Математическо моделиране на човешката глава и шия: проблеми и възможни решения
Г. Николова
, Д. Данчев
Abstract: Цел: Това изследване се опитва да предостави по-реалистичен математически модел на човешката глава и шия като два отделни сегмента на човешкото тяло. Материали и методи: Предоставяме аналитични изрази за масата, центъра на масата, обемите и главните инерционни моменти на сегментите на главата и шията поотделно и в комбинация от тях като сегменти „глава и шия“. Резултати: В настоящото изследване беше предложен различен подход за моделиране на главата и шията: a) Главата се моделира като удължен сфероид; хоризонтална равнина го разрязва, образувайки напречно сечение с правилния размер, получен от измерването на шията, като по този начин позволява плавна връзка на главата с шията при това напречно сечение. б) Вратът е моделиран като цилиндър. Дискусия: Досега повечето модели са представяли главата и шията като елипсоид. Ние се справихме с този проблем в настоящото проучване и използвахме различен модел „глава плюс шия“. Използвахме математическо моделиране, за да установим масово-инерционните свойства на изследваните сегменти. Заключение: В настоящата статия е предложено по-реалистично и по-близко до реалните форми на главата плюс шията математическо моделиране. При условие, че са получени лесно измерими антропометрични измервания, това моделиране може да се приложи към всеки индивид, принадлежащ към всяка раса или пол.
Keywords: глава и шия; Моделиране на човешкото тяло; масово-инерционни характеристики
| References: (click to open/close) | [1] Yordanov, Y., Nacheva, A., Tornyova, S., Kondova, N., Dimitrova, B., Topalova, D., 2006. Anthropology of the Bulgarian population at the end of the 20-th century (30-40 years old). Professor Marin Drinov Academic Publishing House, Sofia, Bulgaria.
[2] Dempster, W. T., 1955. Space requirements of the seated operator. WADC Technical Report 55-159, Wright-Patterson Air Force Base, Ohio.
[3] Clauser, C. E., McConville, J. T., Young, J. W., 1969. Weight, volume, and center of mass of segments of the human body, Technical Report AMRL-TR-69-70, Wright-Patterson Air Force Base, Ohio.
[4] Chandler, R. F., Clauser, C. E., McConville, J. T., Reynolds, H. M., Young, J. W., 1975. Investigation of inertial properties of the human body. Technical Report AMRL-TR-74-137, Wright-Patterson Air Force Base, Ohio.
[5] Zatsiorsky, V., M, Seluyanov, V. N., 1983. The mass and inertia characteristics of the main segments of the human body. In Matsui H., Kobayashi K. (Eds.), Biomechanics VIII-B. Champaign, IL: Human Kinetics, 1152–1159.
[6] Mungiole, M., Martin. P., E., 1990. Estimating segment inertial properties: Comparison of magnetic resonance imaging with existing methods. Journal of Biomechanics 23, 1039–1046.
[7] Wei, C., Jensen, R. K., 1995. The application of segment axial density profiles to a human body inertia model. Journal of Biomechanics, 28, 103–108.
[8] Hanavan, E., P., 1964 A mathematical model of the human body, AMRLTR-64-102 Ohio, Aerospace Medical Research Laboratories, Wright-Patterson Air Force Base, Ohio.
[9] Hatze. H., 1980 A mathematical model for computational determination of parameter values of anthropomorphic segments. Journal of Biomechanics 13, 833-843.
[10] Wooley, C., 1972. Segment masses, centers of mass and local moments of inertia for an anthropometric model of the man. National Aronautic and Space Administration Report D-6584, Washington, D. C.
[11] Zatsiorsky. V., M., 2002. Kinetics of human motion, Human Kinetics, Champaign, IL, USA.
[12] Pascoletti, G., Huysmans, T., Molenbroek, J.F.M. & Zanetti, E. M., 2024. From an ellipsoid-based to an anthropomorphic articulated total body model for multibody applications. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM) 18, 5991–6011.
[13] Nikolova G., Toshev Y., 2007. Estimation of male and female body segment parameters of the Bulgarian population using a 16-segmental mathematical model. Journal of Biomechanics 40, 16, 3700-3707.
[14] Nikolova, G., Tsveov, M., Dantchev, D, Kiriazov, P., 2021. CAD design of a new 3D geometrical model of the human body. Series on Biomechanics, 35, 2, 58-64.
[15] Whittle, M., 1991. Gait Analysis: An Introduction, Butterworth-Heinemann Ltd., Halley Court, Jordan Hill, Oxford 0X2 8EJ.
[16] Dimitrova, A., 2023. Differences in muscle mass and fat mass accumulation in youth female athletes, Series on Biomechanics, 37, 4, 3-8.
[17] Dimitrova, A., Kachaunov, M., Petrov, L. 2024. Anthropometric and body composition profile of young swimmers. Series on Biomechanics, 38, 3, 55-60.
[18] Carpentier, C., Font-Llagunes, J.M., Kövecses, J. 2010. Dynamics and energetics of impacts in crutch walking, Journal of Applied Biomechanics, 26, 473-483.
[19] Hasan, S. K., Dhingra, A., K. 2022. Biomechanical design and control of an eight DOF human lower extremity rehabilitation exoskeleton robot. Results in Control and Optimization 7: 100107.
[20] Baines, K. N., Edmond, S., & EISMA, D. R. 2011. Stature. In: Forensic anthropology, 113-136 CRC Press.
|
|
| Date published: 2025-03-25
(Price of one pdf file: 39.00 BGN/20.00 EUR)
