Joint reactions analysis简介

本文深入解析JointReactionanalysis,一种计算模型在运动过程中关节处合力和力矩的方法。它不仅考虑模型运动和外力,还结合内力(如肌肉、驱动器)的影响,全面评估关节载荷。特别指出,特殊类型的力,如SpringGeneralizedForce,被视为关节结构的一部分,其贡献计入合力而非体力。

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JointReaction anaiysia是用于计算关节处的合力和力矩。具体而言,它计算模型在对应的运动形式下、在所有载荷(外载荷、内部肌肉制动器等)作用下、在相连区段之间传递的关节力和力矩,为一个合力,也包括所有未建模的关节结构(例如软骨接触和任何省略的韧带)的贡献,这些关节结构共同作用产生所需的关节运动学。

 

  • 输入

Joint,body,frame:这些在模型中进行定义。从关节命名可推测一二,如ground_pelvis可以推测body为pelvis,frame为ground。有些命名为knee_r则无法推知了。

force_file:目前还未接触过呢,待进一步探索

 

  • 输出

name(例如3DGaitModel2392_JointReaction)_ReactionLoads.sto文件,time列表示时间步,< joint name >on<body>in<frame>_<component>分别表示每个关节处的三个力和力矩分量。

比如说:

在胫骨上发生,在地面框架中表达,膝关节力矩的y分量表示为“knee_on_tibia_in_ground_MY”

 

  • 使用小技巧
  1. 如果JointReaction无法识别指定的joint、body或frame名称,它将默认报告作用于关节的子体,在地面参考系中表达的所有关节上的载荷
  2. Joint Reactions analysis对输入文件的一致性要求很高,只要输入文件中的任何一个与对应的模型运动不匹配,则加速度和力的系统将不一致,将计算出错误的关节载荷。
  3. 特殊类型的力:某些类型的force和actuator,如SpringGeneralizedForce,CoordinateLimitForce和CoordinateActuator,与特定的自由度相关联,并被视为关节结构的一部分。这些组件的任何贡献都将被视为JointReaction中的合力而非body force。比如说考虑步态模型的髋关节上的储备致动器。如果将该储备致动器定义为CoordinateActuator,则其贡献被视为由关节提供的残余力,因此将被添加到臀部的合成负载。然而,如果将臀部储备定义为TorqueActuator,则其扭矩将被视为关节外部的马达并且附接在骨盆和股骨之间。因此,其扭矩不会加到报告的髋部合成负荷上。

 

  • Joint Reactions 与 Inverse Dynamics的区别

Inverse Dynamics只考虑模型运动和外力作用下的关节净力

Joint Reactions analysis综合考虑模型运动、外力和内力(肌肉、驱动器等)作用下的合力

此处力均为广义力,包括力和力矩。

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