据“人民日报”报道,截止到2006年我国60岁以上的老年人已有1.2亿,占全国人口的8%。伴随老龄化过程中明显的生理衰退就是老年人四肢的灵活性不断下降,进而对日常的生活造成不便。此外,由于各种疾病及外伤而引起的肢体运动性障碍也日益增加。通过人工或简单的医疗设备进行的康复理疗,已经无法满足康复的需求。人们对医疗康复的要求越来越高,以提高生活质量。因此,寻求有效的肢体康复手段是社会发展的必然需求。论文首先讨论了人体几何模型的建模方法,从人体解剖学出发,通过对人体的动、静态测量数据进行参数化,以及对关节运动约束机制的改进,使模型具有更详尽的人体数据咨询能力;为了更好地支持肌肉的生物力学分析,探讨了骨骼肌的几何建模方法。针对上述几何模型的运动建模问题,给出了基于人体生理约束算法及基于时空约束改进算法;为了对骨及关节的受力情况进行人体分析,论文建立了针对人体各环节的骨及关节的外力和扭矩的求解模型,亦称为外力模型。以多刚体简化模型和人体生物力学参数为建模基础,以逆向动力学及多刚体系统动力学为理论依据,针对动、静态两种情况,分别给出了基于生物力学的外力求解模型。以实现肌肉施力分析为目的,论文讨论了肌肉在动、静性收缩两种情况下,人体上肢表面骨骼肌的肌肉力模型。根据大脑控制肌肉的最优化原则,采用有约束最优化方法,对静性收缩情况,分别建立人体系统的平衡约束方程和肌肉的约束方程,并将其作为约束条件进行优化求解;对动性收缩情况,则由伪速度形式的拉格朗日动力学方程推导出等式约束方程以及应用三元素模型推导出不等式约束方程。通过对约束方程的改进,进一步提高了该模型的精度,并设计实例通过仿真分析进一步验证了模型的有效性。