人体骨骼数字孪生的构建方法及应用

作     者：宋学官 何西旺 李昆鹏 来孝楠 李忠海 SONG Xueguan;HE Xiwang;LI Kunpeng;LAI Xiaonan;LI Zhonghai

作者机构：大连理工大学机械工程学院大连116024 大连医科大学附属第一医院骨科大连116011 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2022年第58卷第18期

页      面：218-228页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0836[工学-生物工程] 0811[工学-控制科学与工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家重点研发计划(2018YFB1700704) 国家自然科学基金(52075068)资助项目。 

主　　题：人本智造 人体骨骼 数字孪生 人机交互 机理数据 

摘      要：新一代智能制造中始终坚持以人为本的理念,其目的是要服务与满足人们的美好生活需求。人体数字孪生作为实现人机交互、健康监测的一种有效手段,通过由物理空间至虚拟空间的动态映射,实现在生产制造活动中人-机-环境的闭环交互。本文通过分析人-机-环境融合下的人体骨骼数字孪生的构建难点,基于机理模型、人工智能算法、数据填充技术、反向运动学技术四种关键技术,提出一种面向人体骨骼的数字孪生框架;并以人体腰椎为典型案例,实现了生产过程中人体腰椎力学性能的实时监测,从而验证了所提出框架和技术路线的可行性;最后,讨论“人本智造下的人体数字孪生的难点和未来发展方向。面向复杂的人机交互环境,实现数字孪生的远距离感知、自主学习以及智能反馈是“人本智造背景下的必经之路。基于“以人为本的发展理念,在生产活动中提高人体数字孪生的进一步应用,从而促进智能制造的发展和完善。