纵跳的人体下肢运动仿真与生物力学研究

发布时间：2017-03-29 04:09

  本文关键词：纵跳的人体下肢运动仿真与生物力学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纵跳运动是很多体育运动的基础，研究纵跳有助于跳跃类运动员提高成绩，也能预防相关运动损伤，延长运动员的运动寿命。以往的研究主要从运动学和动力学方面着手，集中于纵跳的时相划分、人体各关节的运动特征及动量等方面，但是往往无法准确计算出人体内力，及深入解释人体纵跳能力的机理。因此，如何采用非侵入式方法对人体纵跳运动进行生物力学研究，具有极其重要的意义。 本研究开展原地纵跳实验，依据实验获得的足底压力参数、受试者身体参数、三维运动参数，为不同受试者建立个体化人体肌骨系统模型，模拟人体下肢纵跳运动，计算受试者足底压力、关节角度、关节负荷等变化，从运动学、动力学、逆向动力学三个层次，深入分析纵跳的运动特征，研究纵跳能力的影响因素。 为了真实模拟纵跳运动，首先，进行纵跳实验：选取年龄范围在24-26岁之间的5名男性健康大学生作为测试对象，采用三维运动捕捉系统和测力系统进行同步测试：受试者按照纵跳的规定要求在测力台上进行原地纵跳运动，通过测力台的传感装置测量足底各个位置的压力数据，运动捕捉系统同步采集受试者原地纵跳时人体下肢标记点的运动参数（X向、Y向、Z向位移、速度、加速度等）；其次，进行纵跳运动仿真：为了能够深入研究人体原地纵跳时的生物力学特征，依据每位受试者的身高、体重和各部位肢体长度，建立个体化肌骨系统模型，并对足底压力环境进行设定，导入三维运动数据，以驱动模型，进行逆向动力学分析，对受试者纵跳动作进行仿真模拟。计算纵跳时受试者主要关节的关节负载、关节角度、关节角速度等参数，分析纵跳的运动特征和生物力学特征；最后，选取评价指标对纵跳能力进行评价。直接指标包括：质心速度、下肢各关节角度和角速度、下肢各关节力矩、足底压力等；间接指标包括：腾空高度、起跳峰值速度、关节缓冲幅度等。通过这些指标分析了纵跳腾空高度的影响因素，以及下肢关节下沉幅度对起跳爆发力的的影响。 研究结果表明，本研究建立的个体化肌骨系统模型能够较真实地模拟纵跳动作，体现了纵跳过程中起跳、腾空、落地等动作特点，能够方便快捷地获得纵跳的运动学、动力学、逆向动力学等指标，，对深入认识和改善纵跳技术有一定的指导意义。
【关键词】：纵跳 运动仿真 生物力学
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.01;R87
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 纵跳的研究方法13-20
• 1.3.1 足地间相互作用力的检测14-17
• 1.3.2 运动捕捉实验17
• 1.3.3 人体运动仿真及建模的研究17-20
• 第2章 研究对象和方法20-30
• 2.1 研究对象20
• 2.2 研究方法20-21
• 2.3 纵跳运动形式21
• 2.4 实验设备21-23
• 2.4.1 AMTI 测力系统21-22
• 2.4.2 三维运动捕捉22-23
• 2.5 实验步骤23-29
• 2.5.1 实验准备23-28
• 2.5.2 纵跳实验28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 基于 AnyBody 的人体纵跳运动的建模仿真30-42
• 3.1 建模30-35
• 3.1.1 人体骨骼介绍30-31
• 3.1.2 人体骨骼肌介绍31-32
• 3.1.3 在 AnyBody 软件中建模32-35
• 3.2 驱动模型35-37
• 3.2.1 解析过程35-36
• 3.2.2 编辑足底压力文件36
• 3.2.3 驱动模型36-37
• 3.3 AnyBody 运动仿真与逆向动力学分析37
• 3.4 仿真结果输出37-40
• 3.4.1 评价指标的选取37-38
• 3.4.2 仿真结果输出的数据项38-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 纵跳的生物力学分析42-66
• 4.1 运动学分析42-56
• 4.1.1 纵跳运动阶段划分42-43
• 4.1.2 腾空高度和髋关节最大速度43-47
• 4.1.3 下肢关节角度分析47-51
• 4.1.4 下肢关节角速度分析51-56
• 4.2 动力学分析56-61
• 4.2.1 足底压力分析57-59
• 4.2.2 有效压力倍数分析59-61
• 4.3 逆向动力学分析61-63
• 4.3.1 关节力矩输出分析62-63
• 4.4 本章小结63-66
• 第5章 总结与展望66-68
• 5.1 全文工作总结66
• 5.2 未来工作展望66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘卫国,刘学贞,李强;对普通人群几种不同形式纵跳的动力学分析[J];北京体育大学学报;2003年01期

2 钱振明,段文江,张希谊;用影象云纹法测量人足底的压力分布[J];重庆大学学报(自然科学版);1992年01期

3 朱艺雯;;基于人体自然比例特征的参数化骨架建模方法[J];电脑知识与技术;2013年07期

4 夏时洪;魏毅;王兆其;;人体运动仿真综述[J];计算机研究与发展;2010年08期

5 刘擎;;不同专项运动员连续纵跳能力比较研究[J];内江师范学院学报;2012年04期

6 王坦,傅水根,吴平东;人体纵跳高度的间接测量方法[J];中国农业大学学报;2003年06期

7 刘书朋;司文;严壮志;许昌威;;基于AnyBody~(TM)技术的人体运动建模方法[J];生物医学工程学进展;2010年03期

8 徐桂民,李祥,李光林;脚压测量用传感器[J];生物医学工程学杂志;1994年04期

9 李建设;顾耀东;陆毅琛;王永祥;;运动鞋核心技术的生物力学研究[J];体育科学;2009年05期

10 张清华;华立君;陈钢;;男子排球上步扣球起跳技术的生物力学分析[J];体育科学研究;2008年02期

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1 张琳琳;人体上肢生物力学建模和典型运动的生物力学研究[D];上海交通大学;2009年

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本文编号：273645