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融合人体动作捕捉技术的人形机器人腾空跳跃实验设计
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作者 杨亮 贺玉泉 +3 位作者 黄之峰 郭志军 杨伟钧 潘明攀 《实验室研究与探索》 北大核心 2025年第9期111-116,123,共7页
针对人形机器人模仿人类动作实现柔顺控制问题,设计了一套进行综合性教学实验方案,提出基于人体动作捕捉技术的人形机器人腾空跳跃控制方法。首先通过开展人体运动数据的采集,构建人体关节位置与机器人关节位置的约束关系,明确控制二者... 针对人形机器人模仿人类动作实现柔顺控制问题,设计了一套进行综合性教学实验方案,提出基于人体动作捕捉技术的人形机器人腾空跳跃控制方法。首先通过开展人体运动数据的采集,构建人体关节位置与机器人关节位置的约束关系,明确控制二者运动轨迹的映射关系;其次建立人形机器人腾空跳跃模型,开发变刚度落地缓冲策略,实现机器人的柔顺控制,最终完成腾空跳跃任务。该实验涵盖“理论建模、算法设计、实验验证”3个环节,可帮助学生理解人体运动数据的采集、建模、类人动作设计与优化、机器人控制等基本理论与方法,有效激发学生创新思维和探索精神。 展开更多
关键词 人形机器人 人体动作捕捉技术 腾空跳跃 类人动作设计
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无标记动作捕捉技术在FMS深蹲动作中的生物力学研究
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作者 李帅甫 张绪树 +3 位作者 郭媛 李祥臣 石磊 占堂海 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期513-513,共1页
目的深蹲动作作为功能性动作筛查系统FMS中7个关键技术之一,可以帮助探索身体在平衡、协调和稳定性方面的表现。本研究旨在验证无标记动作捕捉系统Opencap在整个无负重深蹲测试中运动学数据的有效性。探索为损伤筛查、运动康复提供精准... 目的深蹲动作作为功能性动作筛查系统FMS中7个关键技术之一,可以帮助探索身体在平衡、协调和稳定性方面的表现。本研究旨在验证无标记动作捕捉系统Opencap在整个无负重深蹲测试中运动学数据的有效性。探索为损伤筛查、运动康复提供精准的指导。方法招募18名健康受试者。在华为运动健康实验室中利用无标记动作捕捉系统和有标记动作捕捉系统(Vicon)采集无负重深蹲过程中的人体标记轨迹数据。将深蹲动作划分为下降、深蹲保持、上升3个阶段。将系统采集的运动学数据导入Opensim中,增加肌肉骨骼模型的膝关节自由度使其具有内收/外展和内/外旋功能,进行逆向运动学和身体段运动学计算,同时利用关键点数据开发算法计算双脚朝向角度。采用一维统计参数映射分析两个系统在深蹲周期中的运动学指标差异性,并以均方根误差进行表示。结果经过时间对齐和偏移消除后,衡量两个系统在深蹲周期中的差异。数据表明,骨盆、人体质心和大腿段质心在3个方向的位移没有显著性差异。测量的下肢角度中,屈曲/伸展运动的差异最小,而内/外旋运动的差异最大。双脚朝向角度误差不超过2.5°。结论基于无标记和基于有标记测量的深蹲运动学数据之间具有高度的相似性,表明该技术可以用于运动损伤筛查。 展开更多
关键词 深蹲 动作捕捉技术 逆向运动学 伸展运动 运动损伤 运动康复 健康受试者 Open
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基于生物动力学的游泳动作分析方法 被引量:1
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作者 洪祺丰 李楠 +2 位作者 陈佳宇 王言冰 郭建峤 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期303-303,共1页
目的竞技游泳比赛中,成绩差异往往非常微小,因此对游泳技术动作的分析和优化成为了提高成绩的关键。为改善游泳运动员发力模式,以获得更好的成绩。本文旨在基于流固耦合以及多体动力学分析获得运动员肌肉激活度,最终优化肌肉发力,指导... 目的竞技游泳比赛中,成绩差异往往非常微小,因此对游泳技术动作的分析和优化成为了提高成绩的关键。为改善游泳运动员发力模式,以获得更好的成绩。本文旨在基于流固耦合以及多体动力学分析获得运动员肌肉激活度,最终优化肌肉发力,指导游泳动作优化。方法选取1名游泳运动员作为受试者,利用红外贴点的动作捕捉技术,在受试者关节处贴反光球收集游泳过程中的坐标数据。在Opensim中根据实测标记点数据驱动肌骨模型运动,输出各体段关节相对欧拉角。在Swumsuit中,根据运动员身高、体重以及各体段几何学数据实现人体流固耦合模型个性化,将Opensim中获得的关节角度输入到Swumsuit软件,进行流固耦合分析,获得流体作用在各个体段的阻力与升力。上述生物动力学量输入Opensim中,基于逆动力学反解得到关节力矩与肌肉激活度。结果获取运动员的肌肉发力情况与关节力矩,并基于静态优化假设得到了肌肉激活度。结论本文进行的竞技游泳的生物动力学实验及分析方法,为游泳过程中肌肉发力及运动效率提供了定量分析方法,为我国游泳运动员的训练模式和竞技比赛提供优化方案。 展开更多
关键词 游泳运动员 竞技游泳 游泳技术 游泳动作 动作捕捉技术 关节力矩 竞技比赛 数据驱动
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基于计算机视觉的足踝三维运动自动分析技术研究
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作者 黎杰文 王旭 +1 位作者 马昕 陈文明 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期518-518,共1页
目的人体足部关节运动学测量在足踝及下肢疾病的临床评估中发挥着重要作用,而大量研究表明:足部多节段(即多关节)比传统单节段分析在临床应用中更具价值。然而,目前常用的光学动作捕捉系统采用人工解剖标记点,存在测量耗时大、手动标记... 目的人体足部关节运动学测量在足踝及下肢疾病的临床评估中发挥着重要作用,而大量研究表明:足部多节段(即多关节)比传统单节段分析在临床应用中更具价值。然而,目前常用的光学动作捕捉系统采用人工解剖标记点,存在测量耗时大、手动标记误差等问题,制约了三维运动分析在足踝外科的临床应用与推广。因此,本研究提出一种无标记,且能够实现快速数据采集和自动运动学分析的技术和系统。方法采用自主研发的基于动态点云跟踪的足踝运动数据采集平台,通过深度学习模型(Point Net++)将足踝部自动分割为胫腓骨段、后足段,中足段,前足段和拇趾段,建立五节段运动学模型(Point foot analysis model,PFAM),将步态中足部关节变换矩阵转换为3个解剖平面欧拉角,量化评估足部多关节协调运动特征。结果本研究方法能够在无标记点的条件下自动分析步态中足踝部多关节旋转角度数据,实验结果表明:在基于深度学习模型自动分割下的运动学数据与人工分割的结果具有良好的一致性,且总体测量和分析总耗时达到分钟级别,效率远高于传统光学动作捕捉技术。结论本研究结合深度学习模型提出了一种无标记点自动多关节运动分析方法,高效获取运动数据有助于应用于临床建立大规模足踝运动学数据库,从而为临床干预和康复训练提供强有力的技术支撑。 展开更多
关键词 计算机视觉 数据采集平台 运动数据 变换矩阵 动作捕捉技术 胫腓骨 标记点 三维运动
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基于步态分析技术的三向单足落步荷载曲线试验建模 被引量:30
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作者 陈隽 彭怡欣 王玲 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第3期79-87,共9页
对单人步行荷载模型进行试验建模研究。采用三维动作捕捉技术结合三向(竖向、水平前进和水平横向)测力板,分两阶段开展100人次慢速、正常和快速3种自由行走以及1.5Hz、1.75Hz、2.0Hz及2.25Hz 4种固定行走频率工况的单人行走荷载试验。... 对单人步行荷载模型进行试验建模研究。采用三维动作捕捉技术结合三向(竖向、水平前进和水平横向)测力板,分两阶段开展100人次慢速、正常和快速3种自由行走以及1.5Hz、1.75Hz、2.0Hz及2.25Hz 4种固定行走频率工况的单人行走荷载试验。对试验所获得的2576组有效单足落步曲线进行统计分析,给出步频、步速、步长、双支撑比例以及荷载峰值比等控制参数的变化范围和分布规律,得到荷载峰值因子、单步时程持续时间与行走步频的统计函数关系。试验所得平均步长值较文献中常用值小。基于试验数据建立三向单足落步曲线的傅立叶级数模型,并给出由行走步频确定模型各阶动载因子以及相位角的取值方法。该荷载模型可用于人行桥、大跨度楼盖等工程结构在步行激励作用下的结构振动舒适度设计与分析。 展开更多
关键词 行走激励 动作捕捉技术 动载因子 傅立叶级数模型 单足落步曲线
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跳跃荷载动力特性与荷载模型实验研究 被引量:28
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作者 陈隽 王玲 +1 位作者 陈博 严世鑫 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期16-24,共9页
利用三维动作捕捉技术结合固定测力板,分两阶段开展了100人次5种跳跃频率的单人跳跃荷载实验。利用22 921条有效单次跳跃荷载曲线,研究了跳跃频率、脉冲系数及接触率3个控制参数的变化范围与规律,并提出了单次跳跃的修正半正弦平方荷载... 利用三维动作捕捉技术结合固定测力板,分两阶段开展了100人次5种跳跃频率的单人跳跃荷载实验。利用22 921条有效单次跳跃荷载曲线,研究了跳跃频率、脉冲系数及接触率3个控制参数的变化范围与规律,并提出了单次跳跃的修正半正弦平方荷载模型。在参数相关性研究基础上给出了模型参数的取值方法,以及仿真生成连续跳跃荷载时程的计算步骤。通过仿真生成的跳跃荷载曲线与实测曲线的时程特征对比,以及单自由体系结构响应对比说明了所建议荷载模型的合理性,可用于结构振动舒适度设计问题。 展开更多
关键词 结构动力学 跳跃荷载 三维动作捕捉技术 动载因子 修正半正弦平方模型
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