基于Jack软件的数字人肢体关节受力分析

摘要

本论文研究了驾驶姿势下足前部受外力时，右侧下肢各关节处所受力矩的大小及其随关节角度和外力的变化趋势。研究过程中使用了三种方法，即Jack数字人法，三环节刚体运动链模型法以及BTE力量测试系统。研究结果表明，踝关节、膝关节和髋关节力矩会随踝关节角度和膝关节角度的变化而变化。各关节力矩随外力的增加呈线性增长趋势。本论文还对三种研究方法的研究结果进行了对比验证，分析了三种研究方法的优势和不足。

关键词：数字人技术，下肢关节力矩，驾驶姿势

目录

1 绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2国内外研究状况 2

1.2.1 Jack软件介绍及其在科学研究中的应用 2

1.2.2 人体下肢关节力学模型方面的研究 4

1.2.3驾驶姿势及受力方面的研究 5

1.3 课题研究方法 5

1.4 论文构成及研究内容 6

1.4.1主要研究内容 6

1.4.2 论文构成 6

2 力矩分析方法 8

2.1基于Jack软件建立数字人模型 8

2.1.1 Jack数字人简介 8

2.1.2数字人建模人体尺寸测量 9

2.1.2.1测量项目及其具体测量方法 9

2.1.2.2 人体尺寸测量实验过程 12

2.1.2.3 人体尺寸测量数据记录 12

2.1.3个性化Jack数字人的建立 15

2.2 下肢肢体及关节运动生物力学模型 15

2.2.1人体环节引言 15

2.2.2下肢刚体模型建立 17

2.2.3 使用雅各宾法验证模型原理 19

2.3  BTE力量测试系统 22

2.3.1 BTE力量测试系统简介 22

2.3.2 BTE试验设计 22

3 汽车驾驶姿势下右下肢关节力矩分析 25

3.1右下肢汽车驾驶姿势设定 25

3.2 关节角度变化对关节力矩的影响 26

3.2.1右下肢关节力矩随踝关节角度变化规律 26

3.2.1.1 Jack数字人法 26

3.2.1.2 三环节刚体运动链模型法 31

3.2.1.3 BTE被试测试法 37

3.2.1.4 小结 37

3.2.2 右下肢关节力矩随膝关节角度变化规律 38

3.2.2.1 Jack数字人法 38

3.2.2.2 三环节刚体运动链模型法 43

3.2.2.3 小结 49

3.3 外力变化对关节力矩的影响 49

3.3.1定性分析 49

3.3.2定量分析 50

3.4 不同研究方法的相互验证与对比分析 51

3.4.1 研究结果的数据验证 51

3.4.2 不同方法的误差来源分析及对比 53

结论 55

致谢 57

参考文献 58