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

Задача Варианты решения Решение Получение исходных данных Подометрия Гониометрия Электромиография Динамометрия Стабилометрия Захват движения Динамометрия + захват движения (MOCAP) Выбор системы биомеханического моделирования MCS.visualNastran 4D SIMM 3D Visible Human SIMI Motion Visual 3D OpenSim LifeModeler Выбор систем для создания модели механической части MSC Adams Unigraphics NX Autodesk Inventor AutoCAD MSC Adams Unigraphics NX Выбор системы для реализации документооборота Autodesk Vault Bentley ProjectWise SharePoint 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 Электромиография Общие параметры человека Антропометрические базы данных База данных человека Биомеханическая модель человека Модель экзоскелета Совместная модель Моделирование процессов движения; решение прямой и обратной задач динамики. 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 информация 1.Параметры человека из базы данных 2.Чертежи составных элементов и узлов 1.Параметры человека из базы данных 2.Чертежи составных элементов и узлов Формат STEP (*.stp) Формат STEP (*.stp) Геометрическая модель в Unigraphics NX 7 Добавление кинематических связей в MSC Adams Формат BIN (*.bin) Формат BIN (*.bin) Lifemodeler 7

Создание биологической части биомеханического объекта Исходная информация 1.Общие параметры человека из базы данных 2.Положение базовых точек 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 человека LifeModeler Биомеханическая модель человека LifeModeler Модель экзоскелета Adams Модель экзоскелета Adams 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