
AnyBody 应用案例
康复振动装置


康复振动装置是一种能够按照固定频率振动的设备,它通过为使用者的手部生成反作用力来促使肌肉收缩。
此示例展示了如何在AnyBody中对这些设备进行建模,并在不依赖动作捕捉数据的情况下评估三种不同动作类型的结果。
- ① AnyBody中的振动杆模型化方法
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在AnyBody中,有几种振动杆模型化的方法:
基于装置的重量和固有振动频率的公开信息,选择了合适的模型化方法。
振动杆被分为三部分:把手和两端的振动部分。在两端设置了重量,并在把手与两端之间设置了旋转关节,通过中间的把手传递振动。
・ 长度 = 122 cm
・ 总重量 = 0.68 kg
・ 两端重量 = 0.15 kg
・ 固有频率 = 4.5 Hz
・ 惯性动量(Jii)
人体模型的约束条件如下:
・ 重心始终位于双脚之间。
・ 双脚固定在地面上。
・双手在中间握把两侧与装置保持连接。
- ② 定义动作
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为了确保运动的有效性,手与杆以相同的振动频率振动。
设定的参数如下:
・ 振幅 = 2 cm
・ 振动频率 = 4.5 Hz
动作①
以胸部高度为基准进行前后运动。
动作②
杆的弯曲部分朝下,进行上下运动。
动作③
双手交叉握住杆,进行左右运动。
- ③ 分析结果
- 分析了两个循环的动作(约0.44秒)。分析内容包括:
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・运动动画和肌肉激活度的云图
・杆的反力矢量在中间握把位置显示(绿线)
・最大肌肉激活度时序表(左侧图表)
・L4-L5腰椎关节反力时序表(右侧图表)
动作①:
最大肌肉活动量为50%,肱肌、前锯肌、大腰肌参与有效工作。
最大的L4-L5脊椎关节反力为873N。
动作②:
进行上下运动时的最大肌肉活动量为94%,肱肌、腹直肌、L5-骶骨多裂肌有效发挥作用。
最大的L4-L5脊椎关节反作用力为1413N。
动作③:
进行左右运动时的最大肌肉活动量为100%,外腹斜肌、内腹斜肌、腰方肌有效参与。
最大的L4-L5脊椎关节反作用力为1660N。
- ④ 评价/比较
- 根据装置的振动频率(每分钟270次),可以判断各动作会使肌肉收缩。
- ⇒ 动作①,很容易进行且安全。
- ⇒ 比动作①更需要肌肉力量,是脊椎肌肉力量最大的动作。
L4-L5脊椎关节的反作用力比动作①高62%。 - ⇒ 肌肉收缩量最大,但局部区域肌肉最大活动量达到100%,
对于运动者来说,这种动作可能难以完成。 - ※ AnyBody的自由度
AnyBody具有较高的自由度,设计者可以进行各种参数研究。根据目的设置不同类型的目标函数,对装置的重量分布、长度、振动频率、柔软性以及动作的振动频率、振幅等可能产生影响的因素进行参数研究。