人体环节参数测量方法在线视频

同学们好

我们今天学习的主要内容

是人体环节参数和人体模型

人体的基本物理参数

一类是人体惯性参数

即人体整体及环节的质量质心位置

转动惯量及转动半径等

另一类是人体形态学参数

即人体整体及环节的长度

宽度和围度等等

人体惯性参数(包括重量参数)

是进行运动技术影像解析

及工效学研究的基础数据

由于所建立的人体模型

及环节划分方法的不同

致使所提供的人体惯性参数

不完全相同

一般地

获取人体环节重量参数的方法

可分为尸体解剖法 活体测量法

数学模型法 物理模拟法等等

人体是由各个器官组成的系统

没有一个简单的测量方法

可以描述人体各个部分的惯量

因此

我们假设人体的各个环节是刚体

在把人体视为多刚体体系时

一般忽略环节中血液和淋巴液

及肌肉运动引起的质量重新分布

这是人体模型的基本假设和限制

即所有人体模型数据

都是在这个假设的基础上而得出的

目前常见的人体模型按研究时间排序

有以下几个

1889年德国的Braune-Fischer模型

1955年美国的Dempster模型

1958年日本的松井秀治模型

1969年美国的Clauser模型

1975年美国国家技术情报服务处的

Chandler模型

1978年苏联的Zatsiorsky模型

以及1998年中国的中国成年人

人体质量国家标准

下面我们依次做一个简单介绍

第一个Braune-Fischer模型

1889年Braune和Fisher

解剖了3具尸体

把人体模型划分为14个环节

并提供了环节的相对重量

和重心半径系数

这是我国运用最早的人体模型

第二个是Dempster模型

1955年Dempster利用尸体解剖法

解剖了8 具美国白人男性尸体

分为17个环节

并测量了惯性参数

Dempster模型的环节体积

根据阿基米德原理来确定

其中人体密度指标

使用的是与尸体材料一致的平均密度

但事实上

活体与尸体之间的密度是有差异的

人体每一环节的密度也并不完全相同

这就导致该人体模型环节参数

所得出的惯性参数的测量精度

有较大的误差

第三个松井秀治模型

1958年松井秀治把人体近似的

当作一个15个环节的简单模型

把各环节简化分成各种几何形状

它是第一个将男女环节参数

加以区分的国外参数

同时也是第一份亚洲参数

松井秀治模型的研究对象为

成年男子4名 成年女子5名

以人体结构功能为依据

将人体划分为15个环节

松井秀治模型运用X射线摄影

确定各环节的肌肉体积和骨骼的体积

根据己知肌肉的密度和骨骼的密度

确定模型中各环节的重量和重心位置

第四个Clauser人体模型

研究采用尸体解剖法

对14具男尸进行研究

把当时现有的关于人体环节重量

体积 质心位置数据进行完善

环节的划分方法

参照Braune-Fischer方法

把人体划分为14个环节

提出了各环节重量除应考虑体重外

还应考虑体态因素

并补充了16个人体外形的尺寸

Clauser的数据里

只有环节重量和重心位置

并没有转动惯量

第五个Chandler人体模型

该模型研究采用尸体解剖法

对6具男性尸体进行解剖

将人体划分为14个环节

分别测量各个环节的惯性参数

体积 主轴方向及相应的主转动惯量

第六个Zatsiorsky人体模型（1978年）

采用放射性同位素法又称γ射线扫描

对115名受试者

其中男子100名 女子15名

进行人体环节惯性参数的测量

把躯干分为上躯干

中躯干和下躯干三部分

将人体模型划分16个环节

对测量数据与惯性参数进行回归

得到以体重和身高为自变量的

二元回归方程

和以形体参数为自变量的多元回归方程

形体参数一共有40个

且计算足躯干时引入了脂肪厚度

Zatsiorsky模型他的环节划分

采用骨性标志点

与运动生物力学一般研究中

所用标志点不同

在应用中有所不便

De Leva对Zatsiorsky模型进行了调整

通过挑选人体测量学的数据

调整Zatsiorsky 人体模型中的

质心所相对位置和回转半径

De Leva所选用的肢体标志点

是一般生物力学研究中使用的

关节中心

或其它通常使用的标志点

下面我们介绍一下

由清华大学郑秀瑗教授

提出的中国人体模型（1998年）

该模型应用计算机X射线体层照相术

测量了100名受试者（男女各50名）的

15个环节

他所取得指标有

质量 相对质量 质心相对位置等

等惯性参数

其中

对样本直接进行测量的人体形态参数

有70个

经过多元逐步回归的筛选

确定了男性以35个形态参数

为自变量的关于质量质心

转动惯量的多元回归方程

其中女性自变量得形态参数是50个

介绍完了以上几个常用人体模型

下面我们来看看

不同人体模型的比较与应用

吕维加等人在对德国 日本 美国

苏联人体模型比较研究上

他认为

Zatsiorsky的模型更适用于中国人

毛松华在1999

在吕维加研究得的基础之上

同样把Zatsiorsky数据

与郑秀瑗数据进行了实测对比

研究结果表明

郑秀瑗的数据比Zatsiorsky数据

更加适合于中国男性青年人

人体重心和合成躯干重心方面

Zatsiorsky数据所测得值的变化幅度

大于松井秀治数据

可能是由于Zatsiorsky数据

把躯干分为三个部分

比松井秀治数据中一整块躯干的

灵活性要大

因此在测量躯体动作时

Zatsiorsky的数据

比松井秀治数据更具有意义

对于不同的这些人体人体模型

我们在应用时要遵循以下一般原则

一 区分性别

自1860年德国的Harless

采用尸体测量法解剖了2具男性尸体

在很长一段时间里

人体环节参数测量研究所

提供的数据均为男性

直到1958年日本的松井秀治

才在研究男性数据的同时

首次提供了女性人体环节参数

后来的Zatsiorsky数据和郑秀媛数据

等也都提供了女性的数据

在应用人体环节重量参数的时候

应区分性别因为性别不同

人体的形态结构以及各环节的密度

均有较大的差异

不利于后续计算精度的提高

第二要注意区分民族

目前德国 日本 美国 前苏联

和中国等国家

都已有自己本国国民的

人体环节惯性参数数据

因此

在选用参数时就尽可能去考虑

更为适用的本国参数以提高精度

第三要区分 统计模型

根据前述各个模型的介绍

不同的模型

采用了不同的数据提供方式

概括起来主要有以下的四种

第一 是环节相对重量

和重心位置的平均值

Braune-Fisher数据和松井秀治数据

都是这种

第二 以体重为自变量的一元回归方程

Chandler是这种方式

第三 以身高体重

为自变量的二元回归方程

如Zatsiorsky数据和郑秀媛的数据

第四以多个体态参数

为自变量的多元回归方程

如Zatsiorsky数据和郑秀媛的数据

都是这样的

第四我们要区分环节的划分的方法

不同人体模型所提供的数据

对人体环节的划分方法不完全相同

因此在使用人体环节参数时

应同时注意其环节的划分

这一节我们就讲到这 谢谢大家