基于AnyBody的汽車(chē)駕駛員坐姿生物力學(xué)特性分析及舒適性設(shè)計(jì).pdf

1、下背痛是汽車(chē)駕駛員最常見(jiàn)的疾病之一。研究表明，不良坐姿以及振動(dòng)會(huì)極大增加下背痛產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。而駕駛員長(zhǎng)期處于振動(dòng)條件下，且需長(zhǎng)時(shí)間保持固定姿勢(shì)，建立人體坐姿骨骼肌肉模型并分析在不同坐姿及振動(dòng)條件下的人體生物力學(xué)特性，對(duì)駕駛員職業(yè)性腰痛疾病的預(yù)防具有重要的指導(dǎo)意義。本研究分析了不良坐姿以及振動(dòng)參量對(duì)人體肌骨系統(tǒng)的影響機(jī)理，借助于AnybodyModeling System(AnyBody Technology A/S，Aalborg，Den

2、mark)生物力學(xué)建模軟件建立坐姿人體肌骨模型，對(duì)可能造成駕駛員骨骼肌肉疾病的相關(guān)因素進(jìn)行分析。論文內(nèi)容主要包括以下三個(gè)方面:
　　1、分析不同坐姿下人體骨骼肌肉受力情況
　　研究了不良坐姿對(duì)人體骨骼肌肉系統(tǒng)的影響，為研究駕駛員下背痛的產(chǎn)生機(jī)理提供了理論依據(jù)。本課題利用Vicon Motion System(Vicon，Inc.，Oxford，UK)運(yùn)動(dòng)捕捉軟件分別采集了受試者在直立、駝背、前傾、后傾、左傾以及右傾坐姿下的人

3、體骨性標(biāo)記點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)以及測(cè)力臺(tái)信號(hào)，將其儲(chǔ)存在C3D文件中，經(jīng)過(guò)濾波處理后輸入到AnyBody肌骨建模軟件中進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而建立不同的坐姿下人體的生物力學(xué)模型。通過(guò)逆向動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算不同坐姿情況下人體的肌骨受力。結(jié)果表明直立坐姿時(shí)腰椎L4-L5之間的壓力最小，前傾坐姿時(shí)腰椎間壓力要高于后傾坐姿。
　　2、基于AnyBody建立動(dòng)態(tài)條件下駕駛員坐姿模型
　　本課題基于AnyBody肌骨建模軟件建立了處于舒適坐姿下駕駛員坐姿模型

4、，并分析了靠背傾斜角度對(duì)肌肉活動(dòng)程度的影響。同時(shí)分析了振動(dòng)頻率以及靠背傾斜角度對(duì)人體腰部、腹部、腿部肌肉活動(dòng)程度的綜合影響。結(jié)果表明振動(dòng)頻率與靠背傾斜角度均會(huì)對(duì)人體肌肉活性產(chǎn)生明顯影響。
　　3、振動(dòng)模擬試驗(yàn)
　　利用振動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)，分析振動(dòng)頻率在3 Hz、4.5 Hz、6 Hz、7 Hz以及8 Hz，振幅為1.5 mm時(shí)人體生物力學(xué)特性。通過(guò)NDI三維測(cè)量?jī)x(Northern Digital Inc.,Waterloo，ON

5、，Canada)記錄不同振動(dòng)頻率下座椅及實(shí)驗(yàn)人員頭部的位移，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波處理后計(jì)算座椅-人體頭部傳遞率（seat to head transmissibility，STH），通過(guò)與模型中的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明兩者之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，從座椅-人體頭部振動(dòng)傳遞率方面驗(yàn)證所建立模型的正確性。同時(shí)，測(cè)量振動(dòng)前后實(shí)驗(yàn)人員腰部豎脊肌的肌氧飽和度含量變化情況，確定不同振動(dòng)頻率對(duì)豎脊肌肌肉活動(dòng)程度的影響，并與模型中所得到的肌肉活動(dòng)程度的理論值