人体参数化运动学模型建立方法的研究重点

1、人运力供軽t!傩 Ui).的研丸 JC * wm * 394i ck*frt :产人vRK iaoztS金it人GXFfflfih&9WMVadYW :UPYAW94t塁 g E XP *Wt2Iazgnou18,watUf II QAO f tgn. AUNO13M1- *wa，r； w *A. 、*Jei-e* 4MMI “ f*ecrMr“#. fra MM HfrSBflIrWI* “g X fw4 M2, 、 z八 94 n H e ,ew* * rf 1M al OMWMs* Mja4tlaaOT|Wr7 ilM* *44VV lx Mr 4wAWr* f Vio Wv W Fr*

2、CM) j J Bm bM CU *4m .QUM / fW IMMi 划y 广电 m mrtKw(sR raftn口y itUV4dW9i. hriur*m*iY r nrmt 片贰人惨w *wf*e.a yvxi加0畀 m,yr拿6KWF WEK4良 yy szf w 二 WMtW.WtM 金 AMCMUrAS r*F e W$第 験伶氏上f* HW 人q上AK育咒人 *用一t 尺峪鶴*y 負番上 vyo*ftARMA# 人l雁 QKWS S一 f*W . 備&S0丄人IWMRMlKtt心息FA關舅rtM!C4 &-AA m*.- 人“0 nfMaK24KtY JIKV. 酸R MV7 N

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6、r曾分.i-r * :c g呻蓟、# itm *、兽轉: WlJ* lr乜M. iH4t CuiK n MiR幅IAS HK r- T T HAfll * 加書鼻冲 彝片 峙*A* I*.雷.叫于g 14 g. IL I： JliE*ir*r CH* *-!倉 1 44 if f niTt44iw*iritta 呻 K 14F IM 144$ 他4 峠卜l F4Emfff W1|356航天医学与医学工程第22卷正运动学（或运动学正解；相反，如果仅已知手 在空间的位置，则根据式 （7还不能唯一确定运 动链上其它环节的运动，称为逆运动学（运动学逆解。因为 手在空间的位姿只需6个变量（就如下躯干的位

7、姿一样即可完全确定，而运动方 程式（7中有12个角度变量和3个位置变量,因此将有无数组解,即存在一定的冗 余度。这无数 组解代表不同的姿态，需要通过多目标参数优化 的方法或者通过增 加运动链上其它环节的约束条 件来确定合理的姿态。方程式（7描述的是人体在 没有受到任何约束时的空间三维运动情况，很复杂。实际上人体的运动是有很多 约束条件的，如步行或跑步时可 将人体的运动视为二维平面运动，这时用以描述 人 体运动的广义坐标数量将减少很多，方程的建 立和求解将大大简化，全局坐标系和 地面坐标系原点的选取也将更加灵活。做一定的简化，将人体的头颈、上躯 干、下躯干视为一个刚体，称之为躯干，即将颈关节和胸

8、关节的 自由度设为零； 将手和前臂视为一个刚体，即将腕关节的自由度设为零。这样，人体将被划分成躯 干、上臂、前臂、大腿、小腿、足11个刚体。认为躯干、下肢（大腿、小 腿、足在同一平面内做二维运（动，上肢上臂、前臂在一个与躯干有一固定内 收角度的斜平面内的运动。人体的运动自由度数 为10,肩关节、肘关节、髋关 节、膝关节、踝关节均视为单自由度的铰链。考虑到人体步行与跑步时 左右侧 肢体运动有对称性，这里只讨论右侧肢体和躯干的运动。需要建立的基本方程有：前臂相对于上臂的qb sb运动A sb ( q1 , 0 ,上臂相对于躯干的运动 A qg ( Q , Q 2 , 0 ,足相对于小腿的运动 A

9、st ( q3 ,小腿相对xt于大腿的运动A d t ( q4 ,大腿相对于 躯干的运动dt zu A qg ( 0, q5,0 ,躯干相对于 地面 的运动qg A dm ( 0,模型验证 q6,0, x, 0, z。下面根据人体实际步行/跑步运动的情况,并cos q1 0 sin q1 - L sb ? sin q1 qbA sb ( q1 , 0 = 0 - sin q1 0 1 0 0 - C2 0 cos q1 0 0 cos Q - sin Q 0T 0 - L sb ? cos q1 1 S2 ( 8 - S2? D 6 cos Q ? D 5 + sin Q ? C2 ? D 6

10、 - sin Q ? D 5 + cos Q ? C2 ? D 6 1 P3 = (- S1 C2 C6 + cos Q? C1 S2 C6 - S1 S2 C6 ( 9 sbA qg ( Q , q2,0 = - sin Q ? S2 - cos Q? S2 0 - sin Q? C2 - cos Q ? C2 0 腕关 节的绝对坐标 Aw g j dm dm Aw g j = P1 P2 P3 1 ( 10 cos Q ? C1 C2 C6 ? L qb + Z cos Q ? L sb ? ( C2 C6 - S2 S6 + C6? D 6 P1 = ( S1 C2 C6 - cos Q

11、?C1 S2 C6 - S1 S2 S6 - cos C? C1 C2 S6? L qb + X cos Q ? L sb ? ( S2 C6 + C2 S6 + S6 ? D 6 P2 = - cos q1? sin Q ? L qb - D 5 - L sb ? sin Q 其中 S i , C i ( i = 1,2, 6 分别代表sin qi , cos qi ,此式描述了腕关节的绝对运动情况 。dm肘关节的绝对坐标 A zg j - 1 ( sin ( q2 + q6 + Q + sin ( q2 + q6 - Q ? L sb + D 6 ? sin q6 + X 2 ( 11A

12、zg j dm - sinQ ? L sb - D 5 1 ( cos ( q2 + q6 + Q + cos ( q2 + q6 - Q? L sb + D 6 ?cos q6 + Z 21此式描述了肘关节的绝对运动情况。肩关节的绝对坐标dm P jg j第5期高嵩峰，等.人体参数化运动学模型建立方法的研究 357 sin q6 ? D 6 + XPjg j = dm - D5 cos q6 ? D 6+ Z ( 121此式描述了肩关节的绝对运动情况。dm踝关节的绝对坐标P h gj - sin ( q4 + q5 + q6 ? L x t + x + sin ( q5 + q6 ? L d

13、 tPhg j = dm0 - cos ( q4 + q5 + q6? L x t + Z + cos ( q5 + q6 ? L d t ( 131此式描述了踝关节的绝对运动情况 。dm膝关节的绝对坐标P xg j - sin ( q5 + q6 ?L d t + X dm 参考文献1 ZHENG Xiuyuan. Contemporary B iomechanics of SportsM . Beiji ng: Natio nal Defe nce In dustrial Press, 2002, 185 2 186. 2 L I Jian she,WANG L iangm ing . P

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