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094 学术Academic PEDESTRIAN LEGFORM IMPACTORS一、概论车辆对行人下肢的碰撞保护越来越成为汽车行业内研究的热点与难点，包括股骨骨折、胫骨骨折、韧带断裂在内的下肢损伤，是行人与车辆碰撞中最易出现的受伤情况[1]。
因此，在许多国家或地区标准法规或NCAP 评价规程中，都对车辆对行人下肢的碰撞保护进行了评估[2-4]。
在评价车辆对行人下肢的保护时，常使用行人假人腿型冲击器撞击车辆前端相应位置，在撞击过程中采集冲击器各个传感器的信号作为伤害评估指标，从而对车辆对行人碰撞保护能力进行评价。
现阶段最常用使用的行人腿型冲击器为Flex-PLI ，ECE R127、Euro NCAP 、C-NCAP 等相关法规与规程均将Flex-PLI 作为车辆行人保护测试所使用的冲击器。
但是随着研究的深入，Flex-PLI 被发现在一些对较高车辆高度的试验中不能很好的反应实际碰撞情况，同时Flex-PLI 对于股骨损伤的评价也与实际情况存在一定差异，这是因为Flex-PLI 缺少对人体095腿型上部质量的模拟，导致生物仿真性上与真实人体存在差异。
因此，国外一些组织机构针对具有良好生物仿真性的行人腿型冲击器开展了一系列研究工作。
欧洲seniors-project 开展了对Flex-PLI/UBM （Upper Body Mass ）研究工作[5]，研究结果表明在Flex-PLI 上部增加了上体质量块UBM 的Flex-PLI/UBM 腿型冲击器在碰撞过程中运动姿态、运动轨迹相比于Flex-PLI 更接近实际人体，具有更好的生物仿真性。
除Flex-PLI/UBM 之外，另外一种先进行人腿型冲击器（advanced Pedestrian Legform Impactor, aPLI ）由日本汽车研究所（Japan Automobile Research Institute, JARI ）和日本汽车工业协会（Japan Automobile Manufacturers Association, JAMA ）完成开发设计。
人体下肢三维有限元模型在交通损伤中的应用研究进展杜现平;曹立波;张冠军;张恺【摘要】下肢损伤在交通损伤中仅次于头部损伤位居第二,给社会和家庭造成沉重的负担.下肢有限元仿真模型的发展,为交通事故中下肢损伤机理研究和汽车结构参数优化提供了强有力的工具,与其它研究方法相比具有显著的优势.我国下肢有限元模型的发展尚处于起步阶段.针对国内外近20年下肢有限元模型的发展做了论述,并提出了今后构建高生物仿真度的下肢模型需要解决的问题.【期刊名称】《汽车工程学报》【年(卷),期】2014(004)004【总页数】10页(P235-244)【关键词】交通损伤;有限元模型;下肢;损伤机理【作者】杜现平;曹立波;张冠军;张恺【作者单位】湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南,长沙410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南,长沙410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南,长沙410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南,长沙410082【正文语种】中文【中图分类】U461.91世界卫生组织在2013年的报告中指出，全世界每年约有124万人死于道路交通事故，2 000～5 000万人遭受非致命伤害[1]。
根据NASS（National Automotive Sampling System）的统计数据，下肢在道路交通安全事故人体8个损伤部位（头部、面部、颈部、胸部、腹部、脊柱、下肢、上肢）中仅次于头部而居第2位。
其中，乘员占21.5% [2]，行人占85% [3]。
虽然下肢损伤一般不会产生致命性的伤害，却容易导致长期肢体功能障碍，甚至残疾，给生活带来不便，也给家庭和社会造成沉重负担。
因此，研究交通事故中下肢损伤的机理，具有重要的意义和价值。
损伤生物力学可以研究人体在外界载荷下的损伤及作用机理。
目前，研究手段主要有：物理模型、志愿者试验、动物试验、尸体试验、数学模型。
行人保护aPLI腿型吸能空间作者：谭冰花，李博，王亚军，徐立笑，潘一鸣来源：《计算机辅助工程》2022年第02期摘要：為提高行人保护aPLI腿型的安全性能得分，以在整车开发预研阶段预留合理的吸能空间为目的，对aPLI腿型安全碰撞进行仿真，计算碰撞得分情况。
基于简化仿真模型，使用优化软件计算得到针对轿车的行人保护aPLI腿部保护所需吸能空间，指导新车型行人保护开发设计。
关键词： aPLI腿型; 碰撞评价; 行人保护; 吸能空间; 优化中图分类号： U467.1;TB115.1文献标志码： BaPLI energy absorption spacebased on pedestrian protectionTAN Binghua， LI Bo， WANG Yajun， XU Lixiao， PAN Yiming（Chery Automobile Co.， Ltd.， Wuhu 241006， Anhui， China）Abstract： To improve the safety performance score of aPLI （advanced pedestrian legform impactor） legform for pedestrian protection， the aPLI legform safety collision is simulated to reserve reasonable energy absorption space in the pre-research stage of vehicle development， and the collision score is calculated. Based on the simplified simulation model， the energy absorption space required for the aPLI legform protection of vehicle pedestrian protection is calculated using the optimization software， which can provide guidance for the development and design of the pedestrian protection for the new vehicle models.Key words： aPLI legform; collision evaluation; pedestrian protection; energy absorption space; optimization0引言随着人民生活水平逐步提高，汽车保有量不断增加，道路交通环境也愈加复杂。
中国人体小腿冲击仿真分析与损伤准则的研究杜现平;张冠军;曹立波;胡跃群【摘要】在已开发的中国人体50百分位男性小腿有限元模型的基础上,加入脚部模型和与踝关节动力学特性相关的11条踝关节韧带和11束肌肉有限元模型,以进行踝关节动力学特性的研究和肌肉主动力的模拟.采用单点积分壳单元模拟踝关节韧带,其余韧带采用梁单元模拟.基于乘员小腿的碰撞损伤载荷特点,采用两种小腿轴向冲击试验,对小腿模型进行了验证.结果显示,小腿轴向冲击动力学特性曲线与试验吻合较好,说明模型具有较高的生物逼真度.在此基础上,利用模型,对胫骨指数(TI)与修正胫骨指数(RTI)的损伤预测能力进行评估,对比了中国人体与欧美人体的差异.结果表明,尽管RTI改善了小腿的骨折损伤的预测能力,但对于中国50百分位男性小腿,RTI仍然低估了其损伤程度,需进行相应修正.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2016(038)011【总页数】7页(P1324-1330)【关键词】中国人体;小腿模型验证;胫骨指数;修正胫骨指数;欧美人体【作者】杜现平;张冠军;曹立波;胡跃群【作者单位】湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;中南大学湘雅三医院放射科,长沙410013【正文语种】中文下肢损伤是汽车碰撞事故中人体中度损伤(abbreviated injury scale(AIS)2, AAAM)中频率最高的损伤形式[1]。
尽管下肢损伤一般不会产生致命性的伤害，但也是导致永久残疾最主要的原因之一[2]。
其中，脚部及踝关节损伤占所有下肢损伤的30%～40%[3]，Pilon骨折作为其中最严重的损伤形式，是导致下肢残疾的最主要的原因[4]。
作为各国NCAP测试中重要的评判指标，降低下肢损伤也一直是各汽车厂商的研究重点。
《基于多体动力学和有限元方法对人体下肢生物力学的研究》篇一一、引言人体下肢的生物力学研究在体育科学、医学康复、运动训练等多个领域具有广泛的应用价值。
本文旨在利用多体动力学和有限元方法，对人体下肢的生物力学进行深入研究，以揭示其运动机制、动力学特性和潜在的生物力学问题。
二、研究背景及意义随着科技的发展，多体动力学和有限元方法在生物医学工程领域得到了广泛应用。
多体动力学能够有效地模拟和分析复杂系统的运动学特性，而有限元方法则能够详细地描述材料和结构的力学行为。
将这两种方法应用于人体下肢的生物力学研究，有助于更深入地了解人体下肢的运动学、动力学特性以及在各种生理、病理条件下的响应机制。
这将对提高体育训练效率、预防和治疗运动损伤等方面具有重要的实用价值。
三、研究方法本研究采用多体动力学和有限元方法相结合的方式，对人体下肢进行生物力学研究。
具体步骤如下：1. 建立人体下肢的多体动力学模型。
通过收集相关的人体尺寸数据，建立各关节、肌肉、骨骼等部位的几何模型，并利用多体动力学软件进行模型参数化。
2. 利用有限元方法对人体下肢的骨骼、肌肉等组织进行建模。
根据组织的材料属性，建立相应的有限元模型。
3. 通过多体动力学模拟人体下肢的运动过程，分析其运动学和动力学特性。
同时，将模拟结果与实际实验数据进行对比，验证模型的准确性。
4. 利用有限元方法分析人体下肢在各种生理、病理条件下的力学响应，揭示其潜在的生物力学问题。
四、研究结果1. 通过多体动力学模拟，我们发现人体下肢在运动过程中，各关节的力矩、角度等运动学参数具有明显的规律性。
这些规律性参数对于理解人体下肢的运动机制具有重要意义。
2. 有限元分析表明，人体下肢在承受外力作用时，骨骼、肌肉等组织的应力分布具有明显的特点。
这些特点有助于我们了解人体在各种生理、病理条件下的响应机制。
3. 通过对比多体动力学模拟结果和实际实验数据，我们发现模型具有较高的准确性。
这为进一步研究人体下肢的生物力学提供了可靠的依据。
第１０卷第４期 智 能 系 统 学 报 Ｖｏｌ．１０№．４２０１５年８月 ＣＡＡＩＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｙｓｔｅｍｓ Ａｕｇ．２０１５ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４７８５．２０１５０３０３９网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１５３８．ｔｐ．２０１５０７０２．１１０４．００１．ｈｔｍｌ人体下肢生物力学建模研究进展邵明旭，王斐，殷腾龙，刘健（东北大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳１１０８１９）摘 要：人体下肢生物力学建模与仿真是穿戴式外骨骼机器人系统开发的一个重要内容。
对其研究所获得相关的理论与技术方法对生物动力学、康复医学、假肢及运动康复器械设计等领域的发展具有促进作用。
本文以人体下肢生物力系统为研究对象，概括和总结了国内外下肢建模与仿真技术的研究现状，就目前普遍采用的基于Ｌａｇｒａｎｇｅ方程和角动量定理的多刚体模型法、仿真软件建模法、Ｈｉｌｌ三元素法、黑箱训练等方法进行了详细的分析，并对研究趋势进行了展望。
本文所综述的动力学建模与仿真验证方法对实现穿戴式外骨骼机器人和谐自然人机交互设计具有重要的指导意义。
关键词：下肢生物力学建模；Ｌａｇｒａｎｇｅ方程；角动量定理；Ｈｉｌｌ模型；仿真软件建模；黑箱训练法中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－４７８５（２０１５）０４－０５１８－１０中文引用格式：邵明旭，王斐，殷腾龙，等．人体下肢生物力学建模研究进展［Ｊ］．智能系统学报，２０１５，１０（４）：５１８－５２７．英文引用格式：ＳＨＡＯＭｉｎｇｘｕ，ＷＡＮＧＦｅｉ，ＹＩＮＴｅｎｇｌｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｈｕｍａｎｌｏｗｅｒｌｉｍｂｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ［Ｊ］．ＣＡＡＩＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｙｓｔｅｍｓ，２０１５，１０（４）：５１８－５２７．ＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｔｈｅｈｕｍａｎｌｏｗｅｒｌｉｍｂｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇＳＨＡＯＭｉｎｇｘｕ，ＷＡＮＧＦｅｉ，ＹＩＮＴｅｎｇｌｏｎｇ，ＬＩＵＪｉａｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８１９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｈｕｍａｎｌｏｗｅｒｌｉｍｂｓｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｗｅａｒａｂｌｅｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎｒｏｂｏｔｓ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｃａｎｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｍｅｄｉｃｉｎｅａｎｄｐｒｏｓｔｈｅｔｉｃ／ｏｒｔｈｏｔｉｃｄｅｖｉｃｅｓ．Ｔｈｉｓｗｏｒｋｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｓｔａｔｅ－ｏｆ－ｔｈｅ－ａｒｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆｈｕｍａｎｌｏｗｅｒｌｉｍｂｓａｎｄｍａｋｅｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｐｕｌａｒｍｅｔｈｏｄｓ，ｓｕｃｈａｓｍｕｌｔｉ－ｂｏｄｙｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｍｏｄｅｌｉｎｇ，ＨｉｌｌｔｈｒｅｅｅｌｅｍｅｎｔｓｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｂｌａｃｋｂｏｘｔｒａｉｎｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎｇｂａｓｅｄｏｎＬａｇｒａｎｇｅｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｏｒｅｍｏｆａｎｇｕｌａｒｍｏｍｅｎｔｕｍ．Ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｐｒｏｓｐｅｃｔｓｉｎｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄａｒｅａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｎａｔｕｒａｌｌｙｈａｒｍｏｎｉｏｕｓｈｕｍａｎ－ｒｏｂｏｔｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｗｅａｒａｂｌｅｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎｒｏｂｏｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｈｕｍａｎｌｏｗｅｒｌｉｍｂ；Ｌａｇｒａｎｇｅｅｑｕａｔｉｏｎ；ｔｈｅｏｒｅｍｏｆａｎｇｕｌａｒｍｏｍｅｎｔｕｍ；Ｈｉｌｌｍｏｄｅｌ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｂｌａｃｋｂｏｘｔｒａｉｎｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎｇ收稿日期：２０１５－０３－２４． 网络出版日期：２０１５－０７－０２．基金项目：中央高校基础科研业务费资助项目（１２０１２４００２）；辽宁省自然科学基金资助项目（２０１３０２００４０）．通信作者：王斐．Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｆｅｉ＠ｉｓｅ．ｎｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． 随着ＭＥＭＳ、材料、控制和计算机技术的飞速发展，以及我国快速进入老龄化社会后对康复辅助设备的旺盛需求，穿戴式外骨骼机器人技术在世界范围内引起了越来越多学者的关注。
《基于多体动力学和有限元方法对人体下肢生物力学的研究》篇一一、引言人体下肢的生物力学研究在医学、体育科学、生物工程等多个领域中具有重要意义。
通过深入理解人体下肢的运动机制、力量传递和应力分布等，可以有效预防和治疗运动损伤，提高运动表现，并推动假肢、矫形器等生物医学工程领域的发展。
多体动力学和有限元方法作为现代力学分析的重要工具，为研究人体下肢生物力学提供了有效的手段。
本文将基于多体动力学和有限元方法，对人体下肢的生物力学进行研究。
二、多体动力学在人体下肢生物力学中的应用多体动力学是一种研究复杂系统运动规律的方法，适用于描述人体这种多关节、多肌肉驱动的复杂系统。
通过多体动力学模型，我们可以模拟人体下肢的运动过程，分析关节力矩、肌肉力等生物力学参数。
在人体下肢生物力学研究中，多体动力学模型可以根据人体解剖学数据和运动学数据建立。
通过该模型，我们可以分析不同运动状态下，如行走、跑步、跳跃等，人体下肢的关节角度、角速度、力矩等运动学参数。
同时，结合肌肉力学模型，可以进一步分析肌肉的收缩力和松弛力等生物力学参数。
三、有限元方法在人体下肢生物力学中的应用有限元方法是一种用于求解复杂工程问题的数值计算方法。
在人体下肢生物力学研究中，有限元方法主要用于分析人体下肢的应力分布、骨折愈合过程等问题。
通过建立人体下肢的有限元模型，我们可以模拟不同运动状态下的人体下肢受力情况，分析骨骼、肌肉、关节等部位的应力分布。
此外，有限元方法还可以用于模拟骨折愈合过程，分析骨折部位的应力变化对骨折愈合的影响。
四、多体动力学与有限元方法的结合应用多体动力学和有限元方法在人体下肢生物力学研究中各有优势，将两者结合使用可以取得更好的效果。
通过多体动力学模型，我们可以得到人体下肢的运动学参数和生物力学参数，为有限元分析提供输入数据。
而有限元分析的结果则可以验证多体动力学模型的准确性，并进一步揭示人体下肢的应力分布和损伤机制。
五、结论本文基于多体动力学和有限元方法对人体下肢的生物力学进行了研究。
人体下肢动力外骨骼模型的研究人体下肢动力外骨骼模型的研究近年来，随着人工智能和机器人技术的迅速发展，人体下肢动力外骨骼逐渐成为一个备受关注的研究领域。
人体下肢动力外骨骼是一种通过智能机器人技术和力学原理来辅助行走和运动的装置，被广泛应用于康复训练和辅助行动障碍者的生活。
本文将对人体下肢动力外骨骼模型的研究进行探讨。
首先，人体下肢动力外骨骼模型的研究对于改善生活质量和恢复行动能力的重要性不言而喻。
在理解人体运动机制的基础上，研究者们设计出了各种各样的外骨骼模型，旨在通过通过传感器和控制算法来模拟人体运动，从而实现对下肢的运动控制。
这些模型可以根据个体的不同需求进行定制，为使用者提供个性化的辅助行动。
其次，人体下肢动力外骨骼模型的研究涉及到多个关键技术的研发和应用。
首先是感知技术，通过传感器来感知使用者的运动意图和环境信息，实现外骨骼对使用者的准确控制。
同时，研究者们还开发了足底传感器、力矩传感器等用于测量地面反作用力和关节力矩的技术，以更好地模拟人体肌肉的运动。
另外，人体下肢动力外骨骼模型的研究还探索了多种控制算法来实现对外骨骼的精确控制。
例如，基于模型预测控制的算法可以预测使用者的运动意图，并实时调节外骨骼的助力和刚度参数以提供最佳恢复效果。
此外，研究者们还采用了神经网络和深度学习等先进的人工智能技术来实现对外骨骼的智能控制。
在人体下肢动力外骨骼模型的研究中，还有一个重要的课题是设计轻量、紧凑的机械结构。
由于需要与人体肌骨结合，外骨骼的重量和体积必须尽可能小，以便使用者能够自由行动。
研究者们通过材料选择、结构优化等手段，大大减轻了外骨骼的负重，提高了穿戴舒适度。
此外，还有一些研究者通过采用柔性材料和人体仿生设计的方法来模拟人体的运动，更好地适应人体的形态。
最后，人体下肢动力外骨骼模型的研究还面临着一些挑战和难题。
首先是与人体的协同性问题，即外骨骼在辅助行动时需要与使用者的肌骨有良好的接触和协同性。
