长骨模型制作
三自由度上肢机械助力外骨骼模型设计
三自由度上肢机械助力外骨骼模型设计摘要机械外骨骼是近年来的研究热点，从各类康复机器人的研制到军事上机械战甲的开发，各类成果见诸报端，机械外骨骼的主要功能是协调运动，提供助力，使运动更加轻松省力。
随着我国老年人口的增多以及庞大的残疾人口基数，机械外骨骼的研制在我国有着现实的意义。
本次设计主要针对医院，敬老院和普通家庭的日常护理，帮助护工照顾失去运动能力的老年人和病患，协助其完成对病人的翻身，转移病床和将病人抱到轮椅上等基本的护理工作。
通过查询中国成年人口平均身体尺寸，估算一个大致的尺寸数据，采用三维建模软件UG进行模型制作，并通过计算校核，设计满足要求的弹簧，最后将三维图形装配起来，验证本次机械外骨骼的合理性。
为了实现协调助力的目的，本次设计的机械外骨骼在关节处采用了创新的机械结构，外部的大轮嵌套在内轮上，弹簧内置，既保证了材料的刚度强度要求，又保证了结构的合理性。
随着科学技术的提高，机械外骨骼助力系统朝着更加先进化，智能化和小型化的方向发展，新材料新加工工艺的采用，人工智能的应用都在促使此类研究的不断发展。
关键词：机械上肢外骨骼；三维建模；助力；压缩弹簧；护理Three - degree - of - freedom upper limb machinery for externalskeletal designAbstractMechanical exoskeleton is a hot research topic in recent years, the development of various types of rehabilitation robots into military mechanical armor development, all kinds of results reported in the newspapers, the main function of mechanical exoskeleton is the coordinated movement, provide assistance, is the movement more easily. With the increase of the elderly population and the large population base of disability, the development of mechanical exoskeleton is of practical significance in china. This design mainly aims at the hospital, the daily nursing homes for the elderly and ordinary families, help carers lose ability to exercise the elderly and sick, assist the patient to turn over, transfer will hold to the wheelchair beds and patient basic nursing work. By querying the average body size China adult population, estimated a general size data, using 3D modeling software UG modeling, and through the calculation of the design to meet the requirements of the spring, the 3D assembly, the validation of the rationality of mechanical exoskeleton. In order to achieve the goal of boosting coordination, the design of the mechanical exoskeleton of the mechanical structure innovation in the joints, the external gear wheel spring, nested, built-in, ensure the stiffness and strength of materials, but also ensure the rationality of the structure. With the improvement of science and technology, mechanical exoskeleton power system towards a more advanced, intelligent and miniaturization, the new processing technology of new materials, the application of artificial intelligence are constantly promote the development of this kind of research.Key words: Mechanical upper limb;Exoskeleton;3D modeling;Power assisted compression; Spring care目录1 前言 (1)1.1 项目分析 (1)1.2 研究现状 (1)1.3 研究难点 (2)2 人体结构及运动学分析 (5)2.1 人体结构学分析 (5)2.2 项目方案分析 (5)2.3 人体基本尺寸数据 (6)2.4 上肢运动特性 (7)3 关键节点结构的设计与分析 (10)3.1 结构方案分析 (10)3.2 外骨骼各部件的拆分 (11)3.3 设计参数的确定 (11)3.4 上肢机械助力外骨骼的运动学分析 (12)4 外骨骼各部件的设计 (16)4.1 肘关节设计 (16)4.2 肘关节弹簧的设计计算 (17)4.3 肩关节的设计 (23)4.4 肩关节弹簧的设计 (24)4.5 腕关节及手掌支板的设计 (29)4.6 前臂与上臂的设计 (29)4.7 脊背的设计 (30)5 上肢机械外骨骼装配图 (32)5.1 三维建模软件UG介绍 (32)5.2 上肢机械助力外骨骼装配图 (32)5.3 基于UG软件的上肢结构运动仿真 (34)6 总结与展望 (38)6.1 总结 (38)6.2 展望 (38)1 前言1.1 项目分析在目前的中国社会中，60岁以上的老年人口越来越多，据第6次全国人口普查的数据可知[1]：全国60岁以上人口为177648705人，占总人口的比例为13.26%，与2000年第五次人口普查数据相比，60岁以上老年人口比重上升了2.93个百分点，由国际惯例可知，当一个国家或地区60岁以上的老年人口占人口总数的10%，或65岁以上老年人口占人口总数的7%，即意味者这个国家或地区进入了人日老龄化社会，因此我国早已进入了人口老龄化社会，而且老龄化程度在提高。
基于Maya与Virtools技术的骨构造虚拟实验的设计与实现
基于Maya与Virtools技术的骨构造虚拟实验的设计与实现摘要：maya作为世界顶级的三维软件，拥有完整的建模工具及高效的材质、纹理程序，为灵活、细腻的构建医学虚拟实验中的三维模型提供了强大的技术支持；而virtools作为一种新兴的三维交互构建技术，可以做到与maya无缝结合，为实现医学虚拟实验的交互设计开发提供了一个完整的技术平台，从而提高医学虚拟实验的沉浸感和交互性。
通过以maya和virtools为核心技术对人体骨的构造，提出了进行医学虚拟实验开发的具体流程，并详细描述了具体的应用开发过程。
关键词：maya；virtools；骨的构造；医学虚拟实验中图分类号：tp311 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2013） 04-0000-021 引言骨科学是医学的一个学科，在外科系统教学中占有重要的地位。
骨的构造是骨科学的理论基础，骨是一种结缔组织，由特殊的细胞和蛋白纤维构成，是重要的矿物质贮藏库，特别是钙，同时还能制造新鲜的血细胞[1]。
但在现有的医学教育中主要采用解剖教学、观看模型以及多媒体等方式进行知识的传授，学习者很难对骨的构造有一个真实的整体把握。
虚拟实验的运用为这些问题的解决提供了良好的手段。
利用maya与virtools技术的结合，设计开发骨构造这一医学虚拟实验，突破时间、场地、人员等客观条件的限制，使学习者在没有任何外界干扰的情况下自由地观察、移动和了解骨的结构，为学生提供直观的整体感，帮助学生掌握总体概念、周边结构和空间立体感，更快捷地学习骨构造这一基础医学知识。
2 骨构造虚拟医学实验的设计2.1 技术的选择maya是美国autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，有着完整的nurbs、细分建模、polygon建模工具及无缝隙建模技术，可以灵活的构建医学虚拟实验对流线性方面有着极高的要求的各种模型，同时，maya这一强大的工具平台所提供的材质、纹理可以表现医学虚拟实验模型所需要的细微细节，创建逼真的三维影像。
人体骨骼模型
人体骨骼模型骨骼是我们人体的重要支撑组织，对我们的人体有一定的保护性。
骨骼是我们运动的主要部位，我们从事任何的运动活动都和骨骼存在着密切相关的联系，由于儿童处于骨骼发育的主要时期，由于青少年和成年人还是存在着一定的身体差异的，所以人体的骨骼的数量也有差别的，那么人的骨骼有多少块？成人骨头共有206块，分为头颅骨、躯干骨、上肢骨、下肢骨四个部分。
但儿童的骨头却比大人多。
因为：儿童的骶骨有5块，长大成人后合为1块了。
儿童的尾骨有4～5块，长大后也合成了1块。
儿童有2块髂骨、2块坐骨和2块耻骨，到成人就合并成为2块髋骨了。
这样加起来，儿童的骨头要比大人多11～12块，就是说有217～218块。
医学书上说，初生婴儿的骨头竟多达305块。
不过，某些骨头会再生出“副骨”或“子骨”来。
例如，有些人每只手和腕部有“副骨”或“子骨”来。
例如，有些人每只手和腕部有“副骨”及“子骨”24块，每只脚有26块。
在身体的膝、肘、脊椎部位，有时也会另外长出小骨来，不过各人额外长出的骨头多少不一样。
要是把“融骨”或“子骨”算进去，成人的骨头那就远不止206块了。
但由于这些“额外小骨”的意义不大，我们只要知道成人有206块骨头就行了。
当然，说成人有206块骨头，这是全球人类的“总体”而言的。
人群中在这方面存在差异。
我国科学工作者1985年进行的抽样调查表明，中国人的骨头要比欧美人少，大多数人只有204块骨头。
而在欧美，绝大多数人有206块骨头。
这是由于大多数中国人的脚上第5趾骨为2块骨头，不像欧美人有3块骨头。
每只脚少1块，所以只有204块。
人体最长的骨头是股骨，即大腿骨，它通常占人体高度的27%左右，有记录的最长腿骨为75.9厘米。
而耳朵里的镫骨是人体内最小的骨头，它只有0.25～0.43厘米长成年人骨的重量约为体重的1/5，刚出生的婴儿骨重量大约只有体重的1/7。
骨骼很多骨头最后是愈合在一起了。
比如说颅骨，以及尾骨。
成年人的尾骨只算一块，但是新生儿那里，还是可以分得开24块的。
长沙人体骨杠杆分类模型
长沙人体骨杠杆分类模型
在人体解剖学中，骨骼系统是支撑和保护身体的基础结构。
骨骼系统由骨骼、关节和韧带组成，通过肌肉和骨骼之间的协调运动，使人体得以运动和保持姿势。
而在骨骼系统中，骨杠杆是起到支撑和传递力量的重要结构之一。
长沙人体骨杠杆分类模型便是对人体骨杠杆的分类和研究。
人体骨杠杆主要分为三类：一类是长杠杆，一类是短杠杆，还有一类是不规则杠杆。
长杠杆指的是骨头两端的距离明显长于作用力与支点之间的距离，比如人体的上臂骨就是一个典型的长杠杆。
而短杠杆则是指作用力与支点之间的距离明显短于骨头两端的距离，例如人体的腿部骨骼。
不规则杠杆则是指既不符合长杠杆条件也不符合短杠杆条件，例如人体的脊椎骨。
长沙人体骨杠杆分类模型的研究对于了解人体骨骼结构和功能具有重要意义。
通过对不同类型骨杠杆的分类和研究，可以更好地理解人体运动的原理和机制。
比如在解剖学和生理学课程中，学生可以通过学习骨杠杆分类模型，更好地理解人体骨骼系统的结构和功能，为日后的临床实践打下坚实基础。
除此之外，长沙人体骨杠杆分类模型还对于运动医学和康复医学领域有着重要的应用。
通过对不同类型骨杠杆的分类和研究，可以帮助医生和康复治疗师更好地设计运动方案和康复方案，从而提高治
疗效果和减少运动损伤的发生。
总的来说，长沙人体骨杠杆分类模型是一个重要的研究领域，对于促进人体解剖学、生理学、运动医学和康复医学的发展具有积极的意义。
通过对不同类型骨杠杆的分类和研究，可以更好地了解人体骨骼系统的结构和功能，为人类健康和运动提供更科学的指导。
希望未来能够有更多的研究和应用将长沙人体骨杠杆分类模型发展得更加完善和深入。
骨关节结构电动模型教具的制作
机 ，这种电机低速 、有 力。电机 带动转 盘 ，转盘 连 着推 拉杆 ，推拉杆连着下方 的骨 。当电机转 动 ，推拉杆 会反 复地 一推一拉 ，就会产生骨关节不 断地在 运动的效果
一
图２ 电 机 、转 盘 与 推 拉 杆 示 意 图
１．６ 修饰标称 ①切取 部分 白色胶管模 拟关节软骨 ； ②用红 色电线 模拟韧带 ；③用红色气球模 拟关节囊 ，所 有结构都贴上 相应 的标签 （图 １）。 １．７ 模型 固定 将骨关 节模 型固定在不锈 钢脚架上 ， 并在后背部装 上 １个提把 ，便 于安放 、携 带。
图 ｌ 骨 关 节 演 示 教 具 示 意 图
１．５ 增添 动力 为展示 骨关节 运动 ，在底板 后面增 添 一 个 动 力 系 统 （图 ２）。 电 动 机 可 用 电 扇 导 风 轮 的 电
２ 讨 论 骨 的防腐 除臭 没有使 用传统 的 防腐剂 （如福 尔 马
林等 ），而是尝试使用普通 洗衣粉高浓度溶液浸泡与 阳 光暴晒相结合 的方 法 ，能 取得 较好 的效 果。长期保 存 后牛骨没有变 色 、腐 烂 ，没有 产生 异味 ，说明该 方 法能 为其他生物骨类模 型的制 作提供较好的参考 。
（８）教材 的设计 中是 一位学 生取一枚棋子 代表精 子 ，另一位学生取一枚棋 子代 表卵细胞让其结合 ，若是 做实验 中取棋子 的学生是一男一女 ，难免 会引发尴尬 ， 而本实验设计能很好地 避免这一情况的发生 。
生物 学教 学 ２０１８年（第４３卷）第６期
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骨 关 节 结 构 电 动 模 型 教 具 的 制 作
黄伟 胜 （广东省惠州市龙门县龙城第一中学 ５１６８００）
摘 要 北师大版初 中《生物学》教材八年级（上册 ）的 “运动 的形 成 ”一 节中 ，“关 节的结 构”的 知识是 重难 点 。为突破这 个重难 点 ，更形象 、生 动地演示可动关节各部分结构和关节运动状况 ．达到 更好 的课堂 教学效 果 ，自制了肩关节结构电动模型教具
北师大版-生物-七年级下册-观察长骨的结构实验教学设计 (斜塘)
“观察长骨的结构”实验教学设计“观察长骨的结构”是苏科版《生物学》初中八年级教材中一个很重要的学生实验，本实验以猪的长骨为主要实验材料，按照由外到内的探究顺序，从骨膜、骨质到骨髓，以边实验边探究的教学方式，依托教师有效的引导，学生细致的观察、新颖的模拟性探究，通过具体而生动的实验过程促成学生知识的内化和吸收，在观察—分析—探究中师生寻找实践到理论的契合点，归纳共性的结论：骨的结构和功能以及长骨适于运动的的结构特点。
实验名称：1、学生实验：观察长骨的结构 2、探究活动：骨小梁的作用实验器材：解剖盘16个、镊子32把、剪刀32把、解剖刀32把酒精灯1盏、36—38%的盐酸、清水实验材料：猪的长骨16根（已锯开）、大鱼的肋骨5根教学重点：长骨适于支持和运动的结构特点教学难点：长骨适于支持和运动的结构特点实验对达成教学目标所起的作用：对于八年级的学生来说，对于人体的骨骼虽然具有一些初步的了解，但是总体上来说他们对于骨的了解是有局限性的，有的信息可能来自一张小小的X光片，有的信息可能来自于网络一小段视频，有的信息可能来自于自我成长中的一个小小体会，这些都是一个个碎片，是不连贯的，而且非常抽象！因此在教学中教师借助实验教学，形象直观的把不为学生所知的骨的结构展示在学生面前，使学生头脑中能够构建出人体骨的结构的初步模型，让学生观察到实验的全过程，认识到实验的真实性、科学性，从而让学生信服，了解真知。
从知识与技能层面来看，教师希望在“观察长骨的结构”这一实验过程中，以有效的问题链为引导，通过学生对骨膜颜色的观察，柔韧性的试探、观察方式的思考、以及骨松质和骨密质的对比，骨髓存在部位以及颜色的比较，让学生在实验过程中获得生动的感性认识，形成清晰的长骨结构概念，从而更好地理解长骨适于支持和运动的结构特点，而骨小梁承重的演示实验还能够促进学生观察、分析和解决问题等各方面能力的提高。
从过程与方法层面来看，实验中学生两两合作，自主、有效地全程参与实验的观察分析，学生非常直观地理解和掌握“观察长骨的结构”这一实验的操作过程、操作要领、培养了学生实验操作和分析问题、解决问题的能力。
生物肘关节模型制作方法
生物肘关节模型制作方法嘿，朋友们！今天咱就来讲讲生物肘关节模型怎么制作。
这可是个超级有趣的事儿呢！你想想看，咱要自己动手做出一个肘关节模型，就好像是创造了一个小小的关节世界呀！那咱就开始吧。
首先，咱得准备好材料。
就像做饭得有食材一样，做模型也得有合适的材料才行。
咱得找些像硬纸板呀、木棍呀、橡皮筋呀之类的东西。
这硬纸板可以用来做关节的基本形状，木棍呢可以模拟骨头，橡皮筋能让关节活动起来，就像真的关节能弯曲伸展一样。
然后呢，就开始动手啦！把硬纸板剪成合适的形状，大概就像个弯弯的月牙吧，这就是肘关节的大致样子啦。
再把木棍插进硬纸板的两边，嘿，这就有点像骨头长在关节里啦。
接着用橡皮筋把木棍和硬纸板连接起来，让它们能活动。
做好了这些，你看看，是不是有点肘关节的样子啦？这时候你可以试着动一动它，感受一下自己亲手制作的成果。
哎呀，就像你赋予了它生命一样呢！不过，这可还没完哦。
咱还得给它装饰装饰，让它更像真的肘关节。
可以用彩笔给硬纸板涂上颜色呀，画上一些纹理呀，让它看起来更逼真。
你说，咱这自己做的肘关节模型，是不是比买的还有意思呀？这可是咱自己一点一点做出来的呢！就好像是自己培养了一个小宝贝一样。
而且，通过制作这个模型，咱还能更清楚地了解肘关节的结构和工作原理呢，这多棒呀！等你做好了，还可以拿给朋友们看看，炫耀炫耀你的手艺。
他们肯定会特别佩服你，说不定还会跟你一起动手做呢！所以呀，别犹豫啦，赶紧动手试试吧！让我们一起创造属于自己的生物肘关节模型，感受制作的乐趣和成就感。
这绝对会是一次超级难忘的体验呢！你难道不想试试吗？。
初二骨关节模型制作方法详解
初二骨关节模型制作方法详解嘿，初二的小伙伴们！今天咱们来唠唠怎么制作骨关节模型，这可有趣啦！
咱们先准备好材料哟，像硬纸板、黏土、绳子、胶水啥的。
硬纸板呢，就用来做骨头的形状，黏土可以当软骨，绳子能模拟韧带，胶水嘛，负责把它们都粘在一起。
开始动手啦！先用硬纸板剪出骨头的大概样子，别太规整，有点小瑕疵反而更真实。
然后呢，把黏土捏成薄薄的片儿，贴在骨头相接的地方，这就是软骨啦。
接着说说这绳子，把它剪成合适的长度，一头绑在一块“骨头”上，另一头绑在相邻的“骨头”上，这就是韧带啦，就好像把骨头们紧紧拉住，不让它们乱跑。
在制作的过程中，咱们得有点想象力。
比如说，想象自己就是个超级厉害的医生，正在给病人修复关节呢。
每一个步骤都要做得认真仔细，可不能马虎。
对啦，还有很重要的一点，要注意比例哦。
别把关节做得太大或者太小，不然看起来就怪怪的。
而且，颜色也可以涂得丰富点，让咱们的模型更漂亮。
做这个模型的时候，别着急，慢慢弄。
要是中间出了点小差错，没关系，重新来就是啦。
当你完成这个模型的时候，那种成就感，简直爆棚！
怎么样，小伙伴们，是不是觉得挺有意思的？赶紧动手试试吧，相信你们做出来的骨关节模型一定超级棒！到时候拿给同学和老师看看，让他们也惊艳一下！加油哟，我等着看你们的大作！。
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长骨模型的制作
一、实验目的和意义：
北师大版八年级下册第15章动物的运动中第二节动物运动的形成中，关于骨的结构的知识是以长骨的结构为例进行讲解。
通过模型可以容易地说明物体的三维空间结构，能够立体地显示结构特征和各组成部分相互间的联系，可以拆卸，重组。
二、仪器、材料：
仪器：锅，电磁炉，纱布
材料：细铁丝，废纸，管子，红色和蓝色的毛线，颜料（2元），乳胶（2元），标签，明矾三、实验内容介绍
本实验运用日常生活中常见的材料（纸巾，铁丝，纸板，塑料管），将其进行再加工形成长骨模型，展现出骨膜，骨髓，骨密质，骨松质，骨髓腔的结构，最后再进行染色、拼接，组合成一个完整的长骨模型。
四、实验过程（详细操作步骤及注意事项）
1、长骨的基本骨架制作
（1）浸纸：将旧报纸或就纸箱浸泡在热水中1到2天，搅碎。
（2）基架：用细铁丝做成模型基架，显示出所需教具的特征。
（注明：基架做2个。
即沿着长骨的纵切面切开得两部分骨，分别做成骨架。
）
（3）煮浆：将搅碎的纸浆在锅里边煮边搅动，直至成糊状，导入纱布包中沥出水份。
（4）配制：放入少量明矾、混合至纸浆有粘性时即可，立即使用。
（5）堆塑：将纸浆堆在模型基架上，粗塑成形。
（6）修饰：仔细修饰后阴干，如发现裂缝，用乳胶修补。
2、骨膜的制作
用保鲜膜均匀、紧密地贴于骨架模型表面。
3、骨髓的制作
用海绵填充骨髓腔
4、骨松质的制作
用乳胶涂于腔壁，再用更细的海绵填充。
5、注记：注明模型名称和显示的各种特征。
五、结果:一个完整的长骨模型
六、自我评价（包括选材的好坏、制作中的优缺点和需要改进的地方及建议）
参考文献：。