Дипломный проект

“Создание модели биомеханического объекта на примере экзокостюма”

Студент: Белканов М.В.Руководитель проекта: Жук. Д.М.

МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010 г.

Цели и задачи моделирования

Цели разработки:• создание модели биомеханического объекта;• оценка возможностей систем MSC ADAMS, LifeModeler, Unigraphics NX;• решение проблем системной интеграции;• анализ перспективности ведения подобных разработок.

Задачи, подлежащие решению:• комплексное исследование предметной области;• изучение технологий проектирования в сфере биомеханического моделирования;• выбор программных средств для моделирования;• разработка обмена данными между выбранными средами;• разработка методики создания модели биомеханического объекта;• апробация разработанной методики на практике.

2

ЗадачаВариантырешения

Решение

Получение исходных данных

ПодометрияГониометрияЭлектромиографияДинамометрияСтабилометрияЗахват движения

Динамометрия + захват движения (MOCAP)

Выбор системы биомеханического моделирования

MCS.visualNastran 4DSIMM3D Visible HumanSIMI MotionVisual 3DOpenSimLifeModeler

LifeModeler

Выбор систем для создания модели механической части

MSC AdamsUnigraphics NXAutodesk InventorAutoCAD

MSC AdamsUnigraphics NX

Выбор системы для реализации документооборота

Autodesk VaultBentley ProjectWiseSharePoint

Bentley ProjectWise

Выбор варианта решения поставленных задач

3

Структура организации документооборота проекта

Для реализации документооборота проекта использовано решение на основе ProjectWise.

4

Общая структура методики

5

MOCAP данные

Динамометрия ЭлектромиографияОбщие параметры человека

Антропометрические базы данных

База данных человека

Биомеханическая модель человекаМодель экзоскелета

Совместная модель

• Моделирование процессов движения;• решение прямой и обратной задач динамики.

Исходные данные:

Составляющие части модели объекта:

Чертежи элементов экзоскелета

Захват движения при помощи маркерной

системы MOCAP

Сопоставление усилий в мышцах и суставах с определенным движением

Углы движений в

суставах нижних

конечностей

Регистрация усилий в

мышцах и суставах

Способы получения исходной информации о движении

Определенное движение

Динамометрическая платформа

6

Создание механической части биомеханического объекта

В качестве среды для проектирования механического объекта выбраны САПР Unigraphics NX 7 и MSC Adams.

Исходная информация1. Параметры

человека из базы данных

2. Чертежи составных элементов и узлов

ФорматSTEP(*.stp)

Геометрическая модель в Unigraphics NX 7

Добавление кинематических связей в

MSC AdamsФормат

BIN(*.bin)

Lifemodeler

7

Создание биологической части биомеханического объекта

Исходная информация 1. Общие параметры человека из базы данных

2. Положение базовых точек

Генерация базового набора сегментов тела

Создание кинематических связей между сегментами

Создание набора базовых точек для привязки

MOCAP данных

В качестве среды для проектирования биомеханического объекта выбрана LifeModeler BodySIM.

8

Объединение частей объекта

Биомеханическая модель человекаLifeModeler

Модель экзоскелетаAdams

Привязка экзоскелета к модели человека MOCAP данные

Привязка MOCAP данных к базовым точкам

Возможность анализа движения биомеханического объекта

9

Пример создания модели

10

Гибкие связи

Модель механической части объекта Объединенная модель

Анализ движения и решение задач динамики

Выводы:• Изучены технологии создания биомеханических моделей;• на основе анализа существующих программных средств выбран комплекс программных средств, реализующих данное решение;• разработаны средства обмена данными между выбранными средами;• разработана методика создания модели биомеханического объекта;• определено направление дальнейших исследований.

11

ТЭО НИОКР

12

Доклад окончен

Спасибо за внимание

13