Введение 4
1.1 Аннотация 4
1.2 Предметная область 5
1.3 Основные задачи дипломного проекта 5
2 Исследовательская часть 7
2.1 Сбор и анализ исходных данных 7
2.1.1 Электромиография 7
2.1.2 Динамометрия 9
2.1.3 Захват движения (MOCAP) 13
2.1.4 Заключение 19
2.2 Исследование основ биомеханического моделирования 20
2.2.1 Введение 20
2.2.2 Основные биомеханизмы взаимодействия волейболиста с опорой 21
2.2.3 Биомеханизм разгибания ног и выпрямления туловища 22
2.2.4 Мышцы, определяющие эффективность проявления биомеханизма разгибания ног и выпрямления туловища 22
2.2.5 Оптимум сгибания ног в коленном суставе 27
2.2.6 Разгибание суставов нижних конечностей 30
2.2.7 Механические основы перемещения в волейболе 31
2.2.8 Биомеханические основы взаимодействия волейболистов с опорой 32
2.2.9 Вклад суставных движений 33
2.2.10 Биомеханизм маховых движений руками 34
2.2.11 Биомеханизм "Перевернутого маятника" 40
2.3 Обзор программ для моделирования 41
2.3.1 MSC.visualNastran 4D 41
2.3.2 SIMM 41
2.3.3 Visual3D 42
2.3.4 ADAMS/LifeModeler 42
2.3.5 Заключение 44
3 Конструкторская часть 45
3.1 Программные средства 45
3.2 Этап создания антропометрических и MOCAP данных 45
3.2.1 Анализ входных данных формата C3D 46
3.2.2 Задание антропометрических данных 48
3.3 Этап моделирования базовых движений 49
3.3.1 Создание модели из файла с пассивными суставами 49
3.3.2 Создание модели мяча и применение Augment Motion Agent Set 50
3.3.3 Решение задачи оптимизации 51
3.3.4 Создание Constraint между полом и ступней 53
3.3.5 Моделирование обратной задачи динамики 54
3.3.6 Подготовка модели для прямой задачи динамики 55
3.3.7 Моделирование прямой задачи динамики 56
3.3.8 Получение результатов моделирования 56
3.4 Выводы 59
4 Технологическая часть 62
4.1 Формат SLF 62
4.2 Формат С3D 66
4.3 Расположение маркеров по протоколу Plug-in-Gait 68
4.3.1 Верхняя часть тела 70
4.3.2 Нижняя часть тела 71
5 Технико-экономическое обоснование эффективности НИОКР 74
5.1 Введение 74
5.2 Основная часть 75
5.2.1 Расчет трудоемкости выполнения НИОКР 75
5.2.2 Расчет стоимости основных производственных фондов, используемых для выполнения НИОКР 77
5.2.3 Расчет затрат на выполнение НИОКР 78
5.2.4 Формирование чистой прибыли предприятия и определение
эффективности производственных затрат 84
5.2.5 Оценка технического уровня НИОКР 86
5.3 Выводы 86
6 Промышленная экология и безопасность 87
6.1 Анализ основных факторов воздействия среды на оператора ПК 87
6.1.1 Общие положения 88
6.1.2 Обеспечение параметров микроклимата 89
6.1.3 Обеспечение освещения рабочего места 90
6.1.4 Оптимальное размещение оборудования 90
6.1.5 Проектирование основных элементов рабочего места 91
6.1.6 Обеспечение электробезопасности 93
6.1.7 Обеспечение допустимого уровня шума 95
6.1.8 Обеспечение пожаробезопасности 95
6.2 Расчет системы освещения 96
6.2.1 Выбор источников света и системы освещения 97
6.2.2 Выбор осветительных приборов 97
6.2.3 Размещение осветительных приборов 97
6.2.4 Выбор освещенности и коэффициента запаса 98
6.2.5 Расчет осветительной установки 98
6.3 Утилизация картриджей печатающих устройств 100
6.3.1 Выводы
Данный дипломный проект посвящен разработке модели базовых движений в волейболе средствами ADAMS/LifeMod для улучшения тренировочного процесса.
Основными задачами дипломного проекта являлись изучение технологий MOCAP, анализ программных средств, используемых для реализации этих технологий, изучение способов сбора исходной информации и требуемых форматов исходных данных, создание средств взаимодействия между основными этапами, разработка методики моделирования спортивных движений, апробация разработанной методики на практике.
В исследовательской части дипломного проекта были рассмотрены основные способы получения исходных данных для проектирования и возможности создания цифровой модели человека на их основе, проанализированы биомеханические основы моделирования и разные программные средства, реализующие эти основы.
Конструкторская часть дипломного проекта посвящена разработке методики проектирования биомеханической системы и апробации разработанной методики на примере волейбольных движений.
В технологической части дипломного проекта рассмотрена организация технологии CAE на основе MOCAP, антропометрических данных, а также взаимодействие и устройство параметров в среде ADAMS/LifeMod и в формате данных.
В экономико-организационной части дипломного проекта проведен расчет трудоемкости разработки НИОКР, расчет себестоимости НИОКР, определена эффективность производственных затрат на НИОКР и дана оценка технического уровня выполненной НИОКР.
В части промышленной экологии и безопасности проведен анализ вредных факторов при работе на ПЭВМ, рассчитана оптимальная система освещения помещения для работы и проанализирована технология утилизации картриджей печатающих устройств.
1.2 Предметная область
Биомеханика человека — интегральная, междисциплинарная наука, развитие которой в XXI веке (по прогнозу последних 20 лет) ожидается высокими темпами. Это вполне закономерно, т.к. все науки о человеке, о его потенциальных возможностях являются центром интереса мировой науки. Биомеханика опирается на функциональные знания в области биологических наук о человеке (анатомия, биофизика, физиология, генетика, медицина), физико-математических дисциплин, достижений технического прогресса. Биомеханика нашла свое применение, как прикладная наука, при подготовке специалистов в области спорта, промышленности, искусства, медицины, эргономики и др.
Высококвалифицированные научные кадры по биомеханике человека необходимы во многих областях человеческой жизни. Биомеханика — основополагающая наука в сфере спорта, решающая задачи оптимизации состояния и двигательной деятельности. Биомеханические знания важны педагогам общеобразовательных школ, детских садов, клубов, физкультурных организаций, реабилитационных центров; медикам, занимающимся ортопедией, протезированием в широком смысле от сосудов, зубов до костей и пр.; эргономистам во всех видах промышленности, транспорта; военным; производителям обуви, мебели, спортивного инвентаря, предметов бытового назначения.
1.3 Основные задачи дипломного проекта
Основные задачи дипломного проекта можно сформулировать следующим образом:
• Изучение основ в сфере биомеханического моделирования
• Анализ программных средств реализации выбранной технологии, выбор лучшей по ряду признаков
• Изучение способов получения исходных данных об исследуемом объекте и выбор эффективного оборудования
• Разработка комплексной методики получения имитационной модели в среде LifeModeler
о Разработка способа передачи исходных параметров в программную среду LifeModeler;
о Разработка способа создания антропометрической модели человека;
о Разработка способа решения прямой и обратной задач динамики;
• Практическая апробация
