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방법 논문

테스트 침대 헬멧 적합 및 보존 및 머리와 목 부상 시뮬레이션된 영향의 Biomechanical 측정 검사

8.7K 조회수

⸱

DOI:

10.3791/56288

⸱

2017년 9월 21일

 ,  , 
1Department of Mechanical Engineering, University of Alberta

이 논문에서

요약

인체 머리와 목에 사용 하 여, 광섬유 기반 맞춤 트랜스듀서, 머리 가속 및 목 힘/순간 트랜스듀서, 배열 하 고 듀얼 높은 속도 카메라 시스템, 우리가 제시 헬멧 보존에 biomechanical 효과 공부 하 고 테스트 베드 머리와 목 상해 보조 머리 영향의 측정 한다.

초록

전통적인 지혜와 국제 헬멧 테스트 및 인증 표준에서 언어 것이 좋습니다 적절 한 헬멧에 맞는 영향 동안 보존 영향 이용한 부상에서 헬멧 착용을 보호에 중요 한 요소입니다. 이 원고는 인체 시험 장치 (ATD) headform 가속 변환기의 배열 시뮬레이션된 helmeted 영향의 분석을 통해 다른 헬멧에 맞는 시나리오에서 영향 이용한 부상 메커니즘을 조사 하 고 목에 힘을 목표로 / 순간 변환기, 듀얼 고속 카메라 시스템, 그리고 헬멧 맞춤 힘 센서에서 광섬유 브래그 격자 기반 연구 그룹에서 개발. 미치는 영향을 시뮬레이션 하는 계측된 headform과 유연한 목 모 루에 선형 가이드 레일을 따라가. 테스트 베드 8.3 m/s, 영향 표면에 평평 하 고 각도에 속도 머리 충격 시뮬레이션을 수 있습니다. headform 충돌 헬멧은 고 헬멧 위치 인덱스 또는 헬멧 크기 컨텍스트 특정 조정 함으로써 여러 맞는 시나리오를 시뮬레이션할 수 있습니다. 계량 헬멧 보존, 머리에 헬멧의 움직임 게시물 임시 이미지 분석을 사용 하 여 정량 이다. 머리와 목 부상 잠재적인 계량, biomechanical 측정 headform 가속 및 목 힘/순간에 따라 측정 됩니다. 설립된 인간의 허용 곡선, 비교를 통해이 biomechanical 측정 심각한 생명을 위협 하거나 가벼운 확산 뇌 손상의 위험을 예측할 수 있습니다 그리고 osteoligamentous 목 부상. 우리의 지식, 제시 시험대 맞는 헬멧 및 보존 머리와 목 상해에 biomechanical 효과 평가 하기 위해 특별히 개발 된이 처음 이다.

서론

가장 역학 증거 제안 자전거 헬멧 모든 연령대1사이클에 대 한 머리 부상에 대 한 보호 기능을 제공 합니다. Biomechanical 문학 helmeted 머리 격려 상대적으로 덜 심각한 머리/뇌 손상 보호 (유엔 helmeted) 헤드2상대적인 영향을 보조 하 고 일관 된 테마를 제공 합니다. 일부 연구 가난한 헬멧 맞는 머리 부상3, 헬멧은 가장 효과적인 때 제대로 맞게 암시의 위험 증가와 관련을 나왔다. 좋은 헬멧 맞춤을 정의 하는 데 사용 하는 기준에 따라 잘못 된 헬멧 사용 helmeted 사이클3중 64%로 높은 것으로 밝혀졌다. 역학 증거 맞는 그 헬멧은 심각도 또는 영향에 머리 부상의 가능성에 관련 된 제안에 불구 하 고는 최소한의 실험적인 작품 평가 제어 된 실험실 설정에서 올바른 헬멧 적합 여부 또는 헬멧 보존 상해의 biomechanical 측정에 상당한 효과가 있다. 한 연구 조사의 유한 요소 모델4시뮬레이션 helmeted 영향 동안 오토바이 헬멧 크기 효과 관련. 다른 관련 연구 조사 실험 영향5 축구 헬멧에 맞는 세력을 계량 압력 민감한 필름을 사용 하는 동안 동안 헬멧 크기 조정의 효과. Preadolescents6이전 버전과 맞는 시나리오 뿐 아니라 조사6,7, 자전거와 오토바이 헬멧 영향에 보존 시스템의 영향이 되었습니다.

우리의 작업 제안 자전거 헬멧의 효과 연구 하는 방법을 맞게 헬멧 힘 센서와 상해의 위험에 적합, 인체는 머리와 목, 그리고 입체 고속 카메라에 미치는 영향을 시뮬레이션 합니다. 우리의 제안 된 방법의 목표는 맞는 계량 하 고 다른 현실적인 영향 시나리오에 상해의 위험을 평가 하는. 관련된 방법 달리 우리의 일 맞는, 적절 한 헬멧 사용 다양 한 자전거 헬멧을 조사 합니다. 이전에 비슷한 방법, 머리 운동학 결정 됩니다; 그러나, 목 로드 및 머리 헬멧 변위는 정량도. 비록 자전거 목 부상의 역학 있듯이 목 상해 공통 되지 않습니다, 그들은 더 심각한 머리 영향 및 입원8,9관련 된 경향이 있습니다. 증거 헬멧 사용 목 부상8 의 속도 감소 하는 여부에 혼합 하 고 인용된 역학 연구의 계량에 맞게 헬멧의 측면. 사이클링에 목 부상 더 심각한 사고와 연결 경향이 있고 그 헬멧에 맞는 목 상해 역학에 검사 하지 사실, 고려 머리와 목 상해 검사 방법 biomechanical 연구에 귀중 한 있습니다. 이러한 실험 방법은 biomechanical 연구 충격 심각도 또는 헬멧에 맞는 모든 경우 컨트롤에 수 없는 역학 연구를 보완 하는 사용 될 수 있습니다.

우리의 일에 영향 동안 머리와 헬멧 사이 상대 움직임을 모니터링 하는 새로운 방법 개발 되었습니다. 머리에 헬멧 이동 여부를 모니터링 하는 기능 영향 동안 부상에 헬멧 안정성과 보호 되지 않는 머리의 노출에 대 한 귀중 한 통찰력을 줄 수 있습니다. 맞는 헬멧을 조사 하는 연구에서 헬멧 안정성과 머리 노출 헬멧 성능 평가에서 특히 중요 한 있습니다. 관련된 작업, 다른 영향 및 맞춤 달리 다양 한 헬멧 위치 강조 시나리오 테스트 됩니다.

현재, 맞는 올바른 헬멧은 주관적이 고 nonspecifically 정의. 일반적으로, 좋은 헬멧 맞는 안정성과 위치 특징 이다. 헬멧, 머리에 한 번 확보 운동에 저항 그리고 눈 썹 적용 되지 않습니다와 마 지나치게 노출 되지 않습니다 그런 위치 해야 합니다. 또한, 한 손가락 폭 약 턱과 스트랩3사이 적합 해야 한다. 맞는 측정 헬멧의 측정은 널리; 힘, 이외의 방법 헬멧 맞는 비교할 수 있습니다 머리와 헬멧 형상 비교에 기반. 하나 같은 방법은 Ellena 연구진이 제안한 헬멧에 맞는 인덱스 10. 우리의 제안된 방법 헬멧 맞춤, 맞춤된 힘 센서, 측정의 평균의 형태와 머리에가 해지는 힘의 표준 편차 다른 헬멧에 맞는 시나리오를 비교 하는 객관적인 방법을 만듭니다. 이러한 맞춤 강제 값 대표 압박감의 변화 뿐만 아니라, 헬멧의 압박감 머리에 경험. 이 센서는 다른 맞는 시나리오 사이 할 수 있는 세력의 정량된 비교를 제공 합니다. 보안 꽉 끼는 헬멧 느슨한 헬멧 낮은 힘을 보여줄 것입니다 하는 동안 더 높은 힘을 보여줄 것 이다. 맞는 힘 측량의이 방법은 Jadischke5에 의해 제안 된 평균 맞는 인덱스와 비슷합니다. 그러나, Jadischke의 방법 압력 민감한 필름을 이용 한다. 우리는 현재 광학 센서 머리 또는 헬멧 주위 적합된 힘의 겸손 한 측정 허용.

헬멧의 인증에 대 한 헬멧은 삭제할 특정 높이에 발생 하는 계측된 headform에 확보 됩니다. 머리와 헬멧은 다음 모 루에 자유 낙하 드롭 선형 가속도 기록 하는 동안. 전형적으로 헬멧 업계 표준에서 사용 되, 하이브리드 III 머리 (headform)와 목 어셈블리에 미치는 영향을 시뮬레이션 가이드 드롭 타워와 함께이 작품에서 사용 되었다. 일반적으로 선형 운동학을 사용 하는 표준, 달리 headform 속도계 배열 또한 회전 운동학, 확산 뇌 손상, 뇌 진 탕11 등의 가능성을 예측 키 매개 변수 결정 수 있습니다. . 선형 가속 및 회전 가속도 및 속도의 측정을 통해 심각한 초점 및 확산 머리 부상의 견적 할 수 있다 운동학 문학에서 여러 제안 된 기구학 기반 부상 평가 방법에 비교 하 여 12 , 13. 헬멧 평가 및 helmeted 영향에 머리 부상 위험 추정에의 사용은 잘되는2,14는 headform 자동차 충돌 테스트를 위해 원래 개발 되었다, 하는 동안. 영향 시뮬레이션 설치 또한 힘 및 순간 목 상해와 관련 된 측정 하는 상단의 목 로드 셀을 포함 합니다. 목 부상 위험 다음 자동차 상해 데이터12,13에서 부상 평가 데이터를 목 론을 비교 하 여 추정 될 수 있습니다.

고속 비디오 영향 동안 헬멧 머리를 기준으로 움직임을 추적 하는 방법 또한 제시 된다. 현재, 아니 양적 방법 영향 동안 헬멧 안정성을 평가 하기 위해 존재 합니다. 소비자 제품 안전 위원회 (CPSC)15 자전거 헬멧 표준 위치 안정성 테스트에 대 한 호출 하지만 영향을 대표 하지 않습니다. 또한, 시험에 의해 측정 하는 유일한 결과 헬멧 여부는 headform 벗기. 머리 부상에 노출에 헬멧에 테스트 중에 headform 유지 여전히 통과할 수 있습니다. 헬멧 움직임을 추적 하는 제안 된 방법 헬멧 위치 지 수 (HPI)15 비슷합니다 고 헬멧의 테두리와이 마 사이 거리를 측정 합니다. 이 머리 헬멧 변위 영향 동안 헬멧 안정성과 머리 노출의 표현을 얻기 위하여 영향을 통해 고속 영상을 사용 하 여 추적 됩니다. 직접 선형 변환 (DLT)16 및 단일 값 분해 (SVD)17 메서드를 사용 하 여 마커 2 카메라에서 추적3 차원 공간 그리고 헬멧과 머리 사이의 상대 변위에서 지점 위치를 결정 합니다.

여러 영향의 심각도 맞는 매개 변수 조사는. 영향 시나리오 영향 속도, 모 루, 표면과 몸통 처음 및 머리 처음에 미치는 영향을 영향을 미치는 두 가지 포함 됩니다. 전형적인 평면 모 루 표면 뿐만 아니라 각된 모 루 영향은 접선 힘 구성 요소를 유도 하는 것 또한 시뮬레이션 됩니다. 머리 먼저 영향을 반대로 몸통 우선 영향 있는 라이더의 어깨 머리, 마찬가지로 이전 작업18에서 수행 하기 전에 지상 영향 시나리오를 시뮬레이션 하기 위해 포함 됩니다. 마지막으로,이 4 개의 헬멧에 맞는 시나리오 조사: 일반 적합, 대형된 맞는, 앞으로 맞춤 및 이전 버전과 맞는. 이전 작업, 달리 헬멧은 머리에 위치 이며 조사 매개 변수 뿐만 아니라 헬멧 맞는 헬멧 크기 조정.

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프로토콜

1. 헬멧에 맞는 시나리오 배열

  1. 정의 시나리오 공부를 해야 인체 시험 장치 머리와 목 (하이브리드 III 50 백분위 수) 575 m m의 머리 둘레에 맞게.
    참고: 4 개의 맞는 시나리오의 예 표 1에 헬멧 위치 그림 1에 표시 됩니다. 앞뒤로 맞는 시나리오 정의 눈 썹을 덮고 안이나이 마 3 노출로 적절 한 헬멧 위치 지정 이전의 역학 연구에서 정확한 헬멧 사용의 기반으로 했다.
  2. 각 시나리오에 대 한 표시에 맞는 헬멧 시나리오 지속적으로 반복 되도록 headform 각 헬멧 위치.
  3. CPSC 인증된 헬멧, 보편적이 고 대형 크기에서 사용할 수 있는 모든 시나리오에 맞게 사용.
    참고: 제조업체 제공 맞춤된 가이드에 따르면 보편적인 크기 가장 적절 하 게 맞는 headform 둘레.
    4. 각 시나리오 맞는, 계속 다른 맞는 일관 된 매개 변수. 특히, 턱 아래 약 1 개의 손가락 폭을 두고 손을 강화 맞는 보안을 유지 하기 위해 조정 가능한 다이얼을 스트랩 조입니다.

2. 힘 측정에 맞게

headform, 피부에
  1. 정렬 5 맞는 센서 위치는 전면에, 다시, 왼쪽, 오른쪽 및 위쪽 ( 그림 2).
    참고: 센서는 브래그 격자 힘 변환기 연구 그룹 19 , 20 , 21 ,에서 개발의 수정된 된 버전 22, 0 ~ 50 N.의 범위 적합된 힘을 측정 하는 최적화 된 수정 된 센서는 두께 직경 2.6 m m와 14 m m 각각.
  2. 는 무부하에서 유엔 helmeted headform에는 변환기와 참조 측정을 가져가 라. 각 맞추기 힘 측정 전에이 참조 측정을 가져가 라.
  3. 장소 3 headform 및 측정 력 데이터에 헬멧 s 2.5 kHz의 속도로. 반복된 측정에 대 한 동일한 맞는 시나리오 6 번을 반복.
  4. 모든 시나리오에 맞는 동일한 측정 절차를 반복.
  5. 변환 파장 변화 데이터 측정 변환기에서 측정된 파장 맞추기에 대 한 미리 정해진된 보정 상수를 곱하여 힘 변환기.

3. 드롭 타워 영향 시뮬레이션

선형 영향 표면 19 , 23 칠 headform 안내 하 여 helmeted 머리에
  1. 시뮬레이트 영향. 이 작업을 수행 하는 데 필요한 장비는 아래 처럼 특정 컨텍스트.
    1. 가변 드롭 짐 벌, 인체 시험 장치 머리와 목, 그리고 가변 영향 표면 구성 어셈블 드롭 탑.
      참고: 총 드롭 어셈블리 질량은 약 11 k g. 더 현실적인 영향 24를 시뮬레이션 하기 위해 효과적인 몸 질량으로 전체 인체의 배제에 대 한 짐 벌 계정의 추가 된 질량.
    2. 3-2-2-2에서 준비 9 유 니-축가 속도계 선형 있도록 headform 및 headform 중심 25 결정의 각 가속도 내 구성.
    3. 영향 직전 충격 속도 측정 하는 충격 타워에 목적 내장 된 속도 게이트 배열.
  2. 데이터 수집 시스템을 사용 하 여 머리 가속 및 목 힘/순간 데이터 수집. 모든 채널에 대 한 100 kHz에서 샘플링 하는 아날로그 전압을 필터링 합니다. 데이터 수집 시스템 이전 4 kHz 26의 코너 주파수와 하드웨어 안티 앨리어싱 로우 패스 필터 포함.
  3. 영향 시나리오 준비.
    1. 모든 영향에 대 한 동작 추적 중 더 나은 시정을 허용 하는 헬멧 바이 저 제거. 영향 동안 투구의 효과 때문에 느슨한 첨부 파일 무시할 수 것으로 간주 됩니다.
    2. 모든 방울이 마에 영향을 주선. 이것은 일반적인 영향 위치 자전거 27, 다른 시나리오를 시뮬레이션 될 또한.
    3. 시뮬레이트 6 다른 영향 시나리오 변화에 의해 영향을 속도, 영향 표면 및 표 2에 의하여 머리-첫 번째 또는 몸통 우선 영향.
    4. 인상 적절 한 높이에 headform, 충격 속도 지정에 해당 하. 적절 한 높이, 일반적으로 0.82 m 1.83 m에서 각각 6 m/s, 4 m/s의 속도 달성 하는 headform 드롭.
      참고: 마찰 손실을 극복 하기 위해 필요에 따라 높이 추가 합니다. 2 충격 속도 4 m/s와 6 m/s의 이전 문학 및 표준 28을 기반으로 선택 될 수 있다.
    5. 정렬 영향 표면입니다.
      1. 정렬 중 평면 또는 45 ° 각도 언덕 ( 그림 4) 각된 모 루 접선 속도 구성 요소와 영향을 시뮬레이션 하는 동안 평면 모 루 평평한 표면에 시뮬레이션.
      2. 모두 시뮬레이션 한 아스팔트 표면 연마 테이프에 추의 표면 커버. 모 루 위치 사이 영향 영향에 헬멧만 모 루의 평평한 표면 접촉 되도록 필요에 따라 조정.
  4. 머리-첫 번째 또는 몸통 우선 영향에 대 한 드롭 탑을 정렬. 머리 먼저와 몸통 우선 영향, 몸통 영향은 결합 유사한 시뮬레이션 영향 구성 스미스 외에 로드. 18
    1. 머리 처음 영향을 시뮬레이트하려면 드롭 타워를 조정 하지 마십시오.
      2. 머리 하기 전에 땅을 치는 몸통 시뮬레이션
    2. 드롭 짐 벌의 경로에 나무 블록을 배치 합니다. 머리는 몸통 영향에서 모 루에 영향을 미치는에서 약 25 m m 높이에이 나무 블록을 배치 합니다. 머리만 목 굴곡에 의하여 모 루를 칠 계속 됩니다.
    3. 드롭 탑 ( 그림 5)에서 진동을 최소화 하기 위해 거품의 층 포함.
    4. 머리 처음에 미치는 영향, 달리 몸통 우선 영향에 목의 각도 조정.
      참고: 영향 위치는 머리 우선 영향 경우 ( 그림 6)에 비해이 목 각도 조절 굴곡, 후이 마에 모 루를 영향을 머리에 대 한 허용 됩니다. 이 마에 미치는 영향, 뿐만 아니라이 몸통-첫 번째 시나리오 확실히 뿐만 아니라 측면 영향에 관련 된 것입니다. 머리 먼저와 몸통-첫번째 영향에서이 짐 벌 시스템 충격 후 머리와 트랙을 따라 목의 움직임에 대 한 수.
  5. 데이터 수집 시스템, 고속 카메라 (섹션 4 참조), 그리고는 headform 방울을 동시에 실행할. 같은 영향 및 맞는 시나리오 구성 3 번 새로운 헬멧 때마다 반복.
    참고: 고속 카메라 동시에 드롭 탑, 섹션 4에 설정 해야 합니다.
  6. 6 다른 영향 시나리오의 각 4 개 맞는 시나리오의 각 주제. 각 구성의 3 재판 후 72 상품 총 수행.
  7. Headform 운동학과 운동 데이터를 처리 하는 후.
    1. 가속과 힘/순간 이후 4 회 차 버터워스 필터를 사용 하 여 인더스에 맞게 처리 하는 게시물에 대 한 필터 아날로그 신호제안 된 연습 26을 보십시오. 필터 헤드 가속도 및 목 힘 채널 주파수 클래스 (CFC) 1000에 의하여. 연합사 600에 의하여 목 순간 필터링.

4. 높은 속도 듀얼 카메라 시스템을 사용 하 여 캡처 모션

참고: 두 개의 고속 카메라에서 녹화 마커 위치 허용에서 DLT 방법 16 결정 될 3 차원 표식 위치 후 처리. 영향 동안 추적 마커 headform과 헬멧으로 머리 헬멧 변위를 결정 하려면.

  1. 드롭 탑의 주위에 고속 카메라 정렬.
    1. 정렬 두 고속 카메라 드롭 주위 영향 동안 헬멧 및 headform 운동의 동기화 캡처 이미지에 타워.
      1. 드롭 탑의 측면 마스터 카메라 놓고 마스터 ( 그림 7)에서 약 45 °에 슬레이브 카메라를 배치 합니다. 충분 한 노출 수 있도록 카메라 사이의 250 W 빛 설치.
  2. 고속 카메라 구성.
    1. 장비 각 카메라 50mm f/1.4 또는 필요한 시야에 따라 100 mm f/2.0 매크로 렌즈. F/8.0에서 렌즈에는 apertures 설정.
      참고:이 조리개 필드의 원하는 깊이에 충분히 날카로운 초점을 위한 허용 됩니다. 필수 필드의 보기 영향 시나리오에 따라 30-60 cm에서 배열 했다.
    2. 두 번째 또는 빠른 당 1000 프레임의 프레임 속도로 1280 x 800 픽셀 기록 둘 다 카메라를 구성 합니다. 따라서, 프레임 당 최대 노출 시간 600 µs 됩니다.
    3. 프레임과 내부 클록에서 두 카메라를 동기화합니다. 모두 카메라 동시에 트리거는 트리거를 설정.
  3. 각 카메라에서 보정 프레임의 스틸 이미지를 복용 하 여 공간을 보정.
    참고: 직접 선형 변환 (DLT) 방법에 대 한 공간 해야 합니다 처음 측정 될.
    1. 두 카메라의 시야에 17 알려진된 교정 포인트 위치와 교정 케이지를 이동 하 고 각 카메라에서 단일 이미지. 11 일반적인 포인트의 최소 모두 카메라에서 볼 수 있어야 합니다.
    2. 찾을 각 마커 추적 소프트웨어와의 2 차원 좌표.
      참고: 좌표 측정기 (CMM) DLT 교정 전 교정 케이지의 점 위치를 결정 합니다.
    3. 교정 표시자와 함께 수행 하는 일련의 계산을 사용 하 여 ' 좌표 (DLT 라고도 함) 16, 어떤 2 차원 마커 위치 보정 케이지를 기준으로 3 차원 좌표에 변환 후 처리에서 좌표계.
  4. 헬멧 변위, 계량 headform이 마에 지점 및 추적 소프트웨어를 사용 하 여 헬멧의 테두리 사이의 거리를 추적.
    참고: 이러한 점을 모두 카메라에서 볼 수 있습니다, 때문에 headform 각 세 보이는 마커 집합을 추적 하 고 대신 헬멧. 이 마와 헬멧에 포인트 다음 직접 추적할 수 없습니다.
  5. 는 headform에 마커를 추적 하는 모션을 놓고 각 카메라에서 headform의 아직도 참조 이미지.
    1. 간접 마커 추적의이 방법에 대 한 각 카메라 headform 참조 이미지를가지고. 이 참조 이미지 3 마커 및 머리에 정의 된 참조 마커 구성 되어 확인 하십시오.
    2. 극대화 3 참조 포인트 위치를 사용 하 여 모두 카메라에 남아 있는 하는 동안 마커 사이의 거리 ' 뷰의 필드.
      참고: 간접 마커 추적 감도 추적 오류를 줄여 정확도 높이기 위해 허용 거리를 극대화 됩니다. 3 개의 마커 마 위치 추정 뿐만 아니라 처리 게시물에 모션의 3 차원 재구성 허용.
    3. 낮은 마에 눈 사이 참조 마커 누른 다른 마커는 headform 분산. 이러한 세 가지 다른 마커 영향 ( 그림 8)에 걸쳐 모두 카메라에서 볼 수 있습니다 확인 하십시오.
  6. 헬멧에 마커를 추적 하는 모션을 놓고 headform 참조 (4.5 절)에 설명 된 대로 각 카메라에서 헬멧의 참조 이미지를 여전히 걸릴.
    1. 참조 적어도 4 모션 추적 마커를 보기의 구성 된 확인 하십시오. 참고로 헬멧 챙의 하단에 한 마커를 보유 하 고 헬멧에 다른 3 개의 마커를 확산. 이러한 세 가지 마커 영향을 통해 카메라에서 볼 수 있는지 확인 하십시오. 헬멧 참조 ( 그림 9)에 대 한 각각의 카메라에서 단일 이미지.
  7. 섹션 3에에서 설명 된 대로 동시에 데이터 수집 시스템, 고속 카메라, 그리고는 headform의 드롭 트리거.
    참고: 드롭 탑 동시에 고속 카메라를 설정 해야 합니다. 참조 이미지, 복용 후 한 방울을 수행할 수 있습니다.
    1. 정렬 헬멧 맞는 시나리오. 하락을 기록 합니다. 충격 시 수동으로 카메라를 트리거 신호. 녹음/녹화를 정렬 있도록 3의 트리거 및 8 이전 기록 s 트리거 후 기록 됩니다. 수동으로 검토 하 고 동기화 된 카메라 이미지 영향만 포함를 대괄호.

5. 머리-헬멧 마커 추적 및 후 처리

  1. 카메라 전용 소프트웨어를 사용 하 여 영향을 통해 머리와 헬멧 마커 추적.
    1. 트랙 6 드롭 당 점: 헬멧 및 headform ( 그림 10) 3. 소프트웨어를 각 마커의 과도 2 차원 픽셀 좌표 결정.
  2. DLT 메서드를 사용 하 여 드롭 하는 동안 추적 된 마커의 3 차원 좌표를 계산 하.
    참고: 교정 케이지에서 캘리브레이션 데이터와 두 개의 카메라에서 드롭 데이터 DLT 메서드를 사용 하면 확인할 수 있습니다 추적 마커의 3 차원 좌표 하락 중.
  3. Headform이 마와 헬멧 테두리의 3 차원 차원 좌표를 계산 하기 위해 17 SVD (단일 값 분해) 메서드 사용 합니다. 이 두 점 사이의 차이 머리 헬멧 변위 이다.
    1. 추적된 마커에서 headform이 마와 헬멧 챙 각 지점 SVD 메서드를 사용 하 여 참조의 위치를 추정.
    2. 참조 프레임 드롭의 각 개별 프레임 사이 3 개의 마커의 변환 매트릭스를 찾으려고 SVD 메서드를 사용 합니다. 이 변환 위치를 찾아이 마 또는 헬멧 테두리 적용할 수 있습니다.
  4. 헬멧 및 headform이 간접 추적을 수행. 이 마와 헬멧 테두리 사이의 변위 수 다음 모니터링 ( 그림 11).

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결과

맞추기 힘 측정
각 시나리오에 맞는에 맞는 힘 측정 각 센서 위치 (그림 12)에서 수행 하 고 의미를 결정 하는 t-검정, 표본, 가정 수행 되었다 (p < 0.05). 모든 측정에서 평균 표준 편차는 ± 0.14 N. 등 맞추기 힘 더 단단한 적합을 나타냅니다.

운동학 머리와 목 운동 데이터
결과 머리 선형 가속, 머리 각 가속도, 머리 각 속도, 상단 목 힘, 및 일반적인 드롭에서 상단의 목 순간 ( 그림 17을 통해그림 13 ) 표시 됩니다. 결과 값은 x, y및 z, 방향...

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토론

여기, 수사 헬멧에 대 한 방법이 시뮬레이션된 helmeted 머리 영향 제시에 적합. 헬멧에 맞는 맞춤된 힘 센서와 계량 했다, 영향 ATD headform과 가이드 드롭 타워에 목 시뮬레이션 했다 그리고 헬멧 운동 고속 비디오 추적 했다. 다른 영향 시나리오 맞는 헬멧의 biomechanical 측정에 미치는 영향을 조사 하기 위해 다른 맞는 시나리오에서 시뮬레이션 했다.

헬멧에 맞는 센서 다른 헬멧에 맞는 시나리오 (그림 12) 맞는 세력 차이 구별 할 수 있다. 다른 맞는 시나리오 사이 맞는 세력 동향 헬멧 성능 강력 하 게 연결 되지 않습니다. 헬멧 빈약한 안정성 (예: 이전 버전과 맞는, 그림 1에서 같이)에 맞게 상당히 낮은 맞는 세력을 전시 하는 것으로 예상 된다. 헬멧 운동 (뒤 맞는 그림 19

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공개 사항

저자 공개 충돌이 있고,이 작품의 출판에서 재정적으로 얻기 위해 서 있지 않는다.

감사의 글

우리는 기꺼이 자연 과학 및 공학 연구 위원회 (NSERC) 캐나다 (발견 교부 금 435921), Pashby 스포츠 안전 기금에서 자금을 인정 (2016: RES0028760), 반 팅 연구 재단 (디스커버리 상 31214), NBEC Inc. ( 캐나다), 그리고 공학 기계 공학과의 앨버타의 대학에의 학부.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
Hybrid III HeadformHumanetics 또는 Jasti-UtamaN/A50번째 백분위수 ATD, 충격 시뮬레이션용
Hybrid III NeckHumanetics 또는 Jasti-UtamaN/A50번째 백분위수 ATD, 충격 시뮬레이션용
선형 가속도계측정 전문 분야64C-2000-360머리 가속도 측정용
상부 목 로드셀mg 센서N6ALB11A목 하중 측정용
고속 카메라Vision Researchv611모션 캡처용
카메라 렌즈Carl ZeissN/A50mm f1/.4, 모션 캡처
카메라 렌즈Carl ZeissN/A100mm f/2.0, 모션 캡처용
자전거 헬멧BellN/ATraverse
Data Acquisition SystemNational 인스트루먼트PXI 6251하이브리드 III 신호 수집용
헤드 임팩트 드롭 타워University of AlbertaN/A임팩트 시뮬레이션을 위한 맞춤 설계
Optical InterrogatorSmart Fibres Ltd.N/ASmartScan, 광학 센서 힘 측정용
Fit Force SensorUniversity of Alberta N/A헬멧 착용력 측정용 맞춤 설계

참고문헌

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