• 沒有找到結果。

最佳化前後之比對

一、腕水平速度、加速度與施力矩總和

本研究設定動作全期內,腕關節水平加速度總合之最大值為目標函數,由最 佳化前該值為 0.66 m/s2變成最佳化後的 177.79 m/s2,由圖 4-12 可知,最佳化後,

腕關節的水平速度產生了兩個明顯的極值,第二個極值發生時間 (0.5867 秒) 較 最佳化之前 (0.5833 秒) 延後了 0.0034 秒,速度 (2.2963 m/s) 較最佳化之前 (2.044 m/s) 增加了 0.2519 m/s。而腕關節水平加速度也產生了兩個極值,第一個 極值(9.6843 m/s2 ) 發生在 0.2967 秒處,與最佳化之前的第一個極值 (4.5306 m/s2) 時間點相同,第二個極值出現時間 (0.5067 秒) 較最佳化之前 (0.52 秒) 提早了 0.0133 秒,加速度 (23.827 m/s2) 比最佳化之前 (12.797 m/s2) 增加了 11.03 m/s2。 此外,與最佳化前相比,施力矩總和的最大值增加 (0.11985 → 0.21458 %N) ; 施力矩總和在動作末期比最佳化前較小。

AnyBody 藉由速度值反覆增加與減少來達成在有限制的動作下提升加速度 的目的;速度呈現負值表示在此時期有往後的動作,以獲得之後能產生更大的往 前動作的空間。而加速度值的增加,也使加速的速度變快,減速的速度變慢,以 產生更多的動量。此外,本研究中,施力矩總和代表在該時間,每一個力矩產生 器 (本研究中為 AnyGeneralMuscle) 所產生的力矩佔其最大值的百分比總和,整 個動作中,施力矩總和的極大值發生在 0.4 秒附近,正是腕關節由向前移動轉而 向後移動的期間,表示此行為動用了較大的施力矩總和。

34

35

二、關節角運動學

由圖 4-13、14、15 看出,最佳化後的後腳踝有較小的足背屈,在動作後期 有較小的蹠屈速度;而在 0.3333 秒之前,後腳踝的背屈速度變化呈現先增加再 減少,然後再增加的現象。後腳膝則是保持在微屈 (小於 20.6∘) 的狀態,動作 範圍僅達 12.18∘,開始伸展的時間較最佳化之前延後了 0.0233 秒;而從角速度 曲線可較為清楚地看出,最佳化之後,後腳膝在 0.2~0.4 秒間多了一個屈曲速度 變慢再加快的動作。後腳髖則是在 0.3 秒之前由最佳化前的微屈曲變成微伸展;

由角速度可看出,後腳髖在最初及 0.25~0.5 秒間的屈曲呈現兩段式的速度改變。

從後腳的部分也可看出,AnyBody 藉由動作速度的重複增減,達成在固定 時間內以及有限制的動作 (即動作趨勢不變) 下改變角加速度的目的,關節的角 加速度即對腕關節的水平方向加速度產生貢獻,而角加速度的變化亦反應出關節 力矩驅動關節的策略。

36

Left Ankle Angle

NonOpt

Left Ankle Angular velocity

NonOpt

Left Ankle Angular acceleration

NonOpt

Opt

37

Left Knee Angle

NonOpt

Left Knee Angular velocity

NonOpt

Left Knee Angular acceleration

NonOpt

Opt

38

Left Hip Angle

NonOpt

Left Hip Angular velocity

NonOpt

Left Hip Angular acceleration

NonOpt

Opt

39

由圖 4-16、17、18 看出,最佳化後的前腳踝、膝的角度,曲線型態變化的 較少,踝背屈較最佳化之前小;但在動作最初由蹠屈轉背屈的階段是採用較為突 然的方式,膝屈曲僅較最佳化之前略小;踝背屈極值發生提早了 0.0033 秒,膝 屈曲極值延後了 0.0067 秒發生。除了 0.1~0.25 秒之間,大部分時間踝關節的動 作速度都比最佳化之前小,而 0.1~0.25 秒時較快的踝背屈速度有利於重心前移。

前腳髖關節則並未參與驅動模型的工作,因此其在最佳化之後的變化僅是為 了配合肢段動作而產生,由髖角度發現,屈曲的角度都小於最佳化之前,屈曲極 值出現的時間 (0.5433 秒) 比最佳化之前 (0.5567 秒) 提早了 0.0134 秒,亦即動 作後期髖的伸展提早了 0.0134 秒,此現象由角速度曲線可清楚看出。

40

Right Ankle Angle

NonOpt

Right Ankle Angular velocity

NonOpt

Right Ankle Angular acceleration

NonOpt

Opt

41

Right Knee Angle

NonOpt

Right Knee Angular velocity

NonOpt

Right Knee Angular acceleration

NonOpt

Opt

42

Right Hip Angle

NonOpt

Right Hip Angular velocity

NonOpt

Right Hip Angular acceleration

NonOpt

Opt

43

如圖 4-19、20、21,從角速度曲線發現,最佳化後腰部在 0.15 秒之前,呈 現了屈曲的動作,而伸展速度極值也大於最佳化之前;由角加速度曲線則可看出,

在 0.4 秒附近動用了較多的力矩來讓腰部產生伸展的動作,此時也正是腕關節向 後移動的時刻。

在肩關節的部分,最佳化後的肩關節顯示出伸展再屈曲,再伸展再屈曲的動 作,其中第一次屈曲是最佳化之前所無,而最佳化之後肘關節再次開始屈曲的時 間點較最佳化之前延後了 0.0366 秒。而肘關節在最佳化前後差異極小,顯示肘 關節的伸展並非腕關節加速度改變的原因。

44

Waist Angular velocity

NonOpt

Waist Angular acceleration

NonOpt

Opt

45

Shoulder Angular velocity

NonOpt

Shoulder Angular acceleration

NonOpt

Opt

46

Elbow Angular velocity

NonOpt

Elbow Angular velocity

NonOpt

Opt

47

相關文件