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生物机械关节运动的最小公式。 (英语) 兹比尔1206.92005

摘要:生物力学系统与机械工程系统具有许多相同的特性,研究人员已经成功地利用机械工程模拟软件来研究从生物分子到人类关节的各种生物机制的力学行为。然而,与人造关节不同的是,生物机械很少表现出简单的、非耦合的、纯轴向运动,这种运动被设计成机械关节,如滑块、销和球窝关节。当前基于内坐标多体动力学的机械建模软件可以直接在最小坐标系下构建工程关节,但需要受约束约束的附加坐标来建模更复杂的运动。这种方法可能效率低、不准确,而且生物机械师很难定制。由于复杂运动是生物力学中的规则而非例外,因此在生物医学研究中,最小坐标建模的好处并没有完全实现。
我们介绍了经验定义的内坐标关节的实际实现,我们称之为“活动器”。动员器将观察结果、测量框架和建模要求封装到允许运动流形的铰链规范中,以获得最小的内部坐标集。移动器支持非线性映射,这些映射在数学上与约束流形等价,但具有坐标较少、无约束和生物力学运动空间精确表示的优点,这些优点长期以来都是机械关节内坐标模型的优点。动员车内的铰链矩阵很容易由用户提供的功能指定,并提供了一种直接的方法来映射从经验数据导出的允许运动。我们给出的计算结果表明,相对于使用约束条件实现的等效关节,机动装置的性能和精度有了显著提高。给出了人体生物力学和分子动力学关节活动器的示例。所有方法和示例都是在Simbody(^{text{TM}})中实现的,Simbody是一个开源的多体动力学求解器,位于https://Simtk.org。

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92立方厘米 生物力学
92-08 生物问题的计算方法
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