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修井机司钻作业生物力学仿真与姿态评价研究
被引量：
2
1
作者
徐剑波
余隋怀
+1 位作者
于明玖
初建杰
《石油机械》
北大核心
2018年第6期70-74,共5页
由于修井作业连续工作时间长、作业强度大,司钻人员的不良作业姿态容易引发早期肌肉疲劳、关节酸痛甚至骨肌损伤。鉴于此,在生物力学分析软件AMS中构建第50百分位中国成年男子人体数字模型,并对修井机司钻作业下肢动作的进行逆向动力学...
由于修井作业连续工作时间长、作业强度大,司钻人员的不良作业姿态容易引发早期肌肉疲劳、关节酸痛甚至骨肌损伤。鉴于此,在生物力学分析软件AMS中构建第50百分位中国成年男子人体数字模型,并对修井机司钻作业下肢动作的进行逆向动力学仿真;以踏板位置为自变量,以肌肉激活度为因变量,运用Matlab软件对仿真结果进行拟合处理,并构建各肌群对应的舒适度评价模型。利用回归分析法确定各肌群对整体舒适度的影响权重,进而得到整体舒适度评价模型。从模型可以看出,踏板位置在冠状面附近时,适当远离近身范围整体舒适度提升幅度超过80%;踏板位置在矢状面附近时,适当远离近身范围整体舒适度也会有50%左右的提升;踏板位置在接近下肢可触及范围的边缘时,整体舒适度会有小幅度降低。研究结果可为修井机人机工效评价及操作舱人机布置优化提供定量分析依据。
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关键词
修井机
人机工效
生物力学仿真
肌肉激活度
姿态评价
MATLAB
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职称材料
基于OpenSim的人体下肢生物力学性能仿真实验
被引量：
2
2
作者
颜兵兵
吴豪豪
+2 位作者
毕冉
马常友
杜云明
《实验技术与管理》
CAS
北大核心
2023年第8期120-125,共6页
强化人体生物力学性能分析能力有助于提高学生处理外骨骼机器人研究过程中解决人机共融技术问题的技术手段。该文以助力型外骨骼机器人为研究背景,基于OpenSim仿真平台提出了一个人体下肢生物力学性能分析实验教学方案,以技术层、输入...
强化人体生物力学性能分析能力有助于提高学生处理外骨骼机器人研究过程中解决人机共融技术问题的技术手段。该文以助力型外骨骼机器人为研究背景,基于OpenSim仿真平台提出了一个人体下肢生物力学性能分析实验教学方案,以技术层、输入层、模型层和输出层体系结构为视角,梳理出由人体下肢运动信息采集到生物力学性能分析的实验仿真流程。使用OpenSim软件建立人体下肢参数化肌骨模型,经由逆运动学和逆动力学求解器获取下肢运动过程中的关节角与关节力矩,为助力型外骨骼的助力机制研究提供数据支撑。
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关键词
实验教学设计
OpenSim
生物力学仿真
人体下肢运动
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职称材料
生物可吸收界面螺钉降解性能及力学性能模拟仿真研究
被引量：
1
3
作者
孙玥
孟宪元
+2 位作者
董文兴
陈丽华
牛文鑫
《医用生物力学》
CAS
CSCD
北大核心
2021年第S01期396-396,共1页
目的与金属惰性材料相比,生物可吸收材料具有良好的生物相容性,且降解产物参与人体体内代谢,因而在医学中应用越来越广泛。通过生物力学仿真,解决降解实验周期长的不足,更有效地进行可吸收界面螺钉结构优化设计。方法通过有限元软件COMS...
目的与金属惰性材料相比,生物可吸收材料具有良好的生物相容性,且降解产物参与人体体内代谢,因而在医学中应用越来越广泛。通过生物力学仿真,解决降解实验周期长的不足,更有效地进行可吸收界面螺钉结构优化设计。方法通过有限元软件COMSOL Multiphysics对聚乳酸(PLA)生物可降解控制方程求解,对生物可吸收界面螺钉的降解过程进行模拟。
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关键词
可吸收界面螺钉
生物
可吸收材料
惰性材料
体内代谢
生物
可降解
生物
相容性
模拟
仿真
生物力学仿真
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职称材料
摆幅可调型足部康复机器人的生物力学特性分析
被引量：
5
4
作者
彭晨
卢宗兴
+1 位作者
姚立纲
戴飞铭
《医用生物力学》
CAS
CSCD
北大核心
2021年第5期692-697,共6页
目的基于人机工程学和生物力学仿真技术,对人体肌肉进行生物学评价,研究摆幅可调型足部康复机器人的康复策略。方法在Any Body中建立人体和摆幅可调型足部康复机器人的人机耦合模型,并对耦合模型进行运动学仿真,将仿真结果与理论计算结...
目的基于人机工程学和生物力学仿真技术,对人体肌肉进行生物学评价,研究摆幅可调型足部康复机器人的康复策略。方法在Any Body中建立人体和摆幅可调型足部康复机器人的人机耦合模型,并对耦合模型进行运动学仿真,将仿真结果与理论计算结果相比,验证耦合模型的可靠性;再利用Any Body中的参数研究机制对验证后的耦合模型进行生物力学仿真,以足部康复机器人的运动速度和摆幅为变量,分析在不同变量组合下的肌肉活动度和肌肉力。结果在康复运动中足部相关肌肉的拉伸性能得到有效训练,不同的运动速度和摆幅对肌肉的影响不同,并得出运动速度和摆幅调节的安全范围。结论实现了不同运动速度和摆幅下肌肉活动度和肌肉力的组合分析,研究结果对足部康复机器人的临床应用和被动康复模式下康复策略的制订具有一定指导意义。
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关键词
生物力学仿真
足部康复
人机工程
康复策略
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职称材料
基于跑步动作肌纤维主动力仿真的下肢皮肤形变表征
被引量：
3
5
作者
张龙琳
石茜
+2 位作者
张敏
周莉
李新荣
《纺织学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第3期195-200,共6页
为探究跑步运动时女性下肢肌肉、皮肤形变与服装运动功能性之间的关系,通过生物力学仿真系统对周期跑步运动人体下肢肌肉的肌纤维主动力进行分析,选取肌纤维主动力均值明显的肌肉,将其峰值所在的时间帧对应的动作作为关键帧动作,并使用...
为探究跑步运动时女性下肢肌肉、皮肤形变与服装运动功能性之间的关系,通过生物力学仿真系统对周期跑步运动人体下肢肌肉的肌纤维主动力进行分析,选取肌纤维主动力均值明显的肌肉,将其峰值所在的时间帧对应的动作作为关键帧动作,并使用手持式三维扫描仪对关键帧动作的下肢皮肤进行扫描;综合左右半身的皮肤形变情况,分析不同动作的下肢皮肤形变数据差异性,同时对比动静态人体模型展开的细分曲面。研究发现:臀围到中腿围区域的体后侧、臀围至大腿围区域的体前侧的变化幅度最大,膝关节附近区域变化幅度较大,其它区域变化不明显。本文研究可为相关裤装结构设计与研究提供参考。
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关键词
跑步动作
生物力学仿真
肌纤维主动力
皮肤形变
模型细分曲面
运动服装
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职称材料
高孔隙度可再生骨支架仿真与实验研究
被引量：
1
6
作者
徐淑波
赵晨浩
+4 位作者
刘建营
张森
薛现猛
柳婷婷
林少宇
《精密成形工程》
北大核心
2023年第1期120-127,共8页
目的 确定单元体与股骨的最佳孔隙度骨支架结构。方法 通过扫描电镜分析选区激光熔化(Selective lasermelting,SLM)成形试样的微观结构;通过静力学模拟与实验分析不同孔隙度下标准结构与Voronoi多孔结构的压缩变形规律;通过生物力学仿...
目的 确定单元体与股骨的最佳孔隙度骨支架结构。方法 通过扫描电镜分析选区激光熔化(Selective lasermelting,SLM)成形试样的微观结构;通过静力学模拟与实验分析不同孔隙度下标准结构与Voronoi多孔结构的压缩变形规律;通过生物力学仿真实验分析步态周期下标准结构与Voronoi多孔结构的应力分布情况。结果 在选区激光熔化成形的316L不锈钢微观组织中,均匀分布着细小的近六边形、伸长六边形的胞状结构和条柱状亚结构,受压时有利于分散应力,提高整体结构的稳定性;在压缩变形时,标准结构应力集中于垂直棱柱,易导致棱柱断裂引起试样倾斜;Voronoi结构连接杆的不均匀分布有利于分散应力,使Voronoi结构的最大等效应力(250.34 MPa)远低于标准结构(738.07 MPa),保证了整体受力均匀与结构稳定;在步态周期下,2种骨支架结构的应力随孔隙度的增加而增加,75%孔隙度的Voronoi结构具有更优异的承压能力与缓解应力屏蔽的作用。结论 通过模拟与试验分析,确定了单元体与股骨的最佳孔隙度及Voronoi结构优异的力学性能,验证了在步态周期下高孔隙度Voronoi骨支架结构的可靠性,为股骨置换手术提供了理论依据。
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关键词
选区激光熔化
静
力学
仿真
模拟
生物力学仿真
实验
Voronoi多孔结构
高孔隙度
步态周期
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职称材料
基于深度相机和神经网络的下肢关节力矩估计
被引量：
1
7
作者
高飞
王正陶
+1 位作者
王冬梅
于随然
《医用生物力学》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第3期450-456,共7页
目的 通过深度相机和神经网络估计人在直线行走时髋、膝和踝关节的屈伸力矩。方法 利用光学运动捕捉系统、测力板和Azure Kinect深度相机采集20个人的步态信息,受试者被要求以其偏好的步行速度直线行走,同时踏在测力板上。并利用Visual...
目的 通过深度相机和神经网络估计人在直线行走时髋、膝和踝关节的屈伸力矩。方法 利用光学运动捕捉系统、测力板和Azure Kinect深度相机采集20个人的步态信息,受试者被要求以其偏好的步行速度直线行走,同时踏在测力板上。并利用Visual 3D仿真得到关节力矩作为参考值,分别训练人工神经网络(artificial neural network, ANN)模型与长短期记忆(long short-term memory, LSTM)模型进行关节力矩估计。结果 ANN模型估计髋、膝和踝关节的关节力矩的相对均方根误差(relative root mean square error, rRMSE)分别为15.87%~17.32%、18.36%~25.34%和14.11%~16.82%,相关系数分别为0.81~0.85、0.69~0.74和0.76~0.82。LSTM模型具有更好的估计效果,rRMSE分别为8.53%~12.18%、14.32%~18.78%和6.51%~11.83%,相关系数分别达到了0.89~0.95、0.85~0.91和0.90~0.97。结论 本文证实了利用深度相机和神经网络无接触估计人体下肢关节力矩方案的可行性,其中LSTM模型具有更佳的表现。关节力矩估计结果与现有研究相比具有更好的精度,潜在应用场景包含远程医疗、个性化康复方案制定以及矫形器辅助设计等。
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关键词
深度相机
神经网络
下肢关节
力矩
生物力学仿真
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职称材料
消防水枪辅助支撑外骨骼的设计与可靠性分析
8
作者
李艳志
白小龙
王建敏
《消防科学与技术》
CAS
北大核心
2024年第10期1459-1465,共7页
针对当前消防工作场景中消防员需要长时间托举水枪导致身体容易疲劳这一问题,研制了消防水枪外骨骼。在初步完成外骨骼的受力结构设计后,为验证受力结构在工作时的可靠性,使用ABAQUS仿真软件对其进行应力应变分析。有限元计算结果显示,...
针对当前消防工作场景中消防员需要长时间托举水枪导致身体容易疲劳这一问题,研制了消防水枪外骨骼。在初步完成外骨骼的受力结构设计后,为验证受力结构在工作时的可靠性,使用ABAQUS仿真软件对其进行应力应变分析。有限元计算结果显示,由于开启水枪的瞬间会产生较大冲击载荷,此时外骨骼在水枪冲击作用下会产生工作状态时最大应力,在工作状态下,外骨骼危险部件的最大应力为1.639×10^(-2)MPa,最大形变为4.835×10^(-3)mm,均在合理安全的数值范围内。在验证外骨骼具有较高可靠性后,对其进行总体设计,详细阐述受力结构以及非受力的功能性部分的设计完善。在实物测试中,对比不穿戴外骨骼进行灭火作业时,消防员在穿戴外骨骼进行灭火作业时明显感受到托举水枪的小臂受到的负载减轻,身体左右两侧肌肉发力更为均衡。利用生物力学分析,分析穿戴外骨骼前后进行消防作业时人体多个关节和肌肉部分的受力情况,结果表明,穿戴外骨骼后,关节受力情况均有所改善,肌肉激活度有所下降。
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关键词
消防装备
上肢外骨骼
有限元
仿真
可靠性分析
生物力学仿真
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职称材料
题名
修井机司钻作业生物力学仿真与姿态评价研究
被引量：
2
1
作者
徐剑波
余隋怀
于明玖
初建杰
机构
西北工业大学陕西省工业设计工程实验室
出处
《石油机械》
北大核心
2018年第6期70-74,共5页
基金
国家科技支撑计划项目"工业设计云服务平台关键技术研究"(2015BAH21F01)
陕西省科学技术研究发展计划项目"基于增强现实的混合动力重型商用车人机工效评价原型系统研制"(2013K7-41)
文摘
由于修井作业连续工作时间长、作业强度大,司钻人员的不良作业姿态容易引发早期肌肉疲劳、关节酸痛甚至骨肌损伤。鉴于此,在生物力学分析软件AMS中构建第50百分位中国成年男子人体数字模型,并对修井机司钻作业下肢动作的进行逆向动力学仿真;以踏板位置为自变量,以肌肉激活度为因变量,运用Matlab软件对仿真结果进行拟合处理,并构建各肌群对应的舒适度评价模型。利用回归分析法确定各肌群对整体舒适度的影响权重,进而得到整体舒适度评价模型。从模型可以看出,踏板位置在冠状面附近时,适当远离近身范围整体舒适度提升幅度超过80%;踏板位置在矢状面附近时,适当远离近身范围整体舒适度也会有50%左右的提升;踏板位置在接近下肢可触及范围的边缘时,整体舒适度会有小幅度降低。研究结果可为修井机人机工效评价及操作舱人机布置优化提供定量分析依据。
关键词
修井机
人机工效
生物力学仿真
肌肉激活度
姿态评价
MATLAB
Keywords
workover rig
ergonomic
biomechanical simulation
muscle activation
posture evaluation
Matlab
分类号
TE935 [石油与天然气工程—石油机械设备]
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职称材料
题名
基于OpenSim的人体下肢生物力学性能仿真实验
被引量：
2
2
作者
颜兵兵
吴豪豪
毕冉
马常友
杜云明
机构
佳木斯大学机械工程学院
出处
《实验技术与管理》
CAS
北大核心
2023年第8期120-125,共6页
基金
高等教育本科教育教学改革研究重点委托项目(SJGZ20220123)
黑龙江省教育科学规划重点课题(GJB1423137)
+1 种基金
黑龙江省高等教育教学改革研究项目(SJGY20210865)
黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目(2021-KYYWF-0562)。
文摘
强化人体生物力学性能分析能力有助于提高学生处理外骨骼机器人研究过程中解决人机共融技术问题的技术手段。该文以助力型外骨骼机器人为研究背景,基于OpenSim仿真平台提出了一个人体下肢生物力学性能分析实验教学方案,以技术层、输入层、模型层和输出层体系结构为视角,梳理出由人体下肢运动信息采集到生物力学性能分析的实验仿真流程。使用OpenSim软件建立人体下肢参数化肌骨模型,经由逆运动学和逆动力学求解器获取下肢运动过程中的关节角与关节力矩,为助力型外骨骼的助力机制研究提供数据支撑。
关键词
实验教学设计
OpenSim
生物力学仿真
人体下肢运动
Keywords
experimental teaching design
OpenSim
biomechanical simulation
human lower limb movement
分类号
TP391.9 [自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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职称材料
题名
生物可吸收界面螺钉降解性能及力学性能模拟仿真研究
被引量：
1
3
作者
孙玥
孟宪元
董文兴
陈丽华
牛文鑫
机构
同济大学医学院康复工程与生物力学实验室
北京工业大学材料与制造学部
北京天星博迈迪医疗器械有限公司
出处
《医用生物力学》
CAS
CSCD
北大核心
2021年第S01期396-396,共1页
基金
国家自然科学基金项目,11732015
文摘
目的与金属惰性材料相比,生物可吸收材料具有良好的生物相容性,且降解产物参与人体体内代谢,因而在医学中应用越来越广泛。通过生物力学仿真,解决降解实验周期长的不足,更有效地进行可吸收界面螺钉结构优化设计。方法通过有限元软件COMSOL Multiphysics对聚乳酸(PLA)生物可降解控制方程求解,对生物可吸收界面螺钉的降解过程进行模拟。
关键词
可吸收界面螺钉
生物
可吸收材料
惰性材料
体内代谢
生物
可降解
生物
相容性
模拟
仿真
生物力学仿真
分类号
R318.08 [医药卫生—生物医学工程]
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职称材料
题名
摆幅可调型足部康复机器人的生物力学特性分析
被引量：
5
4
作者
彭晨
卢宗兴
姚立纲
戴飞铭
机构
福州职业技术学院机电工程系
福州大学机械工程及自动化学院
出处
《医用生物力学》
CAS
CSCD
北大核心
2021年第5期692-697,共6页
基金
2018年福建省中青年教师教育科研项目(JZ180621)
福建省自然科学基金项目(2018J01762)。
文摘
目的基于人机工程学和生物力学仿真技术,对人体肌肉进行生物学评价,研究摆幅可调型足部康复机器人的康复策略。方法在Any Body中建立人体和摆幅可调型足部康复机器人的人机耦合模型,并对耦合模型进行运动学仿真,将仿真结果与理论计算结果相比,验证耦合模型的可靠性;再利用Any Body中的参数研究机制对验证后的耦合模型进行生物力学仿真,以足部康复机器人的运动速度和摆幅为变量,分析在不同变量组合下的肌肉活动度和肌肉力。结果在康复运动中足部相关肌肉的拉伸性能得到有效训练,不同的运动速度和摆幅对肌肉的影响不同,并得出运动速度和摆幅调节的安全范围。结论实现了不同运动速度和摆幅下肌肉活动度和肌肉力的组合分析,研究结果对足部康复机器人的临床应用和被动康复模式下康复策略的制订具有一定指导意义。
关键词
生物力学仿真
足部康复
人机工程
康复策略
Keywords
biomechanical simulation
foot rehabilitation
ergonomics
rehabilitation strategy
分类号
R318.01 [医药卫生—生物医学工程]
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职称材料
题名
基于跑步动作肌纤维主动力仿真的下肢皮肤形变表征
被引量：
3
5
作者
张龙琳
石茜
张敏
周莉
李新荣
机构
西南大学蚕桑纺织与生物质科学学院
纺织服装产业互联网研究院
重庆市生物质纤维材料与现代纺织工程技术研究中心
天津工业大学机械工程学院
出处
《纺织学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第3期195-200,共6页
基金
国家重点研发计划项目(2018YFB1308801)
重庆市教委科学技术项目(KJQN202100219)
中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(SWU221002)。
文摘
为探究跑步运动时女性下肢肌肉、皮肤形变与服装运动功能性之间的关系,通过生物力学仿真系统对周期跑步运动人体下肢肌肉的肌纤维主动力进行分析,选取肌纤维主动力均值明显的肌肉,将其峰值所在的时间帧对应的动作作为关键帧动作,并使用手持式三维扫描仪对关键帧动作的下肢皮肤进行扫描;综合左右半身的皮肤形变情况,分析不同动作的下肢皮肤形变数据差异性,同时对比动静态人体模型展开的细分曲面。研究发现:臀围到中腿围区域的体后侧、臀围至大腿围区域的体前侧的变化幅度最大,膝关节附近区域变化幅度较大,其它区域变化不明显。本文研究可为相关裤装结构设计与研究提供参考。
关键词
跑步动作
生物力学仿真
肌纤维主动力
皮肤形变
模型细分曲面
运动服装
Keywords
running motion
biomechanical simulation
active fiber-force
skin deformation
subdivision surface of model
sports garment
分类号
TS941.17 [轻工技术与工程—服装设计与工程]
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职称材料
题名
高孔隙度可再生骨支架仿真与实验研究
被引量：
1
6
作者
徐淑波
赵晨浩
刘建营
张森
薛现猛
柳婷婷
林少宇
机构
山东建筑大学材料科学与工程学院
华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心
出处
《精密成形工程》
北大核心
2023年第1期120-127,共8页
基金
国家自然科学基金(41305124)
山东省科技型中小企业创新能力提升工程(2022TSGC2108,2022TSGC2402)
+1 种基金
山东省自然科学基金面上项目(ZR2021ME182)
大学生国创计划(S20211043001,202210430010,202210430008)。
文摘
目的 确定单元体与股骨的最佳孔隙度骨支架结构。方法 通过扫描电镜分析选区激光熔化(Selective lasermelting,SLM)成形试样的微观结构;通过静力学模拟与实验分析不同孔隙度下标准结构与Voronoi多孔结构的压缩变形规律;通过生物力学仿真实验分析步态周期下标准结构与Voronoi多孔结构的应力分布情况。结果 在选区激光熔化成形的316L不锈钢微观组织中,均匀分布着细小的近六边形、伸长六边形的胞状结构和条柱状亚结构,受压时有利于分散应力,提高整体结构的稳定性;在压缩变形时,标准结构应力集中于垂直棱柱,易导致棱柱断裂引起试样倾斜;Voronoi结构连接杆的不均匀分布有利于分散应力,使Voronoi结构的最大等效应力(250.34 MPa)远低于标准结构(738.07 MPa),保证了整体受力均匀与结构稳定;在步态周期下,2种骨支架结构的应力随孔隙度的增加而增加,75%孔隙度的Voronoi结构具有更优异的承压能力与缓解应力屏蔽的作用。结论 通过模拟与试验分析,确定了单元体与股骨的最佳孔隙度及Voronoi结构优异的力学性能,验证了在步态周期下高孔隙度Voronoi骨支架结构的可靠性,为股骨置换手术提供了理论依据。
关键词
选区激光熔化
静
力学
仿真
模拟
生物力学仿真
实验
Voronoi多孔结构
高孔隙度
步态周期
Keywords
selective laser melting
static simulation
biomechanical simulation experiment
Voronoi porous structure
high porosity
gait cycle
分类号
R318.08 [医药卫生—生物医学工程]
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职称材料
题名
基于深度相机和神经网络的下肢关节力矩估计
被引量：
1
7
作者
高飞
王正陶
王冬梅
于随然
机构
上海交通大学机械与动力工程学院
出处
《医用生物力学》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第3期450-456,共7页
基金
国家自然科学基金项目(82072042)。
文摘
目的 通过深度相机和神经网络估计人在直线行走时髋、膝和踝关节的屈伸力矩。方法 利用光学运动捕捉系统、测力板和Azure Kinect深度相机采集20个人的步态信息,受试者被要求以其偏好的步行速度直线行走,同时踏在测力板上。并利用Visual 3D仿真得到关节力矩作为参考值,分别训练人工神经网络(artificial neural network, ANN)模型与长短期记忆(long short-term memory, LSTM)模型进行关节力矩估计。结果 ANN模型估计髋、膝和踝关节的关节力矩的相对均方根误差(relative root mean square error, rRMSE)分别为15.87%~17.32%、18.36%~25.34%和14.11%~16.82%,相关系数分别为0.81~0.85、0.69~0.74和0.76~0.82。LSTM模型具有更好的估计效果,rRMSE分别为8.53%~12.18%、14.32%~18.78%和6.51%~11.83%,相关系数分别达到了0.89~0.95、0.85~0.91和0.90~0.97。结论 本文证实了利用深度相机和神经网络无接触估计人体下肢关节力矩方案的可行性,其中LSTM模型具有更佳的表现。关节力矩估计结果与现有研究相比具有更好的精度,潜在应用场景包含远程医疗、个性化康复方案制定以及矫形器辅助设计等。
关键词
深度相机
神经网络
下肢关节
力矩
生物力学仿真
Keywords
depth camera
neural network
lower limb joint
torque
biomechanical simulation
分类号
R318.01 [医药卫生—生物医学工程]
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职称材料
题名
消防水枪辅助支撑外骨骼的设计与可靠性分析
8
作者
李艳志
白小龙
王建敏
机构
应急管理部天津消防研究所
工业与公共建筑火灾防控技术应急管理部重点实验室
天津市消防安全技术重点实验室
天津大学机械工程学院
出处
《消防科学与技术》
CAS
北大核心
2024年第10期1459-1465,共7页
基金
应急管理部天津消防研究所基科费项目(2022SJ01)。
文摘
针对当前消防工作场景中消防员需要长时间托举水枪导致身体容易疲劳这一问题,研制了消防水枪外骨骼。在初步完成外骨骼的受力结构设计后,为验证受力结构在工作时的可靠性,使用ABAQUS仿真软件对其进行应力应变分析。有限元计算结果显示,由于开启水枪的瞬间会产生较大冲击载荷,此时外骨骼在水枪冲击作用下会产生工作状态时最大应力,在工作状态下,外骨骼危险部件的最大应力为1.639×10^(-2)MPa,最大形变为4.835×10^(-3)mm,均在合理安全的数值范围内。在验证外骨骼具有较高可靠性后,对其进行总体设计,详细阐述受力结构以及非受力的功能性部分的设计完善。在实物测试中,对比不穿戴外骨骼进行灭火作业时,消防员在穿戴外骨骼进行灭火作业时明显感受到托举水枪的小臂受到的负载减轻,身体左右两侧肌肉发力更为均衡。利用生物力学分析,分析穿戴外骨骼前后进行消防作业时人体多个关节和肌肉部分的受力情况,结果表明,穿戴外骨骼后,关节受力情况均有所改善,肌肉激活度有所下降。
关键词
消防装备
上肢外骨骼
有限元
仿真
可靠性分析
生物力学仿真
Keywords
firefighting equipment
upper limb exoskeleton
finite element simulation
reliability analysis
biomechanical simulation
分类号
X932 [环境科学与工程—安全科学]
TU998.13 [建筑科学—市政工程]
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