Developments of Multibody Dynamics System for Hummers-Shoulder Complex, Thoraco-Lumber Spine System, and Their Applications

悍马-肩关节复合体、胸腰椎系统多体动力学系统的研究进展及其应用

基本信息

  • 批准号:
    12680833
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 0.83万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2000 至 2001
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This research focuses on the theoretical modeling of multi-bones-joints system, driven by muscle activations. At first we formulated the continuum mechanics of skeletal muscle with evolutional constitutive law. (1) Since a joint muscle activation generates some kinds of kinematics and dynamics, such as generating angular motion of link systems, for multi-bones and multi joints system, the constraint of muscle contraction due to the neervo-activation generates the counter muscles in a joint stiffness, and some others, we formulate the evolutional constitutive law of a muscle model so that, it includes independent variables for both motion and constraint force, the sum of which determine the activation generates the counter force, applicable to equilibrate to the external joint torque, a pair contraction of the counter muscles in a joint stiffness, and some others, we formulate the evolutional constitutive law of a muscle model so that, it includes independent variables for both motion a … More nd constraint force, the sum of which determine the activation level. (2) The multi-body dynamics approach for a multiple bone-joint system driven by muscle activation has been formulated. The link element coordinates are defined in each bone, and positional vectors for the center of gravity of each bone, distance between adjacent joints, muscle positional vector are formulated and transformed to the global coordinate system. (3) The kinetic energies of the elements and potential energies stored in respective muscles and joint elements are expressed in incremental forms. Based on the updated-Lagrange method, the governing equations of motion for each link, and the dynamic equilibrium equation for each joint have been formulated and solved by prescribed constraint and applied load conditions, using the developed computer simulation system.As an actual application to the assistive technology fields of low back pain problem of thoraco-lumber spine system and pinching motion of multi-fingers hand system have been analyzed. The satisfactory concordances among them are confirmed. It is verified that the developed computer system can be satisfactorily estimate these activation dynamics of muscle, instead of traditional measuring approaches by EMG. Less
本研究的重点是肌肉驱动的多骨关节系统的理论建模。首先,我们用演化本构关系建立了骨骼肌连续介质力学模型。(1)对于多骨多关节系统,由于关节肌肉的激活产生了一些运动学和动力学,如产生连杆系统的角运动,神经激活对肌肉收缩的约束产生了关节刚度中的反肌肉等,因此,我们建立了肌肉模型的演化本构定律,它包括运动和约束力的自变量,它们的和决定了肌肉激活产生反力,适用于平衡关节外扭矩,关节刚度中的一对肌肉收缩,等等。我们建立了肌肉模型的演化本构定律,使得,它包括两个运动的独立变量a…更多的约束力,它们的总和决定了激活程度。(2)建立了肌肉驱动的多骨关节系统的多体动力学方法。在每个骨骼中定义链接元素坐标,并将每个骨骼重心的位置向量、相邻关节之间的距离、肌肉位置向量表示并转换到全局坐标系中。(3)元素的动能和储存在各个肌肉和关节元素中的势能以递增的形式表示。基于改进的拉格朗日方法,利用所开发的计算机仿真系统,在规定的约束条件和外加载荷条件下,建立和求解了各环节的运动控制方程和各关节的动力平衡方程,并作为辅助技术领域的实际应用,分析了胸腰段脊柱系统的腰痛问题和多指手系统的捏合运动。证实了它们之间令人满意的一致性。结果表明,所研制的计算机系统可以代替传统的肌电测量方法,较好地估计肌肉的这些活动动力学。较少

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
蔦紀夫: "体幹系の筋駆動骨格運動と高齢福祉・介護系の多体動力学"日本機械学会高齢社会に向けた福祉機械工学に関する研究分科会,2001.4.15,沖縄. (発表予定). (2001)
Norio Tsuta:“躯干系统的肌肉驱动骨骼运动和老年人福利/护理系统的多体动力学”,日本机械工程师学会老龄化社会福利机械工程研究小组,2001 年 4 月 15 日,冲绳(预定演讲) )(2001)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
岩田 妃都弥: "介護リフティング作業における体幹系の筋駆動運動の多体動力学解析"日本機械学会中四国支部第40期総会・講演会講演論文集. 025-1. 15-16 (2002)
岩田仁也:《护理提升工作中躯干系统肌肉驱动运动的多体动力学分析》日本机械工程学会中国四国分会第40届大会论文集暨演讲025-1。 15-16 (2002)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
佐々木秀和: "視覚系追従運動における頭部-7頚椎系の筋駆動3D運動とその応用"日本機械学会第13回バイオエンジニアリング講演会論文集. 00-35. 80-81 (2001)
Hidekazu Sasaki:“视觉系统跟踪运动中头部 7 颈椎系统的肌肉驱动 3D 运动及其应用”日本机械工程师学会第 13 届生物工程会议记录 00-35(2001)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
岩田妃都弥: "介護リフティング作業の胸郭-腰椎系のモデリングとシミュレーション"日本機械学会2001年次大会,2001.8.27〜30,福井. (発表予定). (2001)
Hitoya Iwata:“护理提升工作中胸腰椎系统的建模和模拟”,日本机械工程师学会 2001 年年会,2001 年 8 月 27-30 日,福井(预定演讲)。
  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
石川 和洋: "人差し指における外力負荷時の禁の拮抗・強調作用の多体動力学モデリング"日本機械学会中四国支部第40期総会・講演会講演論文集. 025-1. 17-18 (2002)
Kazuhiro Ishikawa:“食指外力加载时的对抗和加重效应的多体动力学建模”日本机械工程师学会中国-四国分会第 40 届大会记录和讲座 025-1。 -18 (2002)
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