人体动力学模型与仿真研究
基于ADAMS人体动力学的建模与仿真研究
１．３主要研究内容和方法
１．３．１研究内容
人体动力学是研究人体的运动与作用于人体的力之间关系的科学，是运动 生物力学的分支，是体育科学、仿生机械学和动力学之间的交叉学科。人体动力 学以力学定律为基础，把人体当作力学对象，研究其受力情况。人体动力学的主 要研究内容包括人体重力、支撑反作用力、摩擦力、流体阻力、人体内力等。人 体运动中的力一般用各种测力仪器和肌电仪进行测定，并从功和能等角度进行分 析研究。
第一章绪论
到目前为止，还没有任何一个人体动力学模型可以真正鲁棒地从视频序列 中得到和恢复人体的运动信息和三维结构。因此，对人体动力学模型的研究还需 要投入更多的时间和人力进行研究。
１．２研究目的和意义
以人体为对象研究其建模方法、对其进行运动学和动力学分析的人体动力 学，是仿人机构和双足机器人研究的基础理论学科之一，在研究仿人机构和仿人 机器人的研究过程中，国内外各研究机构都以人体为对象，对其进行建模，并从 各种步态入手，做了许多仿真实验，因此，对人体进行动力学分析是仿人机器人 的关键和基础，对它的研究的深入程度直接关系到仿人机器人设计的效果。并且 研究人体动力学的建模与仿真，获取有关运动、力学数据，人体动力学研究对指 导机电产品设计、运动康复器械设计等具有重要意义，而且人体动力学的建模与 仿真研究是虚拟现在发展的一个重要内容。因此在仿生学、体育、医学、工效学 等中，研究者普遍采用观察人肢体宏观运动来分析指导体育训练，进行人体康复 进程评定和消防等特殊工种的人机工效学研究。对人体运动物理现象的研究，已 从过去的直接观察，发展到运用计算机进行建模仿真和定量分析，对运动原理的 认识也发展到从人体生理学和力学的高度来理解。
人体工程学中的人体模型建立技术研究
人体工程学中的人体模型建立技术研究人体工程学的范畴广泛，主要涉及到人体与各种环境、工具、设备等的交互关系。
其中，人体模型建立技术是人体工程学中的一个重要研究领域。
人体模型是指将人体的外形、姿态、各关节角度、肌肉力和反应等信息，以数学模型的形式表达出来的一种物理仿真系统。
它可以用于各种实验和分析，用于评估人体的工作效率和舒适度，并为产品设计和运动训练提供支持。
在人体模型建立技术方面，目前主要有以下几种方法：一、测量法测量法是众所周知的建模方法。
通过测量人体的各种参数，例如横切面、长度、周长等，以建立一个三维模型来表示人体形态。
但是这种方法需要大量的人工和时间，而且精度难以控制，尤其是在测量人体的可动关节时。
二、扫描法扫描法是基于扫描设备对人体进行扫描和重建的方法。
常用的扫描设备包括CT、MRI、3D激光扫描仪等。
这种建模方法可以产生高精度的模型，但是设备昂贵，对被测者有一定的限制，对表面无法扫描到的部位难以重建。
三、参数化模型法参数化模型法主要是基于人体结构和生理学原理建立的。
它可以通过对身体各种参数（例如身高、体重、肢长）进行建模，建立符号计算的形式模型，并且可以通过工程优化方法对各种工作效率、舒适度等进行分析。
但是这种方法需要有较高的人体结构和生理学知识和技能的支持。
四、仿真模型法仿真模型法是数学模型的操作方法，它主要是通过对人体的受力、腰力平衡、关节和肌肉的动力分析等进行建模，通过建立各种工况的数学模型，运用计算机算法进行分析模拟，构建出各种实验和实现自动优化，从而达到不同的优化目标。
这种方法需要研究人体的动力学知识，需要对模型的精度有高要求。
总的来说，人体模型的建立方法各有利弊。
而在现代工业、体育、医学等领域，各种建模方法都在广泛应用。
随着科技的不断进步，在建模精度、数据处理、性能模拟等方面，都有了很大的进步，也为人类的日常生活、工作和医疗治疗带来了巨大的变化。
人机工程学中的人体模型与仿真分析
人机工程学中的人体模型与仿真分析人机工程学是一门研究人类与技术系统之间的交互关系，以提高工效、安全性和满意度为目标的学科。
在这个领域中，人体模型与仿真分析起到至关重要的作用。
人体模型是对人类身体结构和运动进行建模的数学表达，而仿真分析则用于模拟和评估人类在各种工作环境中的表现。
首先，人体模型在人机工程学中有着重要的应用。
通过研究人体的解剖结构、生理功能和运动机制，我们可以创建准确的人体模型，包括骨骼、肌肉、关节和内脏等。
这些模型可以用于工程设计和产品开发中，帮助设计师预测和评估不同工作场景下人体的表现。
例如，在汽车工业中，人体模型可以用于评估驾驶员在驾驶过程中的姿势、视线和操作的舒适度，从而优化车辆的设计。
在航空航天领域，人体模型可以用于模拟宇航员在重力变化和微重力环境下的行为，以制定合理的航天器内部布局和操作流程。
人体模型还可以应用于人体工程学和人体运动的研究，为人类健康和安全提供支持。
其次，仿真分析是人机工程学中的一项重要技术。
通过仿真分析，我们可以利用人体模型来模拟人类在各种工作环境中的行为和表现。
例如，在电子设备生产工厂中，可以使用仿真软件来模拟工人在不同的装配任务中的动作和姿势，以评估工人的疲劳度和姿势危险度，并提供相应的人体工程设计指导。
在军事领域，仿真分析可以帮助军事人员模拟战场环境中的行为，预测不同策略和装备对作战效果的影响。
仿真分析还能够应用于电子游戏、虚拟现实等领域，以提供更加真实和逼真的用户体验。
同时，人体模型与仿真分析也面临一些挑战和限制。
首先，人体模型的准确性是一个关键问题。
人体的结构和运动机制非常复杂，人体模型需要考虑到骨骼、肌肉、关节、脏器等多个因素，并且不同人群之间还存在一定的差异。
因此，建立一个准确的人体模型是一项具有挑战性的任务。
其次，仿真分析需要考虑到大量的参数和变量，包括环境因素、任务要求、人体生理特征等。
如何确定合适的参数和变量对于仿真分析的准确性和可靠性非常重要。
人体肌肉骨骼系统动力学模型的建立与仿真
人体肌肉骨骼系统动力学模型的建立与仿真人体肌肉骨骼系统是由骨骼、肌肉、关节等组成的复杂系统。
这个系统中的各个部分相互作用，为人体提供动力学支撑，使得人类能够完成各种动作。
为了更好地理解人体肌肉骨骼系统的运动学特性，科学家们利用计算机技术建立了人体肌肉骨骼系统动力学模型，用来模拟人体运动并进行仿真。
人体肌肉骨骼系统动力学模型是一个由数学公式组成的模型，它描述了人体在运动过程中各个关节上的力和加速度。
其模型精度是通过运用公式、数学模型和计算机仿真软件进行计算、调整，以达到和实际运动类似的效果。
建立人体肌肉骨骼系统动力学模型的基础是对人体解剖学、生理学和运动学的深入研究。
这种模型不仅需要合理建立各个部分的结构和性质，还要对运动学、动力学、张力反应、肌肉力量等方面进行综合考虑。
由此可见，建立人体肌肉骨骼系统动力学模型是一个需要科学家倾注大量时间和精力的工作。
首先，研究者需要精确地确定各个部分的结构和特征。
这个过程需要对人体骨骼、肌肉、韧带等结构进行详细的解剖学分析和研究。
其次，研究者需要进行动力学研究，这包括对关节运动的规律性和速度、加速度、转移等动力学属性的分析。
同时，需要在肌肉骨骼系统动力学模型中考虑肌肉张力、肌肉力量、反向运动等因素。
最后，人体肌肉骨骼系统动力学模型中还需要加入神经和神经肌肉反应的因素。
研究者需要在模型中考虑神经系统如何控制肌肉运动及其相应反应。
为了获得实验数据，科学家们运用电生理技术、电流和压力传感器等工具在体内直接测量力、加速度和拐角等参数，再通过信号放大系统而得到数据。
通过这种方式得到的数据是极其精细的，但是它们也很难在实际运动中应用，因此需要借助模型来解决实际运动过程中的各种问题。
人体肌肉骨骼系统动力学模型的最终目标是通过模拟人体运动，解决与人体运动有关的各种问题。
比如通过这种模型，我们可以了解人体骨骼和肌肉在不同运动条件下的受力情况，以及如何避免或减缓特定的运动损伤。
此外，肌肉骨骼系统的模拟也可以为运动训练和康复计划提供指导，使得人体运动的效率和质量都有所提高。
人体肌肉动力学仿真模型的构建与应用
人体肌肉动力学仿真模型的构建与应用随着科技的发展，人体肌肉动力学仿真模型的构建越来越受到关注。
它可以帮助我们更好地了解人体运动的机制，以及指导医学研究和治疗，同时还可以应用于机器人设计、运动员训练等多个领域。
一、人体肌肉系统的模型构建构建一个人体肌肉系统的模型需要考虑多个因素，例如人体结构、肌肉类型和肌肉活动形式等。
在此之上，还需要对物理力学、生理学等领域的知识进行综合应用。
首先，我们需要根据人体结构，确定相关骨骼的位置和连接关系。
根据骨骼运动基本规律，可以推断出人体在不同动作中骨骼和关节的运动方式。
其次，要进行肌肉类型的概括和分类。
人体肌肉可以分为平滑肌、骨骼肌和心肌等类型，而骨骼肌是我们模型的重点。
根据骨骼肌的特性和结构，可以依据其中的肌束、肌纤维和肌节，逐层建立起肌肉的模型。
最后，我们需要考虑肌肉活动的形式和机制。
人体肌肉运动的机制一般分为肌收缩和松弛两个阶段，其中肌收缩包括等长收缩和等力收缩两种形式。
通过模拟这些活动形式，我们可以更好地了解人体肌肉系统的运动机制。
二、人体肌肉动力学仿真模型在医疗研究中的应用人体肌肉动力学仿真模型在医疗研究中具有广泛的应用。
例如，在骨科领域，可以仿真肌肉在关节运动过程中对骨骼的影响，通过分析和优化肌肉的力量分布和作用方式，可以更好地治疗肌肉和关节方面的问题；在康复医学中，可以利用模型进行评估和训练，帮助恢复患者的运动能力；还可以进行个性化的模拟手术操作，提高手术成功率。
三、人体肌肉动力学仿真模型在机器人设计中的应用人体肌肉动力学仿真模型在机器人设计中也有着广泛的应用。
例如，在机器人手臂的设计中，可以仿真人体肌肉系统的运动机理，提高机器人的灵活性和操作能力；在机器人足部的设计中，可以模拟人体运动过程中的肌肉变化，从而实现更加自然和流畅的行走或奔跑；在智能假肢的设计中，可以通过人体肌肉动力学模型，实现假肢在人体运动中的更好的匹配和控制。
四、人体肌肉动力学仿真模型在运动员训练中的应用人体肌肉动力学仿真模型在运动员训练中也有着广泛的应用。
人体下肢力学建模及仿真分析
中国矿业大学2014 级硕士研究生选题报告选题名称：人体下肢力学建模及仿真研究学院：机电工程学院学科专业：机械设计及理论研究生姓名：林玉屏导师姓名：胡而已中国矿业大学学位管理办公室制2016年1月19日1 课题题目人体下肢力学建模及仿真分析。
2 课题来源本论文的研究课题来源于国家自然科学基金项目(51275512)：《人工髋关节仿生试验装备动态特性及系统稳定性研究》。
3 选题背景及研究意义随着科学技术的进步，人类文明发展到一个新的时期[1]。
生活水平的提高使人们越来越注重自身的健康和生活保健。
工业的进步和技术的发展在一方面给人类带来便利和舒适，同时，在另一方面也给人类带来了内在和外在的伤害，由于肌体组织的病变、衰竭、老化或各种意外情况的伤害均对器官造成了破坏使其丧失原有功能。
通过现代医学技术和设备替换人体病变或损伤组织器官，是临床验证的有效治疗途径[2]。
目前临床上通常采用关节置换术来治疗晚期关节疾病和严重的骨折，例如股骨颈骨折、股骨头坏死，骨性关节炎、风湿及类风湿性关节炎、强直性脊柱炎等等，置换术主要目的是解除关节部位的疼痛、保持关节稳定、改善关节功能、调整双下肢长度。
据统计，现在每年全世界仅全髋置换手术就有约50万例，而且该数字仍在增长[3-5]。
在这些患者中大约有33%的人因为周期性的脱臼、关节疼痛等各种原因需要进行关节返修术，只有60%的患者能够完全消除以上症状[6]。
因此，为了减少患者的痛苦，降低关节置换术的返修率，使患者重新获得堪比健康人体的日常活动能力，更加深入地了解人体下肢关节生物力学特性和人工关节的作用机理，以及提高关节假体测试试验机的性能是至关重要的。
自上世纪70年代以来，人们利用多种方法和手段试图对人体生命系统进行深入细致的研究[6]。
但由于人体的运动涉及到各个器官的综合作用，是一个极其复杂的控制过程，目前很多方面的特性仍不被人自身所了解。
人体运动的研究涉及力学、解剖学、生理学等多种学科，生物力学便是应用力学基本原理和方法对生物体的运动和变形问题进行定量研究的学科[7, 8]。
人体生物力学分析与仿真研究
人体生物力学分析与仿真研究人体生物力学分析与仿真研究是一门研究人体姿势、运动和力学特性的科学领域。
通过对人体的运动和力学性能进行分析，并利用计算机仿真技术进行模拟，可以深入理解人体运动机理，提高人体运动的效率和安全性，为人体运动科学和健康领域的研究提供有力支持。
在人体生物力学分析与仿真研究中，我们可以分为两个方面：静态和动态分析。
静态分析主要研究人体在静止状态下的力学特性。
通过对人体各个关节的姿势、角度和受力情况进行测量和分析，可以评估人体的姿势稳定性、身体平衡性以及关节强度等。
静态分析的一项重要应用是人体姿势评估，对于长时间保持姿势的工作岗位，如办公人员或工厂工人，通过静态分析可以指导人体正确的姿势，并帮助减少工作相关的肌肉疲劳和损伤。
动态分析主要研究人体在运动状态下的力学特性。
通过对人体运动进行三维动作捕捉，并结合力板测力系统，可以获取人体在运动中的关节力、力矩和负荷分布情况，并进一步分析人体运动的稳定性、节奏和协调性等。
动态分析的应用非常广泛，例如在体育运动领域，可以分析运动员的技术动作，改进动作路径和动作效果，提高运动表现；在康复医学领域，可以评估康复训练对于患者康复的效果，制定个体化的康复计划。
在人体生物力学分析与仿真研究中，计算机仿真技术起到了重要的作用。
通过建立人体模型、运用关节动力学和权重绘制方法，结合数值计算和仿真软件，可以对人体在各类运动和负荷情况下的力学响应进行模拟和预测。
仿真模型可以提供实时运动反馈，帮助设计和改进人体装备，如矫形器、假肢等，以提高其适应性和舒适性。
此外，人体生物力学分析与仿真研究在医学领域也具有重要的应用价值。
例如，在手术模拟和虚拟手术训练中，通过仿真技术可以模拟真实的手术场景和操作过程，提高医生的手术技能和安全性。
同时，通过仿真分析可以评估手术方案和手术过程中对患者的力学影响，为手术的安全性和效果提供依据。
人体生物力学分析与仿真研究在人体工程学、运动科学、康复医学和体育工程等领域都有广泛的应用。
人体肌肉动力学模型的建立与研究
人体肌肉动力学模型的建立与研究人体肌肉动力学是运动生理学的关键领域之一，它主要研究人体肌肉的运动机理，包括肌肉的力量、运动速度、肌肉张力等方面的研究。
为了更好地理解人体肌肉动力学并进一步深入研究它，科学家们选择了建立人体肌肉动力学模型来模拟我们身体内肌肉的运动，通过模型预测和实验验证相结合的方式，深入剖析肌肉力学的本质。
一、什么是人体肌肉动力学模型人体肌肉动力学模型是利用计算机等软件工具，建立虚拟的人体模型，通过数学模拟来研究肌肉、骨骼等生物机构在不同条件下的运动学和动力学特征。
人体肌肉动力学模型的建立需要模型构建、数据获取以及验证三个步骤。
首先需要研究者寻找合适的建模软件工具，比如OpenSim一款连接肌肉生物力学和计算机仿真的开源软件，它能够提供肌肉和骨骼的运动模型，并进行模拟研究。
此外，研究者还需要收集并处理人体运动过程中各种参数和数据，如肌肉长度、角度、速度等信息，最终将这些数据整合到肌肉动力学模型中，运用数学模拟和实验验证的方法预测和试验人体肌肉的运动规律和机理。
二、人体肌肉动力学模型的应用人体运动活动中的肌肉受到许多力和运动的影响，也会产生相应的特征和变化。
利用人体肌肉动力学模型可以方便地测量这些特征和变化，比如肌肉收缩力的变化、肌肉伸长速度、肌肉纤维长度等，进而实现理论推导和实际测定的结合，再通过实验验证过程来确定或修正肌肉动力学模型。
人体肌肉动力学模型有很多应用，据有关统计表明，目前最常见的应用领域主要包括：1. 人体运动的分析和优化：利用模型分析运动员的肌肉运动特征，调整训练计划和指导运动员的训练方法，实现更好的运动表现。
2. 人体干预和康复：人体肌肉动力学模型可用于康复研究，并且可以开发新的运动康复方案。
3. 设备设计和机器人控制：根据肌肉动力学模型，评估新产品或器具的设计效能，提高其使用效率和安全性。
三、肌肉动力学模型的重要性肌肉动力学模型的建立有助于深入了解人体的运动机理，实现对人体肌肉解剖结构、力学性能的系统分析和评价，预测肌肉和骨骼的活动方式，通过模拟研究和实验验证的结合，进一步了解人体肌肉运动机理的本质。
基于ADAMS人体上肢动力学的建模与仿真研究
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生物医学工程中的人体仿真与建模研究
生物医学工程中的人体仿真与建模研究人体仿真与建模是生物医学工程中的重要研究领域，它的发展为医学研究、医疗诊断与治疗、医疗设备设计等方面提供了重要的支持和指导。
本文将根据生物医学工程中的人体仿真与建模研究的不同方面，分为四个章节进行探讨：人体生物力学建模、生物信号建模、人体器官建模和虚拟手术仿真。
一、人体生物力学建模人体生物力学是研究人体肌骨系统结构与功能相互关系的学科，它主要包括人体运动、肌肉力与力学行为等方面。
在生物医学工程中，研究人体生物力学的目的是通过对人体的力学行为进行建模与仿真，从而探索人体运动机理、评估人体运动功能以及指导康复治疗等。
基于骨骼结构与组织特性的生物力学建模方法，例如有限元分析、多体动力学模型等，被广泛用于人体运动、脊柱疾病研究和假肢设计等领域。
二、生物信号建模生物信号是指由人体内部产生的各种电、磁、声、光等能量转化而成的信号，例如心电图、脑电图、肌电图等。
生物信号建模是将这些信号进行分析、提取特征，从而实现对人体内部生理过程的刻画与评估。
通过利用数学模型、统计方法等技术手段，可以对生物信号进行分析、去噪和识别等处理，为医学临床诊断和生理疾病研究提供依据。
生物信号建模在心脏病、神经科学和脑机接口等领域有着广泛的应用。
三、人体器官建模人体器官建模是将人体内部的器官进行数学建模与仿真，从而实现对器官功能与疾病的研究与分析。
人体内部诸多器官的建模是生物医学工程中的一个重要课题，例如心脏、肺、肾脏等。
通过构建与实时控制器官对应的生理学模型，可以模拟器官的功能、代谢和响应等特性，为疾病诊断与治疗提供重要支持。
器官建模技术在疾病模拟、新药研发等方面有着广泛的应用前景。
四、虚拟手术仿真虚拟手术仿真是利用计算机技术和仿真平台，模拟真实手术场景的一种技术手段。
通过对手术过程的真实再现和操作反馈，医生可以提前进行手术训练与模拟，增强在真实手术中的技术水平和自信心。
虚拟手术仿真在手术教育、手术规划和手术风险评估等方面有着重要的应用价值。
人体下肢动力学建模与仿真研究现状
人 总 数 约 为 ８ ９ 万 人 ， 占全 国 总 人 口 的 ６３ ％ ，其 中肢 体 残 疾 ２６ ． ４ 起 重 要 作 用 的关 节 主要 有 三 个 ：髋关 节 、膝 关 节 和 踝 关 节 。髋 关 节 为 多 轴 性 关 节 ，可 做 屈 、伸 、外 展 、内 收 、内 旋 、外 旋 和 旋 转 运 动 ，其 稳 固性 较 好 。膝 关 节ｂｓ ｒ ｃ ：Ｔｈｉ ａ ｒｍ ａｎｌ ｎ ｒ ｄｕ ｅ ｈｅｄｅ ｅ ｏ ｔａ ｔ ｓｐ ｐｅ ｉ ｙ ｉ ｔｏ ｃ ｄ ｔ ｖ ｌ ｐｍ ｅ ｔｏ ｕｍ ａ ｏ ｅ ｉ ｂ ｄｙ ｍ ｉ ｏｄ ｌｎ ｎｄ ｓｍ ｕｌｔｏｎ ａ ｏｍ ｅａ ｂ ｏ ｄ， ｎ ｆｈ ｎ ｌ ｗ ｒｌｍ ｎａ ｃ ｍ ｅ ｉｇ ａ ｉ ａ ｉ ｔｈ ｎｄ ａ ｒ ａ ａ ｌｏ ｐｒ ｏｓ ｄ ｆ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉｉ ｇ ｄ ｖ ｏ ｎｄ ａ ｓ ｏｐ ｅ ｕｒｈ ｒｐ ｏ ｓｎ ｅ ｅｌｐｍ ｅ ｔ Ｉｓｍ ｏ ｌｎｇ ｍ ｅｈｏ ａ ｎ ｙ ｉ ｌ ｄ ｅ ｔ — ｎ ． ｔ ｄｅ ｉ ｔ ｄｓｍ ｉ ｌ ｎｃｕｄｅ Ｎ ｗ ｏｎ Ｅｕｌｒｍ ｅ ｈ ｅ ｔ ｏｄ， ｇ ａ ｉ ｎ ｍ ｅｈｏ Ｌａ ｒ ｎｇ ａ ｔ ｄ，Ｋａ ｎｅ ｍｅｈ ｔ ｏｄ，ｅ ｃ ｔ ．Ａｎａｙｓｓ ｍ ｅｈｏｄ ｒｍ ａ ｉｙ ｉ ｌ ｌ ｉ ｔ ｓ ｐ ｉ ｒｌ ｎｃｕｄｅ ｕｌｉｒｇｉ ｂ ｙ ｄ ｄ ｍ ｔ—ｉ ｄ— ｏｄ ｙｎａ ｉｓ ａ ｌ ｉ ｎ ｎｉｅ ｅ ｅ ｅ ｔａ ｌ ｉ．Ｉ ｓ ｖ ｒ ｍｐｏｒａ ｔｔ ｍ ｃ ｎａｙｓｓ ａ ｄ ｆ ｔ ｌ ｍ ｎ ｎａｙｓｓ ｔｉ ｅ ｙ ｉ ｉ ｔ ｎ ｏ ｍ ａ ｏ ｅｒ ａ ｏ ｂｌ ｏｄ ｎｄ ａｐｒ ｃ ｉａ ｉ ｕｌｔｏｎ ｏｆｈ ｋｅａ ｍ ｒ ｅ ｓ ｎａ ｅｍ ｅｌａ ａ ｔｃ ｌｓｍ ａ ｉ ｕｍ ａ ｄ ｗｈｉｈ ｃ ｎ ｈｅｐ ＵＳｄ ｓｇｎ ｒ ｈ ｂｉｉａｉ ｎ ｔａｎｉ ｑ ｐｍ ｅ ｎ ｎ— ｎ ｂｏ ｙ ｃ ａ ｌ ｅ ｉ ｅ ａ ｌｔ ｔｏ ｒ ｉ ｎｇ ｅ ｕｉ ｎｔａ ｄ ｉ ｔ ｌｉ ｎ ｏ ｔ ｓｓ ｅｌｇｅ ｔｐｒ ｓｈｅ ｉ． Ｋ ｅ ｏ ｄｓ ｙ ｗ ｒ ：ｈｕ ａ ｏ ｅ ｉ ｂ； ｏｄ ｌｎｇ； ｉ ｕｌｔｏｎ； ｕｌｉｒｇ ｄ－ ｄｙ； ｎｉｅ ｅｅ ｅ ｔ ｒ ｖｉｗ ｍ ｎ ｌ ｗ ｒｌｍ ｍ ｅｉ ｓｍ ａ ｉ ｍ ｔ・ｉ ｉ － ・ ｂｏ ｉ ｆ ｔ ｌ ｍ ｎ ； ｅ ｅ
人体生物力学模型的建立与仿真
人体生物力学模型的建立与仿真一、引言人体生物力学模型建立与仿真是一种把人体的内部结构模拟出来进行研究的方法。
其目的在于分析人体各个部分之间的相互作用，以及对不同荷载的反应。
本文将介绍人体生物力学模型建立的过程，以及与传统实验相比的优点。
二、人体生物力学模型的建立人体的构造十分复杂，因此需要考虑许多不同的因素来建立精确的生物力学模型。
建立生物力学模型需要收集大量的解剖学数据，包括人体各个器官的形状、大小和结构等。
调查数据的方法有基于人体解剖学、影像学、生物力学测试等不同的途径。
选择使用哪种数据采集方法取决于具体的研究问题。
例如，如果研究心脏血液流动和氧合度变化，就需要使用解剖学数据来建立心脏和大血管的几何模型，然后利用流体动力学方法来模拟对血液流动的影响。
为了更加准确地描述人体的生物力学性能，建立生物力学模型的过程中还需要考虑许多不同的因素，比如像垂直力、剪切力和扭转力等不同的负荷类型。
人体的生物力学特性随着年龄、性别和健康状态等因素而变化。
如果建立生物力学模型的目的是为了研究药物的效力或者治疗方法，就需要考虑不同个体之间的差异。
三、人体生物力学模型的仿真建立好生物力学模型后，就可以使用仿真方法来预测不同的负荷作用下人体的生物力学反应。
仿真可以帮助我们理解人体内部结构的反应，尤其适用于一些无法进行实验的情况下。
仿真还可以使我们了解到许多实验无法量化的信息，如压力、应变和位移。
仿真可以加速研究成果，使得研究者可以快速评估不同传感器的特性，人体内部组织的变化和不同信号的作用。
仿真可以在研究过程中为设计评估、无害性评估等部分提供基本元素。
目前，科学家们已经使用生物力学模型和仿真技术研究许多不同的问题，如人工关节置换、灵巧机器人的开发以及心脏病诊断技术等等。
四、人体生物力学模型仿真技术的优点生物力学模型和仿真技术具有许多传统实验所没有的优点。
它们可以快速重现实验，可以在不同的时间尺度和荷载下研究人体内部结构对器械和药物等的反应。
人体平衡动力学仿真与验证
技术
（ 上接 第 ３ ２ ８页 ）
［ １ Ｏ ］ 郑 秀瑗．运 动生物 力学 进展 ［ Ｍ］ ．北 京 ： 国防 工业 出版 社 ，
１ ９ ９８—４．
［ １ １ ］ Ｃ ｈ ｉ ｒ ｓ ｔ ｏ ｐ ｈ Ｍ ａ ｕ ｒ ｅ ｒ ，Ｒ ｏ ｂ ｅ ａ Ｊ Ｐ ｅ ｔ ｅ ｒ ｋ ａ ．Ａ Ｎ ｅ ｗ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ
。
王洪瑞 （ １ ９ ５ ６一 ） ， 男（ 汉族） ， 黑龙江克山县人， 工学博士， 教授， 博
士生导师 ， 主要研究领域为并 联机构 的测控理论 与计算 机应用 系统
开发 。
［ Ｊ ］ ． Ｊ ． Ｎ ｅ ｕ ｒ ｏ — ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｏ １ ． ２ ０ ０ ２ ， ８ ８ ： １ ０ ９ ７— １ １ １ ８ ．
数据集 中进行聚类 时 ， 正确率 要 高于其 它算法 ， 同时 收敛速
一 ＼ 巡 旱 ｝
度较 好。这主要 由于本文算 法对 量子 遗传算 法 的染色体 编
码 长度进 行 自适应计算 ， 并 利用 自适应 的变 异算子进行 交叉
变异 ， 使得算法 的整 体执 行效 果较稳 定 ， 且通 过粒 子信 息熵 对染 色体 的量子门进行旋转 时选择最 优角度 ， 使得该算 法可
Ｓ ｐ ｏ ｎ ｔ ａ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ Ｓ ｗａ ｙ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ Ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ Ｈｕ ｍａ ｎ
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生物医学工程中的人体运动模拟与仿真研究
生物医学工程中的人体运动模拟与仿真研究生物医学工程是一门集科学、工程、医学等多学科交叉融合的新兴学科，是为了解决生物医学问题而开发的技术和方法的集合。
在生物医学工程中，人体运动模拟与仿真具有重要的应用价值。
它利用现代计算机、软件和一些特殊的工具，来模拟人体运动，探索人体的运动状态和机制，并为医学诊断和康复治疗提供帮助。
本文将从人体运动模拟的概念、研究方法、应用领域三个方面，介绍生物医学工程中的人体运动模拟与仿真研究。
一、人体运动模拟的概念人体运动模拟是指通过计算机，在虚拟的运动空间中模拟人体的各种动作和姿势，并得到相关的运动数据。
它采用计算机图形学、数字信号处理、运动控制等技术，将人体各个部位的运动进行重建，并生成虚拟的人体模型。
如何建立人体模型呢？人体模型主要由骨骼、肌肉、关节、软组织等部分组成。
其中，骨骼和关节是整个模型的基础，为模型提供了良好的力学运动学基础。
肌肉是使人体发生运动的重要组成部分，与骨骼的运动紧密相连。
软组织则为模型提供了更为真实的生理表现，如皮肤、肌肉等。
在建立人体模型的过程中，需要根据不同的需求进行不同的调整，以达到仿真效果最佳的状态。
二、人体运动模拟的研究方法生物医学工程中的人体运动模拟和仿真通常采用多种方法。
下面我们就来介绍几种常见的方法。
（一）运动数据采集技术运动数据采集技术主要是通过传感器设备采集人体各个部位的相关信息，如加速度、角加速度、角度、力等，再加以处理、分析和建模，以生成数学模型。
（二）生物力学模拟技术生物力学模拟是指通过建立数学模型，分析人体运动的机理和运动学特征，并通过计算机模拟得到人体不同应力下的运动情况。
生物力学模拟技术可以较为准确地解释运动损伤、肌肉骨骼疲劳等问题。
（三）动力学仿真技术动力学仿真技术主要是通过数学模型和计算机仿真，得到物体运动的三维轨迹和动作姿态，并对其作出相应的反应。
在生物医学工程中，动力学仿真技术可以为医学治疗和运动康复提供依据和指导。
基于人体肌肉动力学仿真的健身训练辅助系统研究
基于人体肌肉动力学仿真的健身训练辅助系统研究在当前健身热潮的推动下，健身行业逐渐成为了人们生活中不可或缺的一部分。
然而，对于很多新手来说，由于缺乏专业的指导和理论知识，健身训练常常会出现错误的姿势和方法，导致较为严重的运动损伤。
同时，现代人们的生活和工作方式也让许多人在实际的训练过程中遇到了很多困难和挑战。
因此，研究如何基于人体肌肉动力学仿真开发出健身训练辅助系统，在提升健身效果的同时保证运动健康安全，成为了一项具有重要意义的研究。
一、人体肌肉动力学的研究意义人体肌肉动力学研究的重要意义在于可以帮助人们了解人体骨骼肌肉系统各个组成部分的构造与作用，并设计出更加科学的健身训练方案。
肌肉力学是人类运动控制和机械行为研究的重要领域，在科研和工程应用中都有着广泛的应用前景。
而将肌肉力学与健身训练相结合，则可以使得健身训练更加科学化和针对性，为用户提供更为精准和安全的锻炼。
二、基于人体肌肉动力学的仿真模型的建立为了实现基于人体肌肉动力学的健身训练辅助系统，首先需要建立相应的人体肌肉动力学仿真模型。
在这个模型中，需要包含人体骨骼肌肉系统的各个组成部分，并对其进行建模，同时还需考虑人体骨骼肌肉系统的运动特性和反应能力，以此模拟出具有远真实性的人体肌肉动力学模型。
三、基于人体肌肉动力学的姿势和动作分析在完成人体肌肉动力学仿真模型的建立之后，可以利用这个模型对不同的姿势和动作进行分析。
例如，在进行深蹲训练时，可以对身体的姿势、肌肉的负荷分布、膝关节受力情况等进行详细的分析，并得出具体的优化建议。
这样的分析既可以帮助使用者更好地掌握正确的运动方法，也可以帮助器械设计师更好地设计适合更多人体型的运动器材。
四、基于人体肌肉动力学的运动损伤预防基于人体肌肉动力学的仿真分析还可以用于运动损伤的预防。
通过分析不同姿势和动作下的肌肉负荷和关节承受力，可以更好地了解不同的姿势和动作对身体的影响，找到可能造成运动损伤的因素。
这样一来，运动训练就可以更安全和可控，从而更好地保障器械使用者的身体健康。
面向虚拟现实的人体动力学仿真技术研究
面向虚拟现实的人体动力学仿真技术研究第一章：引言近年来，随着虚拟现实技术的不断发展，人们对于在现实生活中所面临的各种问题开始寻求更好的解决方法，其中，面向虚拟现实的人体动力学仿真技术就是其中之一。
这种技术能够帮助人们更好地理解人体在不同环境下的各种动力学特性，从而为人们提供更加安全、有效、可靠的解决方案。
本文将会针对这种技术进行专业性较强的研究探讨，以期能够为此类技术的发展和实践提供更多的启发和帮助。
第二章：面向虚拟现实的人体动力学仿真技术人体动力学仿真技术是一种基于计算机模拟技术的研究方法，通过对人体各种运动行为的模拟，来探究其动力学特性和运动规律，从而能够更好地反映出人体在不同环境下的各种行为特征。
而面向虚拟现实的人体动力学仿真技术，则是将这种仿真技术应用于虚拟环境中，通过将不同环境下的人体行为重新构建成数字模型，来为虚拟现实技术提供更为精确、真实的人体动态特性。
其中，虚拟现实技术主要涉及到了计算机图形学、人机交互技术和感知技术等，而人体动力学仿真技术则主要依靠了生物力学、控制工程和计算机科学等领域的知识。
这种技术的基础是对人体动力学理论和生理学数据的有效整合和应用，加之计算机和软件等技术手段的不断完善，使得这种技术在呈现真实感、追求可视化效果等方面具有了较高的应用价值。
第三章：面向虚拟现实的人体动力学仿真技术的应用1. 应用于医疗领域虚拟现实技术在医疗领域的应用越来越广泛，其中，面向虚拟现实的人体动力学仿真技术可以在体验虚拟手术和诊断等方面为医生和患者提供更安全、更真实、更有效的实验环境和模拟结果。
通过对人体特定部位的模拟，可以帮助医生更好地判断病情和治疗效果，并提供更科学、有效的治疗方案，同时也为医学科研提供了更多的探索空间。
2. 应用于体育运动领域在体育竞技领域，面向虚拟现实的人体动力学仿真技术也发挥着重要的作用。
它可以通过对不同运动员的模拟和分析，来探究人体肌肉活动的特性和规律，从而为运动员制定更加精确的训练计划和赛前策略，以提高其比赛表现。
人体上肢运动学动力学建模与仿真技术的研究
收稿日期:2008212206;修改稿收到日期:20092122101基金项目:广东省科技计划项目(2008B010400011);广州市科技支撑计划项目(2008Z12D371);广东省教育部产学研结合项目(2009B090300340)资助1作者简介:袁清珂3(19632),男,博士,教授(E 2mail :qkyuan @ ).第27卷第2期2010年4月 计算力学学报 Chinese Journal of Computational MechanicsVol.27,No.2April 2010文章编号:100724708(2010)022*******人体上肢运动学动力学建模与仿真技术的研究袁清珂3, 骆少明, 唐文艳, 罗小美(广东工业大学机电工程学院,广州510090)摘 要:根据多体动力学原理,以人体解剖学为基础,对人体上肢进行建模,推导了其动力学和运动学方程,建立了人体上肢四刚体四自由度动力学模型,运用多系统动力学软件ADAMS ,结合U G 建模功能,对人体上肢动力学和运动学特性进行了分析计算,对人体上肢收臂翻掌过程的运动进行了仿真,并将计算结果与实测数据进行了对比,验证了模型的正确性和有效性。
关键词:人体上肢;动力学;建模方法;仿真技术中图分类号:TP391.9 文献标识码:A1 引言以人体为对象研究其建模方法,对其进行运动学和动力学分析的人体动力学,是仿人机构研究的基础理论学科之一,已在航空、汽车等领域得到了广泛应用。
研究人体动力学的建模与仿真,获取有关运动、力学数据,指导机电产品设计、运动康复器械设计、人体机能恢复等具有重要意义。
本文以人体解剖学为基础,根据多体动力学原理,对人体上肢进行建模,推导了其动力学和运动学方程,建立了人体上肢四刚体四自由度动力学模型,运用多体动力学分析软件ADAMS ,结合U G 建模功能,对人体上肢动力学和运动学特性进行了分析计算,对人体上肢收臂翻掌过程的运动进行了仿真,并将计算结果与实测数据进行了对比。
人体动力学模型与仿真研究
基于ADAMS人体动力学下肢建模与仿真前言人体生物力学研究的是一个多学科交叉的新兴领域,它涉及到机器人机构学、运动学、动力学、人体解剖学、外科学(特别是骨科)、摄影测量学、测试技术以及计算机辅助设计等多方面的知识。
研究人体动力学的建模和仿真，获取有关运动、力学数据，对指导机电产品设计、运动康复机械设计等具有重要意义。
为了满足人们的需要和安全，在一些实验中必须模拟人体作为实验对象。
为了保证人体的安全和新设备的研发，因此在人体运动仿真研究中需要将人体作为某种程度的抽象，这种抽象既要尽可能反映人体的真实情况，又要易于实现。
人体模型是车辆设计、动力学分析和服务型机器人设计与仿真的基础，为设计用的人体模型属于人体几何学/运动学模型，它还为动力学分析与仿真提供了必要的几何特性；为分析与仿真用的人体模型属于多体系统动力学模型。
人体动力学模型是多体系统动力学在生物力学方面的最新研究成果，已在国外车辆动力学分析与仿真领域获得工程应用。
如果从建模的方式来看人体模型种类可以分为以下两种。
从仿真角度建模—人体仿真模型（目前主要是指运用计算机仿真软件进行人体多体仿真建模）；从力学角度建模—动力学模型。
一、历史发展及现状1.运动生物力学的国内外发展现状有关生物体运动的力学问题很早就引起了人们的注意，早在15世纪末，意大利科学家Leonardo Da Vinci研究了人体的各种姿势和运动，首先提出了“一切能够运动的生物体都遵循力学定律而运动”的重要观点。
随着生命科学、力学和计算机技术的飞速发展，一门以研究人体力学行为特征为主的学科一运动生物力学诞生了。
运动生物力学作为一门学科，它的产生与发展，在我国还只有不到60年的历史。
直到70年代后期，随着体育科学的全面进步和高科技的渗入，运动生物力学才真正活跃起来，并迅即发展成为体育科学体系中最体现现代高科技水平的学科之一。
考察并分析运动生物力学的发展过程，在欣喜于运动生物力学已取得长足进步的同时, 我们还不得不承认，运动生物力学的理论基础是不完善的，在这方面的科学研究也几无进展。
人体动力学模型建立方法的研究
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基于 !"# 的集成化企业建模* 平台的体系结构研究与设计
范连城 张 洁 张秋英 $ 上海交通大学 %&"’ 所，上海 ()))*) + !"#"$%&’ $() )"#*+( ,- ./0 1 2$#") *(3"+%$3") "(3"%4%*#" 5,)"6*(+ 4*$3-,%5 -%$5"7,%8 ,-. #/012345167 89-.: ;/57 89-.: </=2>/16 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;< $ %#"’ ?1@A/A=A57 ’401640/ ;/0BAB16 C1/DE7 ’401640/ ()))*)7 %4/10 + ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;< 【摘要】 在全面分析了当前企业建模理论与工具的需求的情况下， 提出了基于 !"# 的集成化企业 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;< 建模平台， 对其体系结构进行了详细介绍， 并针对 OPN 系统的快速实施与变更， 给出了平台的详细设 计方案。该平台通过集成建模工具、 仿真工具、 映射工具、 参考模型管理工具， 实现了企业模型从建模 到部署的整个生命周期的管理， 可作为企业信息管理系统的支持工具， 提供了企业模型与管理系统映 射与集成的框架结构。 关键词： 企业建模；企业资源计划；工作流；构件 【 92#3%$&3】 ()*+, -$ ./+ ’+./-,-0-12 )$, .--0* )3-4. +$.+5"5%*+ ’-,+0%$1 6 ./+ !"# 7 3)*+, %$.+15).+, +$.+5"5%*+ ’-,+0%$1 "0).8-5’ %* %$.5-,49+,: ;/+ )59/%.+9.45+ )$, 84$9.%-$* -8 ./+ "0).8-5’ %* ,%*94**+, %$ ,+.)%0: <45./+5’-5+ 6 ) ")5.%940)5 ,+*%1$ *9/+’+ -8 ./+ "0).8-5’ 8-5 5)"%, %’"0+’+$.%$1 OPN *2*.+’ %* "5+*+$.+,: ;/+ 0%8+9290+ ’)$)1+’+$. -8 ./+ +$.+5"5%*+ ’-,+0* 85-’ ’-,+0%$1 .- ,+"0-2’+$. %* "5-=%,+, 32 %$.+15).%$1 ’-,+0%$1 .--0*6 *%’40).%$1 .--0*6 ’)""%$1 .--0* )$, ’)$)1+’+$. .--0* -8 +$.+5"5%*+ 5+8+5+$9+ ’-,+0*: ;/+ "0).8-5’ /)* ) 9549%)0 84$9.%-$ %$ +$.+5"5%*+ ’)$)1+’+$. %$8-5’).%-$ *2*.+’ 8-5 "5-=%,%$1 ./+ 85)’+>-5? -8 ’)""%$1 )$, %$.+15).%-$ 3+.>++$ +$.+5"5%*+ ’-,+0* )$, ’)$)1+’+$. %$8-5’).%-$ *2*.+’*: :"; 7,%)#< =(3"%4%*#" 5,)"6*(+；=(3"%4%*#" %"#,>%&" 46$((*(+；?,%8-6,7；@,54,("(3 文献标识码：（’=^^?> %40/1 "01065W51A 供应链管理） 等等。 这些新思想及 ’%" 其支持系统都在不同方面提升了企业的生产管理模式和信息化 水平。 但这些支持系统通常存在着不容忽视的问题， 如系统过于 复杂庞大， 缺乏快速实施的辅助工具； 系统的灵活性跟不上市场
人体运动仿真建模方法研究
收稿日期:2007-04-29 修回日期:2007-12-12 第26卷 第1期计 算 机 仿 真2009年1月 文章编号:1006-9348(2009)01-0166-03人体运动仿真建模方法研究刘 雷(南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016)摘要:为了研究人体在运动过程中的力学行为,探讨人体运动仿真的建模方法,运用多体系统动力学的建模方法建立了17刚体,55自由度的人体动力学模型,模型对人体颈部和下躯干的柔性效应给予了充分考虑,基于第一类Lagrange 方程推导了系统的动力学方程,并以某人体为例,利用该模型对人体的行走过程进行了仿真计算,计算结果表明:采用所建立的人体动力学模型进行人体步态仿真、碰撞仿真等研究是现实可行的,最后结合对人体运动仿真的未来发展趋势的展望,说明人体动力学模型有待进一步完善。
关键词:生物力学;人体模型;计算机仿真中图分类号:TP391.9 文献标识码:BM odeli n g M ethods for S i m ul a ti on of Hu man M oti onL I U Lei(College ofM echanical and Electrical Engineering NUA A,Nanjing J iangsu 210016,China )ABSTRACT:T o study the modeling methods f or si m ulating hu man moti on,a 17-rigid -body hu man move ment model is established by using multibody dyna m ics theory .The degree of freedom of the model is 55.The flexible effect of neck and l ower t ors o is considered.The syste m equati ons are for mulated based on the 1st Lagrange Equa 2ti ons .The l ocomoti on of s ome hu man body is si m ulated as an exa mp le .The s oluti on results demonstrate that this model can be app lied t o the si m ulati on of hu man gait and i m pact .However,the hu man move ment model in this paper needs t o be i m p r oved .Finally,the devel opment tendency of hu man move ment si m ulati on is discussed .KE YWO RD S:B i omechanics;Hu man body model;Computer si m ulati on1 引言有关生物体运动的力学问题很早就引起了人们的注意,早在15世纪末,意大利科学家Leonardo Da V inci 研究了人体的各种姿势和运动,首先提出了“一切能够运动的生物体都遵循力学定律而运动”的重要观点[1]。
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基于ADAMS人体动力学下肢建模与仿真
前言
人体生物力学研究的是一个多学科交叉的新兴领域,它涉及到机器人机构学、运动学、动力学、人体解剖学、外科学(特别是骨科)、摄影测量学、测试技术以及计算机辅助设计等多方面的知识。
研究人体动力学的建模和仿真，获取有关运动、力学数据，对指导机电产品设计、运动康复机械设计等具有重要意义。
为了满足人们的需要和安全，在一些实验中必须模拟人体作为实验对象。
为了保证人体的安全和新设备的研发，因此在人体运动仿真研究中需要将人体作为某种程度的抽象，这种抽象既要尽可能反映人体的真实情况，又要易于实现。
人体模型是车辆设计、动力学分析和服务型机器人设计与仿真的基础，为设计用的人体模型属于人体几何学/运动学模型，它还为动力学分析与仿真提供了必要的几何特性；为分析与仿真用的人体模型属于多体系统动力学模型。
人体动力学模型是多体系统动力学在生物力学方面的最新研究成果，已在国外车辆动力学分析与仿真领域获得工程应用。
如果从建模的方式来看人体模型种类可以分为以下两种。
从仿真角度建模—人体仿真模型（目前主要是指运用计算机仿真软件进行人体多体仿真建模）；从力学角度建模—动力学模型。
一、历史发展及现状
1.运动生物力学的国内外发展现状
有关生物体运动的力学问题很早就引起了人们的注意，早在15世纪末，意大利科学家Leonardo Da Vinci研究了人体的各种姿势和
运动，首先提出了“一切能够运动的生物体都遵循力学定律而运动”的重要观点。
随着生命科学、力学和计算机技术的飞速发展，一门以研究人体力学行为特征为主的学科一运动生物力学诞生了。
运动生物力学作为一门学科，它的产生与发展，在我国还只有不到60年的历史。
直到70年代后期，随着体育科学的全面进步和高科技的渗入，运动生物力学才真正活跃起来，并迅即发展成为体育科学体系中最体现现代高科技水平的学科之一。
考察并分析运动生物力学的发展过程，在欣喜于运动生物力学已取得长足进步的同时, 我们还不得不承认，运动生物力学的理论基础是不完善的，在这方面的科学研究也几无进展。
人体运动分析是近年来计算机视觉领域中备受关注的前沿方向之一，是当代生物力学和计算机视觉相结合的一项重要技术，具有十分广阔和重要的应用领域，它在机器人学、仿生机械学、智能控制、人机交互、运动分析和虚拟现实等领域都有着广泛的应用。
建模是研究人体运动的核心，目前的建模方法包括：有限元分析，多刚体动力学，肌肉一骨骼建模，振动力学，运动学建模以及实验等方法。
2.多体系统动力学研究的发展
多体系统动力学的核心问题是建模和求解问题，其系统研究开始于20世纪60年代。
从60年代到80年代，侧重于多刚体系统的研究，主要是研究多刚体系统的自动建模和数值求解。
到了80年代中期，多刚体系统动力学的研究已取得一系列的成果，尤其是建模理论趋于成熟，但更稳定，更有效的数值求解仍然是
研究的热点。
80年代以后，多体系统动力学的研究更偏重于多柔体系统动力学，这个领域也正式被称为计算机多提系统动力学，并且至今仍然是力学研究中最有活力的分支之一，但已远远超过了一般力学的含义。
二、人体运动学的研究
运动学(kinesiology)是理论力学的一个分支学科,它是运用几何学的方法来研究物体的运动,主要研究质点和刚体的运动规律。
运动学为动力学、机械原理(机械学)提供理论基础,也包含自然科学和工程技术等多个学科所必需的基本知识,包括物体的运动在空间和时间等方面的差异。
人体运动学是研究人体活动科学的领域。
是通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体和器械的位置随时间变化的规律或在运动过程中所经过的轨迹，而不考虑人体和器械运动状态改变的原因。
在研究人体运动时，是以牛顿力学理论为基础的。
在运动生物力学中，把人体简化为质点、质点系、刚体和多刚体系等力学模型，而使研究的问题大大简化。
但是人体是生命体，因此在研究人体运动学时，还要尽可能地考虑人的生命特征，才能正确地研究人体的运动。
生物力学是研究生物体机械运动的规律，以及力与生物体的运动、生理、病理之间关系的学科为生物力学。
研究运动中人体和器械运动力学规律的学科，为运动生物力学。
人体动力学是研究人体的运动与作用于人体的力之间关系的科学，是运动生物力学的分支，是体育科学、仿生机械学和动力学之间
的交叉学科。
人体动力学以力学定律为基础，把人体当作力学对象，研究其受力情况。
人体动力学的主要研究内容包括人体重力、支撑反作用力、摩擦力、流体阻力、人体内力等。
人体运动中的力一般用各种测力仪器和肌电仪进行测定，并从功和能等角度进行分析研究。
三、人体多刚体动力学模型
多体系统是指由多个物体通过运动副连接的复杂机械系统。
多体系统动力学的根本目的是应用计算机技术进行复杂机械系统的动力
学分析与仿真。
它在经典力学上基础上产生的新学科的分支，在经典力学刚体系统动力学上的基础上，经历了多刚体系统动力学和计算多体系统动力学两个发展阶段，目前已趋于成熟。
生物力学方法是将人体看作有限刚体铰接组成的多刚体系统，可避免对人体系统内部运动的复杂模拟，是研究人体运动系统的常用方法之一。
通常应用动力学普遍定理或多刚体系统动力学理论来建立运动学和动力学方程，并在各种约束条件下求解相关参数。
但是刚体数目越多，自由度越多，方程越复杂，往要列出数十个甚至上百个方程。
人体存在两个主要的动力学特征：1.人体是能划分为有限个分体的质点系；2.人体的各相邻分体之间存在肌肉的作用力，此作用力对关节中心的力矩能改变此相邻两分体之间的运动状态。
多刚体动力学方法就是基于人体的两个主要动力学特征，根据解剖学原理将人体分为若干个独立的刚体，每个刚体具有质量、质心和转动惯量等物理特性，相邻刚体之间通过铰(关节)连接在一起，在连接点处施加弹簧一阻尼器，以模拟软组织(肌肉、韧带等)的作用以及相邻刚体问相对运
动的某些限制。
这样，人体就被简化成为具有有限个自由度的多刚体系统。
人在运动时受到外力和内力的综合作用，如地面摩擦力，器械或地面支撑力等，人体各部分的重力，关节两端的肌肉力等，根据仿真的实际目的，一般只需考虑部分的作用力，多刚体动力学方法的关键是要计算一组约束力(或力矩)，使物体的运动符合所给定的约束。
目前，多刚体系统动力学的研究方法已经发展得非常成熟、系统，主要的建模方法有：牛顿一欧拉法，拉格朗日方程法，图论法，凯恩方法，变分方法，旋量方法等。
其中，拉格朗日方程法是分析力学的一种方法，是关于约束力学系统的动力学方程。
该方法主要有两种形式：一种是第一类拉格朗日方程，既适用于完整系统，又适用于非完整系统；另一种是只适用于完整系统的第二类拉格朗日方程。
带乘子第一类拉格朗日方程法是上世纪八十年代以来多体动力学分析的
新方法，具有如下特点：
1.该方法的广义坐标不独立，动力学方程需要辅以约束方程才能得到封闭解；
2.动力学函数的计算方法规范统一，因此便于编制通用程序；
3.动力学方程提供了完整的动力学系统结构、惯性和受力三方面的信息；
4.动力学函数的求导计算繁琐，计算工作量大。
四、结束语
本文针对人体动力学的定义、建模方法和研究方法做了一些叙述，人体动力学研究对指导机电产品设计、运动康复器械设计等所建
立的人体动力学模型进行人体步态仿真、碰撞仿真等研究是现实可行的，但是结合对人体运动仿真的未来发展趋势的展望，说明人体动力学模型进行人体步态仿真、碰撞力学模型有待进一步完善。
只有通过大量的实验考究才能对人体动力学有着更精确的分析。
人体动力学模型的建立，在仿人机器人、人机工程、医学、生活娱乐、体育运动、航空航天、军事等领域有着广泛的应用价值，是探索人体运动规律的有力工具。
人体结构非常复杂繁琐，在仿人机构领域，研究人员一直在寻求设计一种比较合理的、具备人体运动性能的机构，研究人体运动与力的关系，对人体进行仿真，对步态进行模拟，通过参数的调整得到最好的效果。