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龙图腾网获悉北京理工大学申请的专利基于增强现实的多视角脊柱生物力学动态分析方法及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：CN116029139B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-12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：202310058950.9，技术领域涉及：G06F30/20；该发明授权基于增强现实的多视角脊柱生物力学动态分析方法及系统是由杨晓楠;毛婉婷;杨文瀚;胡耀光;李承舜设计研发完成，并于2023-01-16向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于增强现实的多视角脊柱生物力学动态分析方法及系统在说明书摘要公布了：本发明公开的一种基于增强现实的多视角脊柱生物力学动态分析方法及系统，属于人机交互与生物力学领域。本发明的系统包括中心客户端和增强现实客户端。中心客户端包括脊柱生物力学分析模块和可视化交互模块，分别为中心客户端用户提供人体腰骶部受力的动态评估和可视化的实时信息反馈。增强现实客户端为增强现实客户端用户提供手势交互方式，实现在增强现实场景中相应的交互动作行为，用户基于交互系统，通过手势选择模型并将选择的模型下载到当前环境中，通过手势与下载的模型进行交互；通过搭建动作捕捉环境，对增强现实客户端用户人体作业姿势的实时采集，实现虚拟人体模型的实时运动仿真。本发明能够优化作业姿势，减少脊柱骨骼肌肉疾患。

本发明授权基于增强现实的多视角脊柱生物力学动态分析方法及系统在权利要求书中公布了：1.一种基于脊柱生物力学的腰骶部受力分析方法，其特征在于：包括如下步骤， 步骤一、建立人体力学模型；采用人体节段加铰链关节的多刚体球棍模型建立人体力学模型，简化后的人体模型共有13个主要身体节段和12个运动关节，所述主要身体节段包括头部-颈部-脊柱、左上臂、右上臂、左前臂、右前臂、左手、右手、左大腿、右大腿、左小腿、右小腿、左足部、右足部，所述12个运动关节包括身体对称的肩关节、肘关节、腕关节、髋关节、膝关节、踝关节；身体节段为具有质量的棍状刚体结构；人体关节近似为球形铰链结构，用于连接并驱动人体模型的身体节段进行旋转运动；模型各节段的相对质量、相对长度与质心相对位置均由标准人体比例模型得出； 步骤二、建立人体骨骼层级结构；将人体骨骼之间没有相对位移，因此等效为一个完整的刚体，而人体骨架是由多个这样的“刚体”组成的；骨头的活动部分被称为关节，关节连接着“刚性骨架”的不同部分，所述部分围绕关节的运动被等效为刚性体围绕结点的空间旋转；基于对骨间运动的分析，全身运动被描述为骨骼刚体围绕关节的旋转运动；人体各部分的运动是相互串联、相互影响的，上级关节的运动直接影响到下级骨骼的位置，即上臂的运动直接影响到前臂的位置；人体运动表达形式就是子骨骼相对于父骨骼之间的旋转变化，为了便于分析人体运动和父子骨骼间的所属，建立人体骨骼层级结构； 将人体上肢分为三部分——上臂、前臂和手，对应驱动关节为肩、肘和腕关节；将人体下肢分为三部分大腿、小腿和足部，对应驱动关节为髋关节、膝关节和踝关节；由于不需要分析人体手掌和脚掌处运动，故不对二者进行细分；头和躯干的骨骼层级结构也不需要细分； 步骤三、分析腰骶部受力情况；以人体解剖轴为参考建立如下坐标系：x轴为人体矢状轴，指向为人体正面朝向；y轴为人体垂直轴，指向竖直向上；z轴为人体冠状轴，其指向与x轴和y轴指向满足右手笛卡尔坐标系； 根据静力学平衡原理，人体上某一关节所承受的力与力矩均由人体重力以及外部载荷重力产生，则在各时刻静止的条件下，作用在人体矢状面上的力和力矩满足： ∑FX＝0，∑FY＝0，∑MZ＝01 其中，FX为矢状面上沿x轴方向上的力；FY为矢状面上沿y轴方向上的力；MZ为矢状面上指向z轴方向的力矩； 对于双手作业任务，进行人体矢状面内各环节的受力分析： 根据静力学平衡定理对各节段进行局部受力分析得： 左前臂： 右前臂： 其中：为左臂所承受的载荷力； 为右臂所承受的载荷力； 为左肘关节对左前臂的施加的作用力； 为右肘关节对右前臂的施加的作用力； 为左肘关节对左前臂的施加的力矩； 为右肘关节对右前臂的施加的力矩； FLA为前臂自身的重力； L1为左臂载荷力矢量作用线与左前臂自身重力作用线的水平距离； R1为右臂载荷力矢量作用线与右前臂自身重力作用线的水平距离； L2为左前臂自身重力作用线与左肘关节对左前臂的施加的力作用线的水平距离； R2为右前臂自身重力作用线与右肘关节对右前臂的施加的力作用线的水平距离； 左上臂： 右上臂： 其中：为左前臂对左肘关节的反作用力； 为右前臂对右肘关节的反作用力； 为左前臂对左肘关节的反作用力矩； 为右前臂对右肘关节的反作用力矩； FUA为前臂自身的重力； 为左肩关节对左上臂的施加的作用力； 为右肩关节对右上臂的施加的作用力； L3为左前臂对左肘关节的反作用力作用线与左上臂自身重力作用线的水平距离； R3为右前臂对右肘关节的反作用力作用线与右上臂自身重力作用线的水平距离； L4为左上臂自身重力作用线与左肩关节对左上臂的施加的力作用线的水平距离； R4为右上臂自身重力作用线与右肩关节对右上臂的施加的力作用线的水平距离； 脊柱： 其中：为左上臂对左肩关节的反作用力； 为右上臂对右肩关节的反作用力； 为左上臂对左肩关节的反作用力矩； 为右上臂对右肩关节的反作用力矩； FT为躯干自身重力； F′L5S1为L5S1椎间盘对L5椎骨的反作用力； M′L5S1为L5S1椎间盘对L5椎骨的反作用力矩； T5为肩关节与躯干自身重力作用线的水平距离； T6为躯干自身重力作用线与L5S1椎间盘对L5椎骨的反作用力作用线的水平距离； 根据式2、式3、式4、式5、式6、式7可得，操作人员在进行双手作业时，L5S1椎间盘受力FL5S1和力矩ML5S1的计算表达式为： 参考腰骶部矢状面内的受力模式，以L5S1椎间盘联合中心为轴心，背部肌肉张力Fm对轴心的力臂为xcm，a为脊柱轴向与水平面之间的夹角；根据静态生物力学平衡原理，对于L5S1椎间盘进行如下受力分析： FMuscle＝ML5S10.01x10 FCompression＝FMuscle+FL5S1*cosa11 FShear＝FL5S1*sina12 式中：FMuscle为后背肌肉张力；FCompression为L5S1椎间盘轴向压缩力；FShear为L5S1椎间盘横向剪切力； 通过脊柱生物力学方法，结合动作捕捉设备实时采集的人体姿势数据，实现对人体在不同姿势下腰骶部矢状面上受力情况的分析，进而实现作业姿势的评估与优化。

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