Identyfikatory
Warianty tytułu
Remarks on human body movement modeling for the inverse dynamics analysis
Języki publikacji
Abstrakty
W pracy omawiane są wybrane zagadnienia budowy modeli ciała człowieka dla zadań symulacji dynamicznej odwrotnej. Dyskusja prowadzona jest w odniesieniu do modelu płaskiego przeznaczonego do analizy skoków w płaszczyźnie strzałkowej, układu składającego się z 14 sztywnych segmentów połączonych za pomocą 13 przegubów. Omawia się dwa modele sterowania – deterministyczny (uproszczony), za pomocą wypadkowych momentów sił mięśniowych w stawach, oraz niedeterministyczny (uszczegółowiony) model mieszany, za pomocą sił mięśniowych (sterowanie nadmiarowe) w stawach kończyn dolnych i momentów sił mięśniowych w pozostałych stawach. Z zastosowaniem równań ruchu we współrzędnych absolutnych i niezależnych, dyskutuje się rozwiązania zadań symulacji dynamicznej odwrotnej dla obu modeli sterowania. Rozwiązaniem są przebiegi w czasie sterowania układem oraz reakcji modelu z podłożem (w fazie lotu z założenia równe zeru). Omawia się też metody wyznaczania sił reakcji w stawach, zależnych od sił mięśniowych i reakcji zewnętrznych.
The paper deals with some aspects of mathematical modeling of human body for the inverse dynamics analysis. The discussion is related to a sample planar model composed of 14 rigid segments connected by 13 hinge joints, branching from the hip joint in the open loop linkages. Two ways of control are considered: a simplified (determinate) model with joint torques as control parameters that represent the muscle action in the joints, and hybrid (indeterminate) control model with a mix set of muscle stresses in the lower extremity joints and joint torques in the upper part of the body. Using dynamic equations of motion derived both in absolute and independent coordinates, a discussion is provided on possible solutions to the inverse dy- namics analysis related to the mentioned two models of control. Possibilities for determination of reaction forces in the lower extremity joints, which involves the influence of muscle forces and external reactions from the ground, are also discussed.
Słowa kluczowe
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
17--24
Opis fizyczny
Bibliogr. 19 poz., Wykr.
Twórcy
Bibliografia
- 1. Ambrósio J. A. C., Abrantes J. M. C. S. (2007), Developments in biomechanics of human motion for health and sports, w: Pereira M. S. (ed.), A Portrait of State-of-the-Art Research at the Technical University of Lisbon, Springer, Netherlands, pp. 531-553.
- 2. Arnold E. M., Ward S. R., Lieber R. L., Delp S. L. (2009), A model of the lower limb for analysis of human movement, Annals of Biomechanical Engineering, (published online).
- 3. Blajer W. (1998), Metody dynamiki układów wieloczłonowych, Wyd. Politechniki Radomskiej, Radom.
- 4. Blajer W. (2004), On the determination of joint reactions in multibody mechanisms, Transactions of the ASME, Journal of Mechanical Design, Vol. 126, 341-350.
- 5. Blajer W., Dziewiecki K., Mazur Z. (2007), Multibody modeling of human body for the inverse dynamics analysis of sagittal plane movements, Multibody System Dynamics, Vol. 18, 217-232.
- 6. Blajer W., Dziewiecki K., Mazur Z. (2009), Sensitivity of muscle force estimates to selected modeling and computational aspects, Proceedings of ECCOMAS Thematic Conference, Multibody Dynamics 2009, 29.06–2.07 2009, Warsaw, Poland.
- 7. Crowninshield R. D., Brand R. A. (1981), A physiologically based criterion of muscle force prediction in locomotion, Journal of Biomechanics, Vol. 14, 793-801.
- 8. Czaplicki A. (2009), Modelowanie we współrzędnych naturalnych w biomechanice, Monografie i opracowania, nr 7, AWF w Warszawie, Zamiejscowy Wydział Wychowania w Białej Podlaskiej, Biała Podlaska.
- 9. Damsgaard M., Rasmussen J., Christensen S. T., Egidijus Surma E., de Zee M. (2006), Analysis of musculoskeletal systems in the AnyBody Modeling System, Simulation Modeling Practice and Theory, Vol. 14, No. 8, 1100-1111.
- 10. Erdemir A., McLean S., Herzog W, van den Bogert A. (2007), Model-based estimation of muscle forces exerted during movements, Clinical Biomechanics, Vol. 22, 131-154.
- 11. Pandy M. G. (2001), Computer modeling and simulation of human movement, Annual Review of Biomedical Engineering, Vo. 3, 245-273.
- 12. Potkonjak V., Vukobratović M., Babković K., Borovac B. (2009), Dynamics and simulation of general human and humanoid motion in sports, w: Pope N., Kuhn K.-A. L., Forster J. J. H. (eds.), Digital Sport for Performance Enhancement and Competitive Evolution: Intelligent Gaming Technologies, IGI Global, 36-62.
- 13. Tsirakos D., Baltzopoulos V., Bartlett R. (1997), Inverse optimization: functional and physiological considerations related to the force-sharing problem, Critical Reviews in Biomedical Engineering, Vol. 25, 371-407.
- 14. Vukobratović M., Potkonjak V., Babković K., Borovac B. (2007), Simulation model of general human and humanoid motion, Multibody System Dynamics, Vol. 17, 71-96.
- 15. Winter D. A. (2005), Biomechanics and Motor Control of Human Movement, Wiley, Hoboken.
- 16. Yamaguchi G. T. (2001), Dynamic Modeling of Musculoskeletal Motion. A Vectorized Approach for Biomechanical Analysis in Three Dimensions, Kluwer, Dordrecht.
- 17. Yamaguchi G. T., Moran D. W., Si J. (1995), A computationally efficient method for solving the redundant problem in biomechanics, Journal of Biomechanics, Vol. 28, 999-1005.
- 18. Zajac F. E., Winters J. M. (1990), Modeling musculoskeletal movement systems: joint and body segmental dynamics, musculoskeletal actuation, and neuromuscular control, w: Winters J. M., Woo S. L.-Y. (eds.), Multiple Muscle Systems: Biomechanics and Movement Organizations, Springer, New York, 121-148.
- 19. Zatsiorsky V. M. (2002), Kinetics of Human Motion, Human Kinetics, Champaign.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BPB2-0039-0008
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.