王庆江[1]2002年在《跳板跳水的数值分析与计算机仿真》文中研究说明本文是在前人已有工作的基础上，对已有的模型进行了改进，运用运动生物力学和运动生物数学分别建立了带有支点的简单模型和四刚体模型，并对模型进行了更进一步的讨论和分析。我们通过对带有支点简单模型的分析，得到了更加符合实际、更好的结果，同时我们还利用动态规划方法对四刚体模型进行了优化，在优化过程中，我们充分考虑了各个控制变量相互独立，对多个控制变量进行同时优化，因此得到了更好的优化结果。 另外，本文还对前人工作中的目标函数、控制函数及系统解体条件进行了研究和改进，提出了更加准确、更加科学的目标函数、控制函数和系统解体条件，并且我们还对所得到的结果从材料力学和结构力学上进行了分析，使得所得结果更具有依据和说服力。 最后，在本文中还设计、开发了跳板跳水的叁维仿真系统，生动逼真地演示了跳板跳水的起跳过程及各项参数对系统的影响，从而为进行正确的技术诊断和指导训练提供了方便。
王宗平, 陈更昌[2]2003年在《人-板多刚体系统的仿真分析》文中研究表明本文在Hanavan人体模型的基础上 ,对人体模型进行了简化 ,建立了由 4个刚体组成的人体模型 ,并利用动力学原理建立了跳板跳水的人 -板多刚体系统 ,提出系统的控制函数并给出系统解体的一个充要条件。最后利用计算机仿真 ,仿真出各参数对系统输出的影响 ,从而为技术诊断和修正提供依据。
何建龙[3]2015年在《我国优秀男子跳板跳水运动员走板起跳技术的生物力学分析》文中提出跳水作为深受大众喜爱的竞技体育运动项目,具有丰富的艺术表现力和极高的观赏性。中国跳水队被誉为“梦之队”,自1984年洛杉矶奥运会以来,在国际赛场上取得了辉煌战绩,受到了国人的广泛关注。但近年来,随着国际跳水运动的迅猛发展和大量华人教练员的海外执教,使得中国传统训练方法和手段逐渐推广开来,并且国外运动员利用身体素质优势,使动作表现力水平逐渐提高,已经对中国队产生了巨大威胁。在近几次国际大赛中,中国队员在男子跳板项目中屡次与金牌擦肩而过,残酷的现实预示着世界男子跳板跳水领域已由“一枝独秀”变为“百家争鸣”的局面。面对挑战,中国队必须寻求新的突破,提高动作的稳定性和难度系数,并在训练过程中增大科技含量。在全部跳水项目中,跳板跳水技术复杂、动作成功率低、较难掌握,训练周期长、难度大,比赛易受各种环境因素影响。与跳台跳水的硬地起跳动作不同,跳板跳水需要借助富有弹性的金属板完成起跳,而跳板因形变产生的弹性势能将成为运动员起跳的唯一外动力源。因此想要提高整体动作的完成质量,运动员在走板和起跳时,要尽量与跳板的弹性形变和固有振动频率相适应,充分利用其弹性势能,最大限度地帮助自身增加完成动作的时间和空间。否则,即使是非常优秀的运动员在比赛和训练实践中也有可能会出现“退板”、“打板”、“踩死板”等技术失误。这就告诉我们,在当前男子跳板“难、新、奇”的动作发展模式下,走板和起跳技术的完成质量已成为整个动作成功与否的前提和保证,而如何利用自身因素使跳板产生较大的弹性势能并加以有效利用,是起跳技术的关键和核心。所以,从生物力学的角度出发,对当前男子跳板跳水所展现的新动作的走板起跳技术进行分析、总结和深入研究,是十分必要的。本研究基于人体运动学和材料动力学理论,以中国跳水队现役5名优秀男子跳板跳水运动员为实验对象,采用两台高速摄像机,对运动员参加队内测试赛和2014年国际泳联跳水世界杯比赛中的1组动作的走板起跳环节进行拍摄,拍摄频率为100帧/秒。使用SIMI Motion和Dartfish运动解析系统,选用Hanavan人体模型,对运动员动作进行解析。获得了5名运动员在完成同一动作走板起跳阶段的身体各环节运动学参数,找出5人动作的差异点所在,并从动力学角度推导出了跳板所受最大冲击力的公式并计算了相应的数值,以期找出新竞技环境下跳板跳水走板起跳技术的发展规律,促进我国跳板跳水技术的不断创新,使跳水训练更加规范、科学和高效。研究结果表明:走板阶段,运动员步速在前3步逐渐增大,第4步水平速度骤然增加,第5步又突然减小;当前优秀运动员的走板距离较前人有较大幅度的增加,而跨跳步距离则减小;跳板跳水运动员走板的加速主要集中在有腾空的第4步,加速方式为此项运动特有的双支撑加速。本研究发现,当前我国优秀男子跳板跳水运动员的前跨步技术共分为两种形式:一种是以何冲为代表的长步型前跨步技术,此技术前跨步步长大、重心低、压板力度强,侧重于运动员水平速度的获取和能量的转化;另一种是以何超、李世鑫等为代表的短步型前跨步技术,这一技术走板节奏感强、重心较高、重心垂直速度大,强调前跨步身体重心垂直速度的增大。跨跳步缓冲阶段,下肢肌群应采用“先放松,再收缩”的做功形式;蹬伸阶段要尽量使升臂和提腿角速度提高,上下肢大幅伸展、且蹬摆协调。起跳缓冲阶段人体对跳板的冲击力数值大,并且大于运动员自身体重的两倍;起跳缓冲阶段,曹缘身体缓冲幅度较小,不利于随后的蹬伸动作。起跳蹬伸阶段,何超、何冲和李世鑫的技术为“一次蹬伸”,此技术一方面使整个身体“刚度”增强,减小了能量损失,另一方面还增强了下肢各肌群协同作用,增大了蹬伸效果。曹缘、孙知亦则为“二次蹬伸”。这一技术使身体有脱节现象,“刚化”程度降低,不利于能量的传递,并且躯干后仰,髋关节屈伸受到限制,导致股四头肌在蹬伸时对膝关节发生主动不足现象,降低了蹬伸效果。
张学锋[4]2003年在《基于NURBS的叁维人体建模技术及在跳板跳水仿真系统中的应用》文中认为叁维人体建模和运动模拟是竞技体育的技术分析和运动训练技术诊断的重要手段，对此，我们运用计算几何原理，采用基于B样条的曲面绘制方法建立了一个适用于跳板跳水仿真系统的人体模型，进而用基于NURBS的自由变形方法(FFD)模拟人体关节的变形，以实现人体的运动。 首先，在人体建模过程中本文将人体表面分成七个部分，用双叁次B-样条曲面模拟每一部分曲面，并在曲面的边界处定义了一阶切矢条件，使两曲面片在拼接处达到了G~1连续。其次，在运动模拟过程中，本文利用前人对跳板跳水模型的优化结果，采用矩阵级联的方法为人体建立了运动方程，通过控制各个关节的角度变化及人体质心的位置变化实现了跳板跳水运动的动画演示。 最后，本文以OpenGL为工具，在VC++6.0环境下开发了此跳板跳水仿真系统，实验结果表明该方法建立的人体模型视觉效果和运动实时性较好，对指导实践有较高的应用价值。
苏杨[5]2008年在《鞍马全旋动作的运动生物力学研究》文中研究表明目的:体操作为我国传统优势项目,担负着2008年奥运争金夺银的重任。而从运动生物力学的角度对体操鞍马全旋动作进行分析和研究很少有人问津。本研究采用叁维影像解析法、表面肌电法、计算机多体系统动力学建模仿真对鞍马全旋动作进行运动生物力学综合研究,为科学训练提供理论依据。方法:1、选取全国体操冠军赛及锦标赛鞍马单项决赛的部分运动员(共13名对象),对其影像资料进行叁维影像解析,探究鞍马全旋动作的运动学规律。2、对江苏省现役体操运动员4名,进行鞍马全旋同步肌电测试,初步探索其肌电变化情况,从而更好的把握发力时机等。3、对江苏省现役运动员陈晨,运用多体系统动力学仿真软件建立其合理的鞍马全旋的动力学模型,并结合叁维影像解析数据、肌电数据进行对比分析。结果:1、对鞍马全旋一周进行叁维影像解析发现:双臂正撑阶段和双臂反撑阶段耗时都平均约占一周总耗时的17%,左臂支撑阶段和右臂支撑阶段耗时都平均占一周总耗时的33%;优秀运动员的肩轨迹、足轨迹及重心轨迹投影到水平面曲线接近圆,且髋关节角度始终接近180度。2、在鞍马全旋一周的运动过程中,各骨骼肌节律性较明显,且积分肌电值的比较结果如下:肱叁头肌最大;斜方肌下最小;背阔肌大于腹外斜肌;胸大肌大于腹外斜肌;左胸大肌大于右胸大肌。3、陈晨叁维影像解析结果、同步肌电实测趋势和多体动力学模型分析结果相互印证,验证了陈晨模型的准确性。鞍马全旋一周中,肱叁头肌力量峰值居首位;胸大肌和肱二头肌持续发力时间较长;左胸大肌持续发力时间明显长于右胸大肌。结论:1、鞍马全旋中,良好的运动技术主要体现在:延长双臂支撑阶段以增加发力时间;运动员肩轨迹、足轨迹及重心轨迹投影到水平面曲线接近圆;保持不屈髋且重心离地面高度越高越好;重心速度相对足速度有时间延迟。2、在鞍马全旋的运动过程中,肱叁头肌、叁角肌、胸大肌、背阔肌及肱二头肌作用较大,且以上各块肌肉收缩有明显的节律性;左胸大肌发力明显多于右胸大肌。3、背阔肌在鞍马全旋运动过程中是主要的动力来源;胸大肌在进行躯干远固定的同时,肱二头肌和肱叁头肌协同工作起到支撑作用;叁角肌起固定肩关节作用。
徐兆红[6]2009年在《腿式跳跃机器人运动规划与稳定性恢复研究》文中进行了进一步梳理腿式跳跃机器人具有很强的移动性、灵活性和地形适应性,是移动机器人研究领域中的一个前沿应用课题,在家庭服务、医疗娱乐、星际探测、军事侦察、反恐救灾等领域有着极其广泛的应用前景。腿式跳跃机器人是一个非线性、多变量、强耦合和变结构的复杂动力学系统,其驱动性能约束下的逾障规划和动态平衡问题的研究具有很大的挑战性。本文以不带弹性元件、完全电机驱动的多关节腿式跳跃机器人为研究对象,从提高机器人运动能力的角度,结合驱动约束条件,对腿式跳跃机器人的动力学建模、运动规划与优化、稳定性恢复控制等关键问题进行了研究,并通过仿真实验和机器人实体试验进行了验证。论文的主要工作如下:(1)腿式机器人跳跃运动的特征量提取基于生物的跳跃形态和人体跳跃运动捕捉试验,从生物力学、仿生学和机器人学的角度分析了影响跳跃运动的主要因素,采用起跳姿态、广义负载和上肢运动叁个特征量刻画机器人的跳跃运动性能。(2)腿式跳跃机器人的动力学建模跳跃运动的腾空相参考基座是浮动基,具有动量矩守恒的非完整约束;站立相的参考基座是固定基,具有完整约束。针对变约束特性,采用Lagrange浮动基方法,推导了跳跃机器人的变约束动力学模型。(3)腿式机器人的跳跃逾障运动规划为提高机器人的地形适应能力,给出了基于模型综合与解耦策略的腿式机器人跳跃逾障运动规划方法。该方法先将腿式机器人的上身等效为一个具有惯量特性的刚体,根据跳跃姿态和障碍物,运用内在动力学,规划运动综合模型的跳跃逾障运动;接着基于等效刚体的COM可操作度,运用开环可操作度优化方法进行冗余度分解,规划冗余关节的运动。(4)腿式机器人跳跃运动的特征量优化视腿式跳跃机器人为持有末端载荷的冗余机械臂,从力与运动传递性能的角度,结合起跳动力学约束条件,给出了跳跃运动的特征量优化方法。该方法运用惯性匹配方向可操作度优化了跳跃运动的叁个特征量,通过特征量的优化提高了跳跃性能。惯性匹配方向可操作度作为一种动力学评价指标,度量了机器人在跳跃任务下的跳跃高度。(5)腿式跳跃机器人的稳定性恢复控制基于驱动性能约束,给出了落地冲击力作用下的稳定性恢复控制方法。该方法运用ZMP可操作椭圆规划了跳跃步态,当机器人有足够的驱动能力进行自运动姿态调整时,采用ZMP平面映射法进行稳定性恢复;当机器人的驱动能力不足时,通过步态调整使机器人重获稳定。(6)人体运动捕捉与机器人跳跃运动试验为了验证本文所给出方法的有效性,分别构建了人体运动捕捉和机器人跳跃运动的试验平台。利用叁维图像检测系统,通过人体跳跃运动的捕捉,分析了影响跳跃性能的主要特征因素;研制了两类跳跃机器人试验样机,分别验证了跳跃运动特征量优化方法的有效性,以及落地冲击下稳定性恢复控制策略的实用性。本文有关跳跃机器人的动力学建模、运动规划、运动优化以及地面冲击力作用下的稳定性恢复控制方法,有助于提高机器人的灵活性和运动能力,拓展机器人的应用领域,在理论和应用上都具有一定的借鉴作用和参考价值。
参考文献：
[1]. 跳板跳水的数值分析与计算机仿真[D]. 王庆江. 南京理工大学. 2002
[2]. 人-板多刚体系统的仿真分析[J]. 王宗平, 陈更昌. 体育与科学. 2003
[3]. 我国优秀男子跳板跳水运动员走板起跳技术的生物力学分析[D]. 何建龙. 河北师范大学. 2015
[4]. 基于NURBS的叁维人体建模技术及在跳板跳水仿真系统中的应用[D]. 张学锋. 南京理工大学. 2003
[5]. 鞍马全旋动作的运动生物力学研究[D]. 苏杨. 南京体育学院. 2008
[6]. 腿式跳跃机器人运动规划与稳定性恢复研究[D]. 徐兆红. 上海交通大学. 2009
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