人体肘关节复合运动的建模及协调控制

为探讨人体上肢生物力学建模的基础性问题,建立了包括肌肉肌腱动力特性和神经兴奋肌肉收缩动力学方程的肘关节系统生物力学模型,并针对该关节快速屈曲和旋前复合运动过程,采用最优控制方法进行分析计算。计算结果与实验测量结果在肌肉力矩、肌电信号和肌肉活性参数等方面均很好符合;同时利用模型分析了肌肉协调运动模式。结果表明:在复合运动过程中,神经系统会将肌肉结成不同的协同肌群,并控制3组不同的协调肌群按照特定的时序结构去执行运动的加速、制动和姿态控制。     

食指触点运动结构模式的主元分析

为了研究人手运动结构模式的内在规律,选取食指触点动作为研究对象,对其空间运动轨迹进行快速摄像记录和分析,通过将不同样本运动轨迹归一化处理和选定参数化指标体系,对人手运动结构模式进行主元分析。分析表明:食指触点运动过程中指尖、关节的空间轨迹具有相对固定的结构模式,反映人手在慢速、快速运动中均具有普遍相似的协调规律;人手运动的速度变化、姿态调整与外界空间的状态和所需完成的操作任务有较强的相关性。主元分析法为研究人手的协调规律和机器人冗余运动协调控制提供了新的理论和方法。     

含神经控制的下肢肌骨系统正向动力学分析

为探讨运动生物力学建模与分析的基础性问题,以下肢步态为研究对象建立了包含神经兴奋肌肉收缩动力响应和肌肉肌腱动力特性在内的下支系统正向动力学分析模型,并针对自然步态的运动过程,采用参数最优化方法进行了模拟计算。计算结果与实验测量的比较表明:正向动力学方法可将肢体运动状态、肌肉收缩力、神经控制信号等联系起来,求解人体步态的控制模式。该文建立的模型和计算方法为下肢运动的模拟分析和人体冗余运动控制机理的研究提供了基本的分析工具。     

食指掌指关节的正向动力学分析

为探讨运动生物力学建模与分析的基础性问题 ,以食指为研究对象建立了包含神经兴奋 -肌肉收缩动力响应和肌肉 -肌腱动力特性在内的食指掌指关节正向动力学模型 ,并针对该关节快速屈曲 6 0°的运动过程 ,采用参数最优化方法进行了模拟计算。模拟结果表明 ,在快速屈曲过程中 ,食指短时平均角速度近似为匀速 ,瞬时角速度呈现阻尼振荡形式。该文提供的模型为包含神经控制信号的掌指关节运动的模拟分析和人手冗余运动控制机理的研究提供了基本的分析工具     

负重深蹲过程中下肢冗余肌肉力分析

人体负重深蹲过程中下肢肌力协调机理分析是康复工程和体育科学的重要课题。该文建立了4刚体10组肌肉的肌骨生物力学模型,引入约束最优化方法和最优控制理论求解了冗余肌肉力分布和神经控制信号。理论计算与实验测量结果表明:在人体负重深蹲运动过程中,神经系统将肌肉结成不同的协同肌群,并将最小疲劳作为目标函数,来控制不同的协调肌群按照特定的时序结构执行运动的加速和姿态的控制。     

不同路况下正常步态特征研究

为系统研究人体步态随路况的变化 ,利用人体运动分析系统采集了多个健康人在上下坡、上下楼梯、平地等路况下行走时的位移 -时间和地面受力数据 ,并利用人体下肢刚体动力学模型 ,计算了各路况下髋、膝、踝关节所需力矩。分析结果表明 ,各路况下人体步态差异很大 ,各关节所提供的力矩各不相同。支撑期上楼梯时所需膝力矩最大 ,摆动期上楼梯和上坡时所需膝力矩均较大。各种情况下不仅力矩的数值不同 ,而且力矩的模式也有很大差异。这些数值结果为了解人体运动规律 ,分析异常步态以及康复方法提供了依据     

人体下肢摆动相冗余肌力分析

为探讨人体步态的形成机理,建立了人体下肢摆动相包含髋、膝和踝关节（ＨＫＡ）的肌骨动力学模型,模型中考虑了８ 组下肢主要肌肉。引入约束最优化方法求解冗余肌力分布问题,并通过数值计算说明了关节被动力矩对冗余肌力分布解的影响。在此模型和算法的基础上,探讨摆动过程中各组肌力的变化规律及其在形成正常步态中所起的作用,并从能量角度分析了所有肌肉总能耗与摆动相周期的关系,结果表明该步态存在一个与之相对应的最低能耗摆动相周期,即存在一最佳步速     

老年人路况凸凹识别能力的检测与分析

为探讨老年人视觉功能与老年人交通事故多发现象的关系并预防老年人交通事故的发生,提出了老年人视觉功能的检查与分析方法,并研究了老年人交通事故多发的原因。通过对7名老年人及7名年轻人进行道路凸凹识别能力的测试和评估,分析了老年人在3种不同测试条件下年龄增长对视线控制能力及目标物识别能力产生的影响。结果表明,随着年龄的增长,眼球对视线控制能力明显减弱,导致注视点偏下而直接影响到对凸凹物的识别能力,并使老年人在交通环境下对行驶车辆的速度和车距的判断产生偏差,容易导致交通事故的发生。     

基于步态质量指数和雷达图的患者步态评定方法

为全面进行步态评定,基于步态质量指数和雷达图提出一种人体步态的图形评定方法,并用该方法对10名健康人和10名患者进行步态评定研究.结果表明: 该方法能通过图形面积反映患者步态质量,通过图形形状区分膝屈曲、膝僵直和髋过屈等病症步态.结合步态质量指数的雷达图是一种有效的、量化的、图形化的步态评定方法.     

人体跖趾关节弯曲对行走步态特征的影响

该文就正常情况和跖趾关节运动受到约束时的自然步态特征从实验的角度进行了研究 ,这对于康复训练、假肢设计以及拟人机器人的控制规划均有十分重要的意义。结果表明 :在跖趾关节运动受到约束后 ,人体其它关节角位移峰 -峰值和角速度峰 -峰值均有明显变化。为实现由于跖趾关节受到约束后的协调行走 ,人体其它关节会有相应的补偿运动。由实验可知 ,运动补偿主要发生在踝关节和膝关节 ,同时上躯干也加入到补偿之中。由于多关节协调运动补偿 ,人体在跖趾关节运动受到约束后 ,其自然行走步态的平均步速和步长可达到正常情况的 94 .8%和 95 .5 %。