面向人本智造的人体运动数字孪生研究与应用进展
王柏村1,2,宋词1,苑艺修1,周慧颖1,3,鲍劲松4,黄思翰5,刘蔚然6,刘庭煜7,阮兵8,陶飞6,谢海波1,杨华勇1,(1.浙江大学机械工程学院;2.浙江大学高端装备研究院;3.东方电气长三角(杭州)创新研究院;5.北京理工大学机械与车辆学院;6.北京航空航天大学国际前沿交叉科学研究院;7.东南大学机械工程学院;8.中国汽车工业工程有限公司)
摘要:在工业4.0迈向工业5.0的过程中,以人为本的智能制造(人本智造)是智能制造的创新发展范式,旨在以人的福祉为核心价值,重塑人在生产制造过程中的主体地位,推进未来工业迈向以人为本、可持续性、韧性。对人体运动行为进行分析,是理解人的运动意图,推动人本智造创新发展的关键。以面向人本智造的人体运动数字孪生研究为切入点,梳理人体运动建模、人体运动感知、人体运动分析等使能技术及其研究进展。重点围绕单元级、产线级、车间级三个维度,讨论人体运动数字孪生在人本智造领域的典型应用。最后,对面向人本智造的人体运动数字孪生进行展望。
关键词:人本智造;人体运动数字孪生;人体运动表征;人体运动感知;人体运动分析;人体运动应用
目录介绍
0 前言
1 人体运动数字孪生
2 人体运动数字孪生关键技术
2.1 人体运动建模技术
2.1.1 骨架模型
2.1.2 人体蒙皮模型
2.1.3 多体生物力学模型
2.2 人体运动感知技术
2.2.1 视觉感知设备
2.2.2 惯性感知设备
2.2.3 无线信号感知设备
2.2.4 生理信号感知设备
2.2.5 力感知设备
2.2.6 模态融合感知系统
2.2.7 通信、计算与存储技术
2.3 人体运动分析技术
2.3.1 人体运动重建
2.3.2 人体动力学解算
2.3.2.1 基于动力学模型的解算
2.3.2.2 基于AI 模型的估计
2.3.3 人体动作识别
2.3.3.1 全身动作识别
2.3.3.2 手势识别
2.3.4 人体运动预测
2.3.4.1 轨迹预测
2.3.4.2 动作预测
2.3.5 人体运动合成
2.3.6 人体运动评估
2.3.6.1 人体工效学评估
2.3.6.2 工人能力评估
3 人体运动数字孪生典型应用
3.1 单元级应用
3.2 产线级应用
3.3 车间级应用
4 人体运动数字孪生挑战与展望
(1) 多模态融合感知体系的构建
(2) 高适应性感知设备的研发优化
(3) 数据生成增强与计算
(4) 基于深度学习和大模型的智能算法
5 结论
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