髋关节生物力学模型的建立是运动生物力学人体建模中最重要的任务之一,从人体肌肉力学模型的创建到髋关节周围肌肉的简化到最后髋关节力学模型的建立,都存在着很多不同意见。本课题主要任务是创建一个简单的肌肉模型,最大程度简化髋关节周围肌肉,合理的建立并测试模型。 在下肢力学模型的研究中,髋关节力学模型的研究相对膝关节力学模型的研究较少,前人的髋关节模型主要建立在生理实验基础上,模型中的参数没有较为明确的力学意义,参数的确定均与生理实验相关,这为以后的研究带来很大的困难。建立一个较为合理的人体髋关节力学模型可以为后续的研究提供一定的参考和方便。 本文分为四个部分:首先,综述人体生物力学模型研究的发展现状。然后,在对前人研究的肌肉张力-速度模型和肌肉张力-长度模型加以总结,提出一个力学含义相对明确的肌肉张力-长度-速度模型。在此基础上对髋关节周围的肌肉进行必要简化并将肌肉张力-长度-速度力学模型应用到简化后的髋关节肌群上。最后,在ADAMS软件中,对髋关节三个自由度上的典型动作进行仿真测试,并验证肌肉张力-长度-速度模型。值得注意的是这三部分是同时进行、相互验证的。 研究结论:本文提出的髋关节力学模型基本上能够反映出一般的人体运动规律,完成了髋关节三个自由度典型动作的仿真测试。对于Hill方程得到的肌肉力速特性给予重新解释,所提出肌肉张力-长度-速度模型满足人体基本生理特性,该模型不但同时给出了肌肉长度和肌肉速度对肌肉张力的影响且有较为理想的力学表达形式。对髋关节周围肌肉的简化较为完整地体现了肌肉的基本功能。