浙江大学宁钢民获国家专利权
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龙图腾网获悉浙江大学申请的专利一种实时自适应的人体肌肉骨骼建模与肌肉力仿真系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120805529B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-28发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202511310138.6,技术领域涉及:G06F30/20;该发明授权一种实时自适应的人体肌肉骨骼建模与肌肉力仿真系统是由宁钢民;王道源设计研发完成,并于2025-09-15向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种实时自适应的人体肌肉骨骼建模与肌肉力仿真系统在说明书摘要公布了:本发明公开了一种实时自适应人体肌肉骨骼建模与肌肉力仿真系统,属于计算机视觉领域。所述系统包括多传感器数据采集模块、时空校准模块、三维力预测模块、实时建模与参数调整模块、肌肉力仿真模块和数据可视化模块,该系统通过采集人体关节点的位置和压力分布数据并汇总,实现时空校准融合,建立关节图结构和体段图结构,通过特征提取与融合得到时空特征,预测三维足臀底压力,并构建包含肌肉几何路径的人体肌肉骨骼模型,实时优化模型参数,建立联合目标函数计算肌肉激活度,完成肌肉力仿真。本发明提供的系统能够直接建立肌肉与骨骼的连接,提高了个体适应性,改善了肌肉激活分布的生理合理性,实现高精度的实时肌肉力仿真分析。
本发明授权一种实时自适应的人体肌肉骨骼建模与肌肉力仿真系统在权利要求书中公布了:1.一种实时自适应人体肌肉骨骼建模与肌肉力仿真系统,其特征在于,包括: 多传感器数据采集模块,其包含深度相机、足底压力传感器阵列、臀底压力传感器阵列及数据采集端,用于同步采集人体关节点的位置和压力分布数据; 时空校准模块,其采用空间校准算法,通过在深度相机视野中点击压力传感器阵列特征点建立坐标系映射关系,实现多个坐标系的空间校准融合; 三维力预测模块,其通过从压力分布数据中提取压力分布特征,基于压力分布特征与人体关节点的位置构建关节图结构和体段图结构,关节图结构和体段图结构分别通过图注意力网络和时间卷积网络提取空间特征和时序特征并进行特征融合,预测三维足臀底压力; 实时建模与参数调整模块,用于基于人体关节点的位置,构建包含肌肉几何路径的人体肌肉骨骼模型,根据实际测量的肌肉长度范围,实时优化人体肌肉骨骼模型参数,输出合理的肌肉长度和速度,其中,所述的实时优化人体肌肉骨骼模型参数包括初步参数调整和参数精调; 所述初步参数调整,包括:通过线性缩放预处理算法对人体肌肉骨骼模型参数进行初步调整,线性缩放的计算公式为: 新最优纤维长度=原最优纤维长度×k+b, 长度比值 长度截距 其中,为第i块肌肉的实测肌肉长度,为第i块肌肉的预测肌肉长度; 所述参数精调,包括:建立包含最大长度归一化偏差项、最小长度归一化偏差项、均匀分布项及正则项的多目标最优函数对肌肉参数进行精细调整,用于使归一化肌肉长度和速度在合理生理范围内,并保持肌肉力学特征的生物学合理性,计算如下: 其中,lo,i为第i块肌肉的最优纤维长度,ls,i为第i块肌肉的肌腱松弛长度,为第i块肌肉在原始人体肌肉骨骼模型中的最优纤维长度初始值,为第i块肌肉在原始人体肌肉骨骼模型中的肌腱松弛长度初始值,N为优化的肌肉总数,α1、α2、β、和γ分别为各项对应的权重系数,Var为方差; 肌肉力仿真模块,用于通过人体关节点的位置和三维足臀底压力计算人体关节矩,基于计算的人体关节矩并结合合理的肌肉长度和速度,建立联合目标函数计算肌肉激活度并得到对应的肌肉力,完成肌肉力仿真。
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