人体骨骼数字孪生的构建方法及应用

摘要

新一代智能制造中始终坚持以人为本的理念，其目的是要服务与满足人们的美好生活需求。人体数字孪生作为实现人机交互、健康监测的一种有效手段，通过由物理空间至虚拟空间的动态映射，实现在生产制造活动中人-机-环境的闭环交互。本文通过分析人-机-环境融合下的人体骨骼数字孪生的构建难点，基于机理模型、人工智能算法、数据填充技术、反向运动学技术四种关键技术，提出一种面向人体骨骼的数字孪生框架；并以人体腰椎为典型案例，实现了生产过程中人体腰椎力学性能的实时监测，从而验证了所提出框架和技术路线的可行性；最后，讨论“人本智造”下的人体数字孪生的难点和未来发展方向。面向复杂的人机交互环境，实现数字孪生的远距离感知、自主学习以及智能反馈是“人本智造”背景下的必经之路。基于“以人为本”的发展理念，在生产活动中提高人体数字孪生的进一步应用，从而促进智能制造的发展和完善。