【摘 要】
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人体滑倒和摔倒的普遍性及其造成的伤害使得对人体摔倒的研究成为人体工程学研究的重要内容。造成人体摔倒的原因是多方面的,解决这一问题还需要进行多方面深入的研究,其中人体
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人体滑倒和摔倒的普遍性及其造成的伤害使得对人体摔倒的研究成为人体工程学研究的重要内容。造成人体摔倒的原因是多方面的,解决这一问题还需要进行多方面深入的研究,其中人体摔倒过程的动力学分析是其重要内容之一。通过人体摔倒过程的运动和动力学分析能够深入地揭示肌肉的受力变化和摔倒瞬时人体重要部位和骨骼受到的冲击力,这些结果对进一步分析摔倒造成的伤害和骨骼破损的原因有重要的指导意义,也对开发防护措施和用具有帮助。
本研究将人体简化为关于矢状面对称的三刚体和五刚体力学模型,将肌肉、韧带和肌腱等生理组织的作用简化为作用在关节上的力矩,采用Kane方法建立人体模型的动力学方程,通过设定人体惯性参数及关节力矩,对人体受正向冲击力作用以及发生滑动造成的向后倾倒的过程进行了模拟。得到不同的初始条件(受力大小不同,初始运动学参数不同)下,人体从受冲击或滑移开始到倒地经历的时间,关节力矩的变化情况以及倒地瞬间触地部位受到的地面冲量。
模拟结果显示:运动的初始条件对运动过程有重要的影响,人体在大腿上提时受到冲击或发生滑移引起后倒其倒地经历的时间比大腿下压情况下的倒地时间短,受到的地面冲量也大;在整个后倾过程中,踝、腕关节力矩变化很小,而膝、髋、肩、肘关节的关节力矩在整个运动过程中受运动学参数的影响较大;五刚体时人体滑移后倾的时间比三刚体时滑移后倾的时间长,受到的地面冲量小。触地点由三刚体时的髋部变为五刚体时的腕部。
目前对人体运动的研究大多采用实验方法,本研究建立了符合实际运动的人体模型,利用解剖学数据计算出主要关节的关节力矩,并对人体向后倾倒运动的过程进行了动力学模拟。同时比较了不同简化模型对研究人体运动的影响,分析了上肢在维持人体平衡中的作用,得到的结果对人体向后倾倒所造成的骨骼损伤的防护有重要的指导作用。
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