非接触式人体关节静态力学预测与分析系统设计

发布时间：2017-09-15 12:27

  本文关键词：非接触式人体关节静态力学预测与分析系统设计

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【摘要】：肌肉骨骼疾病是制造工业中最常见的一种职业病,其产生的主要原因是生物力学上认为肌肉和骨骼的受力超过其力学耐受性而引起的组织损伤。为了预防肌肉骨骼疾病,需要建立一套人因工程的评价系统。本文的目的是结合PSA标致雪铁龙集团的实际工业需求,开发一套非接触式人体关节静态力学分析系统(Bio SAFE软件),通过处理工作工位的图片进行建模,分析人体的生物力学信息。本文的研究内容包括人体生物力学建模分析,Bio SAFE软件设计,仿真建模及实验测试。本文首先根据人体解剖学建立了人体体段肌肉骨骼模型,对模型进行动态力学和静态力学分析。然后据此模型在MATLAB开发平台上设计了一套可视化的人体关节静态力学评估软件Bio SAFE。之后,本文仿真人体三维模型进行生物力学分析,与Bio SAFE软件结果对比分析误差,确定了如何减小Bio SAFE软件误差的方法。本文的最后搭建了光学运动捕捉系统Vicon和表面肌电信号测试系统Captiv,从力学和生理学上获得关节及肌肉力学信息,将之与Bio SAFE软件结果对比,实验测试结果表明,Bio SAFE可以较好地预测估计人体的关节力矩和肌肉力。最后我们成功地将Bio SAFE软件交付PSA标致雪铁龙集团人因工程部门使用。
【关键词】：肌肉骨骼模型 静力学预测 Bio SAFE软件 人因工程 生物力学
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.01;TP311.52
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-13
• 第一章 绪论13-26
• 1.1 课题来源13
• 1.2 研究背景13-19
• 1.2.1 人因工程学13-15
• 1.2.2 肌肉骨骼疾病15-17
• 1.2.3 PSA标致雪铁龙集团的实际工程问题17-19
• 1.3 国内外研究现状19-24
• 1.3.1 人工观测法19-21
• 1.3.2 人体测量建模法21-22
• 1.3.3 表面肌电信号分析法22-24
• 1.4 研究目的24
• 1.5 章节安排24-26
• 第二章 人体生物力学分析26-38
• 2.1 人体解剖学26-28
• 2.1.1 人体解剖学基准26-27
• 2.1.2 人体肌肉骨骼解剖学27-28
• 2.2 人体生物力学建模与计算28-37
• 2.2.1 人体体段模型建立28-30
• 2.2.2 人体生物力学参数30-32
• 2.2.3 体段肌肉骨骼动态力学分析32-34
• 2.2.4 体段肌肉骨骼静态力学分析34-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第三章 人体关节静态力学软件设计38-63
• 3.1 系统简介38-42
• 3.1.1 企业用户需求38-39
• 3.1.2 系统框架39-40
• 3.1.3 软件总体介绍40-42
• 3.2 输入系统设计42-46
• 3.2.1 关节点位置确定42-44
• 3.2.2 重物质心位置确定44-45
• 3.2.3 重力方向确定及图片比例尺确定45-46
• 3.3 分析系统原理46-55
• 3.3.1 关节角度分析46-49
• 3.3.2 体段质心分析49-50
• 3.3.3 关节力矩分析50-52
• 3.3.4 肌肉力与关节力分析52-55
• 3.4 分析系统设计55-62
• 3.4.1 关节角度分析模块56-57
• 3.4.2 体段质心分析模块57-58
• 3.4.3 关节力矩分析模块58-59
• 3.4.4 肌肉力与关节力分析模块59-61
• 3.4.5 结果报告输出模块61-62
• 3.5 本章小结62-63
• 第四章 人体模型仿真分析与对比63-79
• 4.1 人体三维模型与二维模型对比仿真63-69
• 4.1.1 人体三维模型建立63-66
• 4.1.2 人体二维模型建立66-68
• 4.1.3 人体三维、二维模型生物力学分析68-69
• 4.2 仿真结果与分析69-74
• 4.2.1 人体姿态的影响69-72
• 4.2.2 相机成像的旋转角度的影响72-74
• 4.2.3 结论分析74
• 4.3 基于双目视觉的人体三维模型建立74-78
• 4.3.1 基于双目视觉的三维模型重建技术原理74-76
• 4.3.2 三维模型重建技术的应用76-78
• 4.4 本章小结78-79
• 第五章 对比实验与软件应用79-89
• 5.1 力学对照：光学运动捕捉系统与Bio SAFE对比实验79-82
• 5.1.1 实验设计79-80
• 5.1.2 实验结果与分析80-82
• 5.2 生理学对照：表面肌电信号测量系统与Bio SAFE对比实验82-86
• 5.2.1 表面肌电信号测量系统原理82-83
• 5.2.2 实验设计与数据处理83-85
• 5.2.3 实验结果与分析85-86
• 5.3 软件应用及误差分析86-88
• 5.3.1 软件应用86-88
• 5.3.2 系统误差及原因88
• 5.4 本章小结88-89
• 第六章 结束语89-91
• 6.1 本文主要工作及创新点89-90
• 6.2 后续工作90-91
• 参考文献91-96
• 致谢96-97
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文97-99

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本文编号：856552