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AnyBody肌肉骨骼模型在辅助装置设计中的应用

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仿真分析软件

2023年6月28日

6

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2023年6月28日

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一、初步了解

AnyBody仿真建模软件可以研究肌肉骨骼建模,将运动数据作为运动学和力模拟输入,并将内部身体负载计算为关节力矩、关节反作用力和肌肉力。

研究领域及应用:运动分析、产品优化及设计、运动优化、人体工程学、骨科及康复以及辅助设备,例如外骨骼。

Anybody仿真建模系统是用于肌肉骨骼分析的专用软件,它基于逆动力学分析,作为模拟的输出,可以得到内部身体负载,包括肌肉力、关节反作用力、关节力矩激活模式和代谢能。

软件本身附带一个任何人都可以管理模型存储库的开源人体模型,可以使用自己的运动数据自定义模型,然后将模型缩放到您的主题并导入 CAD 模型以更准确地表示环境。然后,通过这些输出,可以将它们导出到有限元软件,或者在后处理流程中进一步处理它们。

二、虚拟原型设计阶段

作用:如果你有兴趣围绕外骨骼概念而制作一个详细的数字模型,可以依靠这个数字模型对外骨骼的质量和惯性特性做出更可靠的估计。

通过模拟外骨骼的详细机制,让这外骨骼装备到在肌肉骨骼模型上,并查看诸如运动学对准或人体与外骨骼之间的附着点之类的问题,进而可以进行更多研究界面形状可以影响相互作用力和/或如何通过改变机构中的某些内容来优化辅助扭矩。

你可以模拟外骨骼的详细机制,然后你可以试着把外骨骼装备到肌肉骨骼模型上,看看像运动学对齐或者人体与外骨骼之间的附着点之类的问题。

可以进一步研究,诸如界面形状如何影响作用力或者如何通过改变机构中的某些东西来优化辅助扭矩做等。

三、如何在工作流程中添加外骨骼模型

对于运动学,需要一个外骨骼模型和外骨骼运动数据。如果已经有物理原型,则可以测量该原型的运动数据。

如果在虚拟原型设计阶段,则可以先假设,然后进行逆动力学分析。如果还对来自外骨骼的辅助力或扭矩感兴趣,就必须要考虑一个允许人体和外骨骼模型之间交换力的接口模型。

当你将外骨骼装备在人体身上时,且只使用外骨骼的虚拟模型时

通过虚拟地装备外骨骼来进行运动或活动,在研究任务或建立基线时,在概念阶段记录的内容能方便采用外骨骼的虚拟模型。然后在确定的系统中工作,每个外骨骼部分都会在模型中引入六个自由度。如果这是在一个确定的系统中工作,那么必须添加额外的约束条件,这等于额外减少模型中的自由度。

当谈论终止系统(它是专门用于外骨骼模型的)时,即使有来自基于标记的系统或基于BVH的系统的运动数据,还需要使用整体终止系统才能使解算器正常工作。

对于外骨骼模型,须精确地减少来自外骨骼的自由度以及添加到系统中的额外约束条件,这些约束可以是不同外骨骼片段或关节之间的关节,也可以是人类和外骨骼之间的某种约束(例如膝踝足矫形器)。

外骨骼不同部分的外骨骼关节之间会存在硬约束,可以在人类和外骨骼之间添加硬约束或软约束,以确保外骨骼的运动人类是可以运行的。然后就会有软约束,这些约束来自外骨骼上的标记。因此,就有了这种混合系统,当外骨骼上有标记,也就有人类与外骨骼之间的约束。

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