Ваш браузер устарел.

Для того, чтобы использовать все возможности сайта, загрузите и установите один из этих браузеров.

скрыть

Article

  • Title

    HUMAN BODY CAD MODELING IN THE FORM OF A VARIABLE DENSITY OBJECT

  • Authors

    Sydorenko Igor I.
    Kovban S.
    Salii V.
    Kuzmych M.
    Jiang Hailong

  • Subject

    CHEMISTRY. CHEMICAL ENGINEERING

  • Year 2021
    Issue 1(63)
    UDC 004.942:629.023
    DOI 10.15276/opu.1.63.2021.11
    Pages 106-114
  • Abstract

    High rates of technological progress contribute to the development and improvement of all spheres of human activity, including biomechanical research. The development of new prostheses, orthoses and exoskeletons place increased demands on the determination of the mass-inertial characteristics of the human body. The paper analyzes the existing experimental-analytical and analytical methods for determining the center of gravity of the human body, which are based on the segmentation method. It is shown that the existing analytical methods do not provide complete information about the individual characteristics of the modeled object, when it is implemented using CAD tools, but give only generalized results without taking into account the physical development, health status and other individual characteristics. An improvement of the analysis technique is proposed, which allows increasing the accuracy of determining the mass-inertial characteristics of the human body (including the center of gravity) by its individual anthropometric parameters on the basis of a 14-segment biomechanical model. The article presents a block-diagram and description of the corresponding software module of the calculation, implemented in the Autodesk Inventor environment, in which the human body, when determining its center of gravity, is represented as a complex three-dimension object. This object consists of elements of different densities, while the data on the density of the constituent parts are obtained on the basis of the individual characteristics of the design object by interpolating information from external specialized databases. A comparative analysis of determining the coordinates of the center of gravity of a biological object using both the existing analytical and experimental-analytical segmentation techniques, and the proposed one is carried out. It is shown that the results obtained using the proposed improved analytical technique implemented in CAD, correlate very well with the results of the existing experimental analytical technique with a deviation of 3...4 %.

  • Keywords center of gravity, human body, variable density, three-dimensional, segmentation method
  • Viewed: 21 Dowloaded: 5
  • Download Article
  • References

    Література

    1. Макала С., Хатчинсон Дж., Батис К. Кількісна оцінка фізичного та цифрового підходів визначення центру мас. Журнал анатомії . 2017. Том 231 (5). С. 758–775.

    2. Котев В.К., Ніколова С., Даніель М.. Визначення масово-інерційних характеристик людського тіла в основних положеннях тіла. Компʼютерне та математичне моделювання. Доповідь на конференції у збірнику IFMBE, червень 2018. С. 579–582.

    3. Горецький Я.,Кукла M.. Аналітичний метод визначення центру ваги людини, що рухає ручний інвалідний візок. XXI Міжнародна польсько-словацька конференція «Моделювання машин та моделювання 2016». 2017. С. 405– 410.

    4. Ніколова Г.С., Тошев Ю.Є.. Оцінка параметрів чоловічого та жіночого сегментів болгарського населення за допомогою 16-сегментної математичної моделі. Журнал біомеханіки. 2012. Том 45. С. 3700–3707.

    5. Параметричний аналіз конфігурацій удару при ходьбі на милицях / Ф. Холамі та ін.; за ред. Дж. К. Самін, П. Фізетт. Матеріали тематичної конференції ECCOMAS з багатодинамічної динаміки. 2011. С. 1–7.

    6. Тесіо Л., Рота В., Перукка Л. 3D-траєкторія руху центру маси тіла під час ходьби дорослої людини: докази закону сили швидкості-кривизни. Журнал біомеханіки. 2011. №44 (4). С. 732–740.

    7. Цзінь-Чжуан Сяо, Чжи-Фанг Ян, Хун-Руй Ван. Метод виявлення тривимірного центру тіла людини. Датчики та матеріали. 2017. Вип. 29, №. 7. С. 1081–1087.

    8. Ердманн С., Ковальчик Р. Основні інерційні величини багатосегментного тулуба молодих чоловіків, отримані на основі персоніфікованих даних. Журнал біомеханіки. 2020. Том 106. С. 1–6.

    9. Чичелла Антоніо. Розвиток біомеханічних технологій для моделювання основних сегментів людського тіла: звʼязок минулого із сучасністю. Біологія. 2020. №9. С. 1–15.

    10. Левієкі Майкл, Уоттс Нельсон, Мак Клунг Майкл та ін. Офіційні позиції Міжнародного товариства з клінічної денситометрії. Журнал клінічної ендокринології та метаболізму. 2014. Том 89 (8). С. 3651–3655.

    11. Радченко В. Денситометрія кісток у клінічній практиці. Ортопедія, травматологія та протезування. 2015. Том 7. С. 88–100.

    12. Рота Вівіанаа, Бенедетті Марія Граціак, Окіта Юсукеч. Пластика обертання коліном: рух центру маси тіла під час ходьби. Міжнародний журнал реабілітаційних досліджень. 2016. Том 39 (4). С. 346–353.

    13. Павей Гаспаре, Семінаті Олена, Каццола Даріо. 3D траєкторією руху центра маси тіла: порівняння між різними методами вимірювання. XXV конференція Міжнародного товариства біомеханіки. Липень 2015. С. 528–529.

    References

    1. Macaulay, S., Hutchinson, J. R., & Bates, K. T. (2017). A quantitative evaluation of physical and digital approaches to centre of mass estimation. Journal of anatomy, 231(5), 758–775.

    2. Kotev, V.K., Nikolova, S, & Daniel, M. (2018). Determination of Mass-Inertial Characteristics of the Human Body in Basic Body Positions: Computer and Mathematical Modelling. Conference Paper in IFMBE proceedings. June 2018. P. 579–582.

    3. Gorecki, Jan., & Kukla, M.. (2017). The Analytical Method of Determining the Center of Gravity of a Person Propelling a Manual Wheelchair. XXI International Polish-Slovak Conference “Machine Modeling and Simulations 2016”. P. 405– 410.

    4. Nikolova, G.S., & Toshev, Y.E. (2012). Estimation of male and female body segment parameters of the Bulgarianpopulation using a 16-segmental mathematical model. Journal of Biomechanics, 40, 3700– 3707.

    5. Gholami, F. et al. & Samin, J.C.,. Fisette, P. (Eds.). (2011). Parametric analysis of impact configurations in crutch walking.: Proceedings of the ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics, 1–7.

    6. Tesio, L., Rota, V., Perucca, L. (2011). The 3D trajectory of the body centre of mass during adult human walking: Evidence for a speed–curvature power law. Journal of Biomechanics, 44(4), 732–740.

    7. Jin-Zhuang Xiao, Zhi-Fang Yang, & Hong-Rui Wang. (2017). Detection Method of Human ThreeDimensional Body Center. Sensors and Materials, 29, 7, 1081–1087.

    8. Erdmann, S., & Kowalczyk, R. (2020). Basic inertial quantities including multi-segment trunk of fit, young males obtained based on personalized data. Journal of Biomechanics, 106, 1–6.

    9. Cicchella Antonio. (2020). Development of the Biomechanical Technologies for the Modeling of Major Segments of the Human Body: Linking the Past with the Present. Biology, 9, 1–15.

    10. E. Michael Lewiecki, & Nelson B. Watts et al. (2014). Official Positions of the International Society for Clinical Densitometry. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, 89, 8, 3651–3655.

    11. Radchenko, V. (2015). Bone densitometry in clinical practice. Orthopaedics, traumatology and prosthetics, 7, 88–100.

    12. Rota Vivianaa, Benedetti Maria Graziac, & Okita Yusukec. (2016). Knee rotationplasty: motion of the body centre of mass during walking. International Journal of Rehabilitation Research, 39 (4), 346–353.

    13. Pavei Gaspare, Seminati Elena, & Cazzola Dario. (2015). 3D Body centre of mass trajectory in locomotion: comparison between different measurements methods. XXV Conference of the International Society of Biomechanics. July 2015. P. 528–529.

  • Creative Commons License by Author(s)