术的研究[D]. 任静丽.武汉理工大学 2007
[6]基于生物肌肉的仿生驱动装置研究[D]. 王炜.西北工业大学 2004
本文编号：3730261
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/3730261.html
