人体环节惯性参数的研究
人体转动惯量的研究综述
人体转动惯量的研究综述
刘静民;仰红慧
【期刊名称】《体育科学》
【年(卷),期】2001(021)004
【摘要】人体整体及环节的转动惯量是研究人体运动生物力学的基本参数.本文将100多年来国内外对人体转动惯量的研究情况按尸体、活体和数学模型3种分类进行综述.不仅将前苏联、美国、德国等国外学者的研究进行对比,尤其是将近些年来引入计算机等先进科学技术后的人体转动惯量测量的新方法以及中国人的人体转动惯量参数研究方面取得的突破性进展作了重点介绍.
【总页数】6页(P81-86)
【作者】刘静民;仰红慧
【作者单位】清华大学体育教研部,;上海体育科学研究所,
【正文语种】中文
【中图分类】G804.61
【相关文献】
1.中国女性人体体段转动惯量的多元回归方程 [J], 石薇;石岫昆;吴伟;孙希化;刘明遥
2.人体转动惯量测试方法与中国人体惯性参数测定的必要性 [J], 刘北湘
3.基于身高和体重的人体转动惯量计算法 [J], 邱亚君;李建设
4.计算中国男性人体体段转动惯量的多元回归方程的研究 [J], 张大威;李浩;石岫昆;
孙希化;张洪涛
5.中国成年女子人体转动惯量的测量与比较 [J], 侯曼;王晓娟
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运动生物力学
运动生物力学一．基本概念：1、人体惯性参数：是指人体整体及环节的质量、质心（重心）位置、转动惯量及转动半径。
2、鞭打动作：人们把克服阻力或自体位移过程中，肢体依次加速与制动，使末端环节产生极大速度的动作形式成为鞭打动作。
3、力偶：是指一对大小相等、方向相反的平行力，如汽车司机两手作用于方向盘的力就是一个力偶。
4、转动惯量：是衡量物体（人体）转动惯性大小的物理量。
5、稳定角：是重力作用线和重心至支撑面相应边界的连线之间的夹角。
6、运动生物力学：是研究人体运动力学规律的科学，它是体育科学学科体系的重要组成部分。
7、图像解析：对运动员的技术进行拍摄完成后，将得到的影像资料进行数字化的处理，获取原始的运动学数据，这就是图像分析。
8、转动定律：刚体绕定轴转动时，转动惯量与角加速度的乘积等于作用于刚体的合外力矩。
9、人体重心：是人体各环节所受地球引力的合力作用点。
10、相向动作：是人体在腾空状态下动作主要表现的形式，如挺身式跳远空中动作过程、排球空中大力扣（发）球动作。
二、简答：1、试举体育实例说明影响人体转动惯量大小的因素有哪些？答：①质量大小。
质量越大转动变量越大。
如：要停住相同速度且相同体积的铅球与皮球，铅球不容易停住，是因为铅球的质量大，他的转动变量大，所以要改变他的状态就不容易。
②质量分布。
转轴一定时质量分布越远离转轴，转动惯量越大，反之则越小。
如：直体空翻比团身空翻难度大，是因为直体时，身体的质量分布离转轴较远，转动惯量较大。
③转轴的位置。
转轴离质心越远转轴惯性量越大，反之则越小。
如：同一运动员做单杠大回环和腹回环相比较，单杠大回环的转动惯量较大，是因为转轴位置的不同。
2、爆发式用力的体育项目中，为什么肌肉力量训练和速度训练等重要？答：爆发式用力的体育项目指的是在短时间内输出强大肌肉功率的体育项目而爆发力是指肌肉在工作时快速地将生物学能转化为机械能对外输出强大机械功率的能力。
即：P=F*V，有肌肉收缩力-----速曲线可知，当载荷为零时，即：F=0时，则肌肉收缩速度V最大，但此时功率很小；同样，当阻力增大到肌肉不能缩短时，则V=0，肌肉不做功，所以功率为零，根据希尔方程推论，只有当处于1/3。
体育科学研究方法——第六章体育科学研究论文的撰写与评价（讲稿）
体育科学研究⽅法——第六章体育科学研究论⽂的撰写与评价（讲稿）第六章体育科学研究论⽂的撰写与评价（讲稿）本章概要本章从体育科学研究论⽂的类型及特点；体育科学研究论⽂的基本结构与写作要求；毕业论⽂的报告与答辩；体育科学研究论⽂的评价等⽅⾯，重点论述了体育科学研究论⽂的撰写及毕业论⽂报告与答辩的基本要求与⽅法。
第⼀节体育科学研究论⽂的类型及特点科学研究论⽂是运⽤概念、判断、推理、证明或反驳等⼿段与⽅法，分析、表述科学研究成果的⽂章，是科学研究的记录和总结。
科学研究成果以论⽂形式完成并发表，是研究⼯作最终必不可少的⼀环，是宣布科研成果，体现劳动价值，并得到社会认可的基本⽅法。
⼀篇⾼质量的科学研究论⽂除了与选题、研究⽅法及研究对象、研究结果有关外，还于论⽂素材的组织与撰写、语⾔表达⽅式、论⽂基本格式等有直接关系。
科学研究论⽂作为科学研究成果的⼀种类型，对其价值作出客观正确的评价，既有利于科学研究成果的推⼴应⽤，也有利于科学的健康发展，是获得社会公认的必要和主要途径。
⼀、体育科学研究论⽂的类型体育科学作为⼀个学科群，各学科之间有着内在的、本质的联系，是⼀个有序的完整体系。
体育科学研究论⽂作为体育科学研究成果的⼀种类型，在对其进⾏分类时，必须遵循这⼀有序体系的内在本质属性和体系内部间固有的层次关系，为体育科研⼈员在体育科学研究过程中，确定研究⽅向，选择研究课题，制定研究计划，撰写学术论⽂提供⼀定的依据。
常见的体育科学研究论⽂分类主要有以下⼏种：㈠按相近学科性质分类⒈体育⾃然科学类论⽂体育的本质特点之⼀是通过⼈体的⾃⾝活动,增强体质,挖掘潜⼒，掌握运动技术技能。
在这⼀过程中不仅要研究⼈体的⽣物学特征，还要研究在运动条件下⼈体机能变化和适应过程。
体育⾃然科学类论⽂⼀般包括：⼈体解剖学、⼈体⽣理学、运动⽣物⼒学、运动⽣物化学等体育⽣物学科及体育技术学科的科研论⽂。
例如：《肌纤维组成的⽆损伤测定⽅法与仪器》、《中国青少年⼉童⾝体形态、机能与素质的研究》、《⾼原训练对我国游泳运动员的影响》、《乒乓球旋转的实验研究》、《男⼦单杠⼥⼦⾼低杠⾼腾越动作及其连续技术的研究》、《三级跳远运动员跨步跳踏跳效果的⽣物⼒学研究》、《体育锻炼对⼤学⽣⽆氧阈和最⼤吸氧量的影响》等论⽂均属于体育⾃然科学类论⽂。
最新2、第二章 人体生物力学参数人体惯性参数0
③数学模型计算法
数
方
法
人体/环节 质心（重心）
转动半径 R （R= J m ）
人
人
影响因素
体
体
惯 1.布拉温·菲舍尔模型——德国
参 人体重心位 性别、年龄、运动专项、体型、 性 2.松井秀治模型——日本
数
置
姿势、生理与心理
参 3.昌特勒模型——美国
的 特 转动惯量 征
可变性 瞬时性
数 4.扎齐奥尔斯基模型——苏联，
R
纵长环节的质心（重 心）大致位于纵轴上， 靠近近侧端关节。
环节质心（重心）半 径系数:即近侧端关节 中心至环节质心（重 心）的距离与环节长 度的比值。
半径系数=r/R
游
5. 转动惯量(J)
衡量物体（人体）转动惯性大小的物理量。
设物体（人体）转动部分由n个微小质量△mi构成，微小质量距
转轴的距离分别为ri。则转动惯量的定义式为：
n
J miri2
i 1
质量与转动惯量
质量是衡量平动惯性大小的物理量
VS
转动惯量是衡量转动惯性大小的物理量。
质量越小，平动越容易；
转动惯量越小，转动越容易。
游
转动惯量的影响因素
质
转
质
量
轴
量
分
位
布
置
人体转动过程中，质量较 恒定。因此J由质量分布 和转轴位置决定。
n
J miri2 i 1
生的？ 熟的？
2、第二章 人体生物力学参 数人体惯性参数0
游
游
游
游
游
3．人体质心（重心） 人体总质心：人体整体质量分布的加权平均位置。 人体重心：人体各环节所受地球引力的合力作用点。 质心是质量重心，重心是物体各部分所受重力的合力作用点。 物理意义不同，计算结果一致。
第二章 人体生物力学参数
第二章人体生物力学参数（潘慧炬）人体运动生物力学参数包括人体惯性参数、运动学参数、动力学参数以及生物学参数。
人体惯性参数是人体的基本物理参数之一，在运动生物力学、工效学及相关学科的研究中有着重要的作用。
例如：人体运动技术影像分析；体操、技巧、跳水等动作的设计；战斗机弹射座椅设计；伤残人假肢研制；宇宙飞船专用假人设计；汽车安全保护和检测；工厂厂房及载人器械和设备的护栏设计等。
运动学参数、动力学参数以及生物学参数则能描述人体运动的基本特征，因此对上述参数的测量研究一直备受人们关注。
第一节人体惯性参数人体惯性参数是指人体整体及环节的质量、质心（重心）位置、转动惯量及转动半径。
一、人体惯性参数特征（一）人体惯性参数特征量1. 质量质量是物体含有物质的多少，它是衡量物体平动惯性大小的物理量，用以描述物体保持原有运动状态的能力。
物体质量越大，保持原有运动状态的能力也越大。
反之，物体质量越小，保持原有运动状态的能力也越小。
质量是物体的固有属性。
质量是恒量，不管在地球任何地方，乃至于宇宙中，物体的质量始终一样。
质量是具有大小，但没有方向的标量。
人体各环节的质量叫做各环节的绝对质量，各环节绝对质量与人体质量之比叫做各环节相对质量。
2. 重量重量包括人体总重量和人体环节重量。
人体环节的重量称为环节绝对重量，环节绝对重量与人体总重量之比叫做环节相对重量，又称重量系数，后者消去了人的体重对指标的影响。
重量与质量有对应关系，但随着重力加速度g的变化，这种对应关系也随之变化。
物体的重量为W，物体的质量为m，重力加速度为g，则质量与重量之间的关系为：W=mg。
质心是物质的质量中心，重心是物体各组成部分所受重力的合力作用点。
3．人体质心（重心）人体总质心是指人体整体质量分布的加权平均位置。
人体重心是人体各环节所受地球引力的合力作用点。
两者物理意义不同，但计算结果一致。
在解剖学姿位，人体总重心在垂直轴上的位置是运动生物力学研究中的重要参数之一，也是表征运动员体型特点的指标之一。
惯性动作捕捉技术的应用领域研究分析
惯性动作捕捉技术的应用领域研究分析作为一门新兴的动作捕捉技术，惯性动捕的出现，打破了光学动捕占据市场绝对主导的行业格局，被视为动作捕捉界的新生力量。
基于惯性传感器系统的动作捕捉技术是一项融合了传感器技术、无线传输、人体动力学、计算机图形学等多种学科的综合性技术，技术门槛要求很高。
虽然惯性动作捕捉技术出现的时间并不长，但随着它在各行业中的使用，其卓越的性能很快就显示出来了。
惯性动作捕捉，是一种新型的人体动作捕捉技术，它用无线动作姿态传感器采集身体部位的姿态方位，利用人体运动学原理恢复人体运动模型，同时采用无线传输的方式将数据呈现在电脑软件里。
惯性动作捕捉系统出现之前，最常见的是光学动捕技术。
它是通过在演员身上贴marker点，然后用高速摄像机来捕捉marker点的准确位移，再将捕捉数据传输到电脑设备上，由此完成动作捕捉的全过程。
光学动捕的整套设备的成本极为昂贵，架设繁琐，易受遮挡或光干扰的影响，给后期处理工作带来很多麻烦。
对于一些遮挡严重的动作来说，光学动捕无法准确实时还原例如下蹲、拥抱、扭打等动作。
而基于惯性传感器系统的动作捕捉技术的出现，大大改善了这一现状。
和光学动捕技术相比，惯性动作捕捉技术有着对捕捉环境的高适应性，它的技术优势、成本优势和使用便捷的优势，使得它在各行业有着优异的表现。
在影视动画、体验式互动游戏、虚拟演播室、真人模拟演练、体育训练、医疗康复等领域，惯性动作捕捉系统都有着明显优于其他设备的特点。
1.惯性式动作捕捉系统原理动作捕捉系统的一般性结构主要分为三个部分：数据采集设备、数据传输设备、数据处理单元，惯性式动作捕捉系统即是将惯性传感器应用到数据采集端，数据处理单元通过惯性导航原理对采集到的数据进行处理，从而完成运动目标的姿态角度测量。
在运动物体的重要节点佩戴集成加速度计，陀螺仪和磁力计等惯性传感器设备，传感器设备捕捉目标物体的运动数据，包括身体部位的姿态、方位等信息，再将这些数据通过数据传输设备传输到数据处理设备中，经过数据修正、处理后，最终建立起三维模型，并使得三维模型随着运动物体真正、自然地运动起来。
运动生物力学
知识点：1，同一物体绕许多平行轴的转动惯量，以绕通过质心的轴的转动惯力量最小。
2，田径运动员在起跑线上处于“各就位”姿势时，所选的起跑器属于惯性参照系。
3，运动器械飞行时绕其纵轴以一定的角速度旋转，可产生定向作用，增强飞行的稳定性。
4，在体育运动中有广泛的应用，各种上旋、下旋、侧旋球的特殊轨迹的形成都是源于马格努斯效应。
5，人体运动的运动学特征包括：时间特征、空间特征、时空特征；动力学特征包括：力的特征、能量特征、惯性特征。
6，流动的阻力可分为：摩擦阻力、压差阻力、兴波阻力和惯性阻力。
7，力矩是度量力对物体作用时产生转动效果的物理量。
8，对于粘弹性材料，若令应力保持一定，物体的应变随时间的增加而增大，这种现象成为蠕变。
9，运动生物力学研究的核心是人体运动动作。
10，起跳动作的实质是使运动员如何获得尽可能大的垂直速度。
11，肌肉结构的力学模型由收缩成分、并联弹性成分、串联弹性成分三部分组成。
12，根据力和力矩由不同方向施加于物体上，可将载荷分为：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转和复合载荷。
13，根据平衡的稳定程度可把平衡分为：稳定平衡、不稳定平衡、有限度的稳定平衡和随遇平衡。
14，转动运动中描述角量的物理量有：时间、角位移、角速度、角加速度。
15，人体惯性参数是指人体整体及环节的质量、质心位置、转动惯量以及转动半径。
16，转动惯量是度量转动物体惯性大小的物理量。
问答：1，肌电测量时的注意事项有哪些？（1）电极必须固定稳妥。
表面电极安置部位要准确，同一个受试者、同一块肌肉在几次测量中必须将电极安置在同一位置。
（2）不同项目受试者的同一肌群的肌电图可能不同。
（3）同一项目不同受试者的准备活动的时间、运动量要统一。
（4）同一受试者进行多组测试时，要掌握好组间间隔。
（5）要充分考虑皮肤阻抗、体重、环境温度等对测量结果的影响。
2，骨骼肌三元素模型各元素生理作用机制？（1）收缩成分。
由肌小节的肌球蛋白和肌纤蛋白微丝组成，在静息状态下其应力为零，但长度可以自由伸缩。
人体运动特征参数的提取与分析研究
人体运动特征参数的提取与分析研究人体运动是指人体在空间中的各种活动，可以分为正常活动和运动训练两大类。
无论是哪一类，人体运动的特征参数是非常重要的。
通过特征参数的提取与分析，可以了解人体运动的状态和特征。
本文将探讨人体运动特征参数的提取与分析研究。
一、人体运动特征参数人体运动特征参数包括很多方面，如身体姿态、肢体角度、运动速度、加速度、力量、功率、心率等。
这些参数对于人体运动的状态以及锻炼效果的评估都非常重要。
以肌肉功率为例，肌肉功率是根据肌肉力量和肌肉收缩速度计算得出的，它是评估肌肉力量锻炼效果的主要指标之一。
在进行运动训练时，通过测量肌肉功率的变化，可以判断肌肉的适应性和训练效果。
二、人体运动特征参数的提取人体运动特征参数的提取通常需要借助传感器和计算机技术。
以身体姿态为例，可以使用惯性测量单元（IMU）或者深度相机等传感器来采集人体姿态数据，然后通过计算机算法提取身体姿态的特征参数。
在肢体角度的提取中，可以使用陀螺仪和加速度计等传感器来测量肢体角度，并利用计算机算法进行数据的分析和处理。
通过这些传感器和计算机技术，不仅可以提取各种运动特征参数，还可以对运动过程中的数据进行实时监测和记录。
三、人体运动特征参数的分析人体运动特征参数的分析是对提取出来的数据进行深入的研究和分析。
常用的分析方法有时间序列分析、频域分析、小波变换分析等。
在时间序列分析中，可以通过统计学方法对数据的平均值、方差、标准差等进行分析。
在频域分析中，可以利用快速傅里叶变换（FFT）等方法将信号从时域转换为频域，并对数据进行频率分析。
在小波变换分析中，可以使用小波分解和小波重构等方法对数据进行变换和分析。
这些分析方法可以深入探究数据中的规律性和不规律性。
四、应用领域人体运动特征参数的提取与分析在很多领域中都有应用。
在医疗领域中，可以利用人体运动特征参数的提取与分析来研究各种运动障碍，如帕金森病、中风等，以便更好地指导患者的康复训练。