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医用生物力学 2015年第4期30卷 373-379页

作者：宋和胜钱竞光唐潇上海体育学院运动科学学院上海200438 贵州师范大学体育学院贵阳550001 南京体育学院科研处南京210014

红外捕捉系统、高速摄像、平面摄影、表面肌电测试等现行实验室测试手段不能显示人体运动时肌肉产生肌力的具体信息以及准确阐释神经-肌肉协调机制。因此,计算机模拟与仿真应运而生。目前,国内用来进行人体动作仿真的软件主要有Life MOD... 详细信息

红外捕捉系统、高速摄像、平面摄影、表面肌电测试等现行实验室测试手段不能显示人体运动时肌肉产生肌力的具体信息以及准确阐释神经-肌肉协调机制。因此,计算机模拟与仿真应运而生。目前,国内用来进行人体动作仿真的软件主要有Life MOD、Any Body、ANSYS等,这些软件有其自身的缺陷,如肌肉控制不够精确、价钱昂贵等。为了更好解决肌肉模拟问题,斯坦福大学团队研发了一款免费软件Open Sim,它是基于C++和JAVA语言开发的一款应用于肌肉模型开发、模拟仿真与分析神经肌肉系统的开放性软件。以计算机建模与数学理论推导为基础,对Open Sim建模理论和步骤进行详细介绍,为国内从事运动生物力学研究学者提供一些理论参考;同时,探讨未来利用Open Sim建模仿真研究的主要方向,例如通过Open Sim的模拟研究可以探求偏瘫步态、帕金森步态等异常步态的神经-肌肉机制,为异常步态康复手段的改进和完善提供依据。

关键词： opensim软件计算机仿真肌肉模型运动生物力学

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一种髋关节并联康复外骨骼结构设计

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中国医疗器械杂志 2023年第6期47卷 612-616,629页

作者：黄亚军李怀仙高依民杨磊西南交通大学机械工程学院成都市610036

目前,对髋关节外骨骼机器人的研究多数采用对髋关节运动进行解耦分析的方法,将髋关节的球副运动解耦成矢状面、冠状面和横断面上的转动运动,设计成串联机构。针对串联机构存在的误差累积以及人机耦合方面的问题,基于对人体髋关节的仿生... 详细信息

目前,对髋关节外骨骼机器人的研究多数采用对髋关节运动进行解耦分析的方法,将髋关节的球副运动解耦成矢状面、冠状面和横断面上的转动运动,设计成串联机构。针对串联机构存在的误差累积以及人机耦合方面的问题,基于对人体髋关节的仿生分析提出一种并联式髋关节康复外骨骼结构,建立结构模型,并对结构进行运动学分析。通过opensim软件得到髋关节屈伸、内收外展角度在一个步态周期内的变化曲线,通过D-H坐标系方法得到结构逆解,选取步态数据点与ADAMS软件仿真得到的逆解进行比较验证。结果表明,逆解表达式正确,采用这种并联髋关节外骨骼结构,能够满足人体髋关节的运动转动角度要求,基本可以实现与髋关节运动吻合,有助于提高外骨骼人机交互性能。

关键词：并联结构髋关节外骨骼 opensim软件运动学逆解 ADAMS软件

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基于opensim的柔性下肢助力外骨骼设计及仿真分析

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机械传动 2024年第5期48卷 62-66页

作者：冯博琳宋鹏李睿远韦祖拔李强孙汐畅西北机电工程研究所陕西咸阳712099

针对目前刚性外骨骼存在穿戴舒适性差、外骨骼关节难以与人体关节匹配、对人体自由度限制较多等问题,设计了一种柔性下肢助力外骨骼,该外骨骼采用柔性弹力带储能装置,可实现行走时对人体下肢肌肉进行助力。使用opensim软件建立了柔性外... 详细信息

针对目前刚性外骨骼存在穿戴舒适性差、外骨骼关节难以与人体关节匹配、对人体自由度限制较多等问题,设计了一种柔性下肢助力外骨骼,该外骨骼采用柔性弹力带储能装置,可实现行走时对人体下肢肌肉进行助力。使用opensim软件建立了柔性外骨骼人机交互的模拟,以实现其最佳助力方案为目标,建立了多关节助力、单关节助力人机耦合模型;研究了不同关节助力组合对人体助力的影响以及不同弹簧刚度外骨骼人机耦合模型对膝关节、髋关节和踝关节的影响。结果表明,单关节助力方案优于多关节助力方案,随着弹簧刚度的增加,当达到20 N/mm时,单踝关节助力方案助力效果最好。模拟仿真结果表明,穿戴踝关节外骨骼后与不穿戴的情况相比,在行走过程中,人体总体能量消耗、小腿主要运动肌肉受力均有所减小,减小了穿戴者的肌肉负担,达到了助力目的。

关键词：柔性下肢助力外骨骼人机耦合模型 opensim软件仿真代谢

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基于人体-外骨骼-负载耦合系统的静态等效串联链的质心估计方法

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机械传动 2024年第11期48卷 32-36页

作者：邓蓉刘放黄陶陶宋泽鹏许沛森黄文建西南交通大学机械工程学院四川成都610036 西南交通大学唐山研究院河北唐山063000

现有的质心估计方法只研究了外骨骼的质心变化情况,忽略了人体与外骨骼之间的耦合。为了研究人体-外骨骼-负载耦合系统的质心变化情况,提出了一种基于静态等效串联链的质心估计方法。首先,建立人体-外骨骼-负载耦合系统模型,通过人体运... 详细信息

现有的质心估计方法只研究了外骨骼的质心变化情况,忽略了人体与外骨骼之间的耦合。为了研究人体-外骨骼-负载耦合系统的质心变化情况,提出了一种基于静态等效串联链的质心估计方法。首先,建立人体-外骨骼-负载耦合系统模型,通过人体运动特性采集实验采集模型所需的运动学参数;其次,在opensim仿真环境下模拟实验过程,得到不同负载情况下人体-外骨骼-负载耦合系统的质心变化情况;最后,通过理论计算与仿真,证明了质心模型的可行性。为外骨骼的人机携行研究提供了理论依据。

关键词：外骨骼质心估计静态等效串联链 opensim软件

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