PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Biomechanical modelling for whole body motion using natural coordinates

Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Biomechaniczne modelowanie trójwymiarowych ruchów człowieka w środowisku współrzędnych naturalnych
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
The study of spatial human movements requires the development and use of a three-dimensional model. The model proposed here has 44 degrees-of-freedom and it is described using natural coordinates, which do not require an explicit definition of rotation coordinates. The biomechanical model consists of 16 anatomical segments composed of 33 rigid bodies. Joint actuators are introduced into equations of motion of the multibody model by means of kinematic driver constrains in order to reflect the effect of the muscle forces about each anatomical joint. After associating a Lagrange multiplier to each joint actuator, the torques that represent muscle forces become coupled with the biomechanical model through the Jacobian matrix of the underlying multibody system. The developed model is applied to identify net torques and reaction forces at the anatomical joints in application cases that include the take-off to aerial trajectories and standing backwards somersault.
PL
W pracy zaprezentowano pełną metodologię do badania ruchów człowieka. Podstawowym elementem tej metodologii jest trójwymiarowy biomechaniczny model ciała ludzkiego. Położenia członów modelu opisano za pomocą współrzędnych naturalnych, co wyeliminowało konieczność użycia współrzędnych kątowych. Model składa się z 33 ciał sztywnych połączonych przegubami (stawami) i posiada 44 stopnie swobody. Wypadkowe momenty sterujące w poszczególnych stawach pochodzące od sił mięśniowych wprowadzono do dynamicznych równań ruchu modelu za pomocą stosownych więzów kinematycznych pomiędzy sąsiadującymi członami w danym stawie. Wartości tych momentów wyznaczono wykorzystując formalizm mnożników Lagrange'a. Model wykorzystano do identyfikacji wypadkowych momentów mięśniowych i reakcji wewnętrznych w głównych stawach kończyny dolnej człowieka podczas odbicia do skoku w dal oraz w trakcie wykonywania salta w tył z miejsca.
Rocznik
Strony
927--944
Opis fizyczny
Bibliogr. 26 poz., rys., tab.
Twórcy
autor
  • Academy of Physical Education in Warsaw, External Faculty of Physical Education in Biała Podlaska, Department of Biomechanics, Poland
autor
  • IDMEC – Institute of Mechanical Engineering, Technical University of Lisbon, Portugal
  • IDMEC – Institute of Mechanical Engineering, Technical University of Lisbon, Portugal
Bibliografia
  • 1. Abdel-Aziz Y., Karara, H., 1971. Direct linear transformation from comparator co-ordinates into object space co-ordinates, Proc. ASP/UI Symposium on Close-Range Photogrammetry, 1-18
  • 2. Ambrósio J., Abrantes J., Lopes G., 2001, Spatial reconstruction of human motion by means of a single camera and a biomechanical model, Human Movement Science, 20, 829-851
  • 3. Blajer W., Czaplicki A., 2001, Modeling and inverse simulation of somersaults on the trampoline, Journal of Biomechanics, 34, 12, 1619-1629
  • 4. Blajer W., Czaplicki A., 2003, Contact modeling and identification of planar somersaults on the trampoline, Multibody System Dynamics, 10, 289-312
  • 5. Bobbert M., van Schenau G., 1988, Coordination in vertical jumping, Journal of Biomechanics, 21, 3, 249-262
  • 6. Celiguet ¨ a J.T., 1996, Multibody simulation of human body motion in sports, Proc. XIV International Symposium on Biomechanics in Sports, 81-94
  • 7. Eberhard P., Spagele ¨ T., Gollhofer A., 1999, Investigations for the dynamical analysis of human motion, Multibody System Dynamics, 3, 1-20
  • 8. Haug E., 1989, Computer Aided Kinematics and Dynamics of Mechanical Systems, Allyn and Bacon, Boston
  • 9. Hay J.G., 1993, Citius, altius, longius (faster, higher, longer): the biomechanics of jumping for distance, Journal of Biomechanics, 26, Suppl. 1, 7-21
  • 10. Jalón, J., Bayo E., 1994, Kinematic and Dynamic Simulation of Multibody Systems: the Real-Time Challenge, Springer-Verlag, New York
  • 11. Jalón J.G., Unda, J., Avello A., 1986, Natural coordinates for the computer analysis of multibody systems, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 56, 309-327
  • 12. Laananen D., 1991, Computer Simulation of an Aircraft Seat and Occupant in a Crash Environment, Program SOM-LA/SOM-TA, DOT/FAA/CT-90/4, US Department of Transportation, Federal Aviation Administration
  • 13. Laananen D., Bolukbasi A., Coltman J., 1983, Computer Simulation of an Aircraft Seat and Occupant in a Crash Environment - Volume 1, Technical report DOT/FAA/CT-82/33-I, US Department of Transportation, Federal Aviation Administration
  • 14. Lees A., Smith P.G., Fowler N.E., 1994, A biomechanical analysis of the last stride, touchdown and takeoff characteristics of the men’s long jump, Journal of Applied Biomechanics, 10, 61-78
  • 15. McNitt-Gray J.L., Hester D.M.E., Mathiyakom W., Munkasy B.A., 2001, Mechanical demand and multijoint control during landing depend on orientation of the body segments relative to the reaction force, Journal of Biomechanics, 34, 1471-1482
  • 16. Mieczkowski T., 1982, Akrobatics, WSP, Szczecin (in Polish)
  • 17. Nikravesh P., 1988, Computer-Aided Analysis of Mechanical Systems, Prentice-Hall, Englewood Cliffs
  • 18. Pandy M.G., Anderson F.C., Hull D.G., 1992, A parameter optimization approach for the optimal control of large-scale musculoskeletal systems, Journal of Biomechanical Engineering, 114, 450-460
  • 19. Pandy M., Zajac F., Sim E., Levine W., 1990, An optimal control model for maximum-height human jumping, Journal of Biomechanics, 23, 12, 1185-1198
  • 20. Schiehlen W., 1997, Multibody system dynamics: roots and perspectives, Multibody System Dynamics, 1, 149-188
  • 21. Selbie W.S., Caldwell G.E., 1996, A simulation study of vertical jumping from different starting postures, Journal of Biomechanics, 29, 9, 1137-1146
  • 22. Silva M., 2003, Human motion analysis using multibody dynamics and optimization tools, Ph.D. Thesis, Technical University, Lisbon
  • 23. Silva M., Ambrósio J., 2002, Kinematic data consistency in the inverse dynamic analysis of biomechanical systems, Multibody System Dynamics, 8, 219-239
  • 24. Silva M., Ambrósio J., Pereira M., 1997, Biomechanical model with joint resistance for impact simulation, Multibody System Dynamics, 1, 65-84
  • 25. Winter D.A., 1990, Biomechanics and Motor Control of Human Movement, John Wiley and Sons, New York
  • 26. Zatsiorsky V.M., 1998, Kinematics of Human Motion, Human Kinetics, Champaign
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BWM2-0023-0059
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.