低强度卧推加压训练对肌肉激活程度和主观疲劳度的影响

目的:研究低强度卧推加压训练对上臂和胸大肌肌肉激活程度和主观疲劳度的急性影响。方法:募集10名篮球大学生运动员,在加压和不加压的条件下,进行4组卧推练习,第1组重复30次,其余均为15次,负荷重量为30%1 RM。采用专用加压训练设备,将加压捆绑定在上臂近端,捆绑压30 mmHg,充气压160 mmHg。在加压训练方案实施前后进行4次测试,整个练习过程中,采集右侧肱二头肌、肱三头肌、三角肌前束和胸大肌表面肌电信号指标,并计算每次练习时的平均均方根振幅值(Root mean square,RMS)和中值频率值(Median frequency,MF)。同时,在各组加压训练完成后,进行主观疲劳度测试。结果:(1)训练方案实施后,加压组上肢围度增长率显著大于非加压组(P<0.01);(2)加压组肱三头肌和胸大肌在最大自主收缩时的RMS值显著大于非加压组(P<0.05);(3)肱三头肌、三角肌前束和胸大肌的表面肌电RMS值在训练方案实施后和除压后均显著大于非加压组(P<0.05);(4)肱二头肌和肱三头肌在第2、3、4组,三角肌前束在第4组,胸大肌在第3、4组训练过程中的RMS值显著大于非加压组(P<0.05);(5)4组练习和除压后的主观疲劳度均显著大于非加压组(P<0.05)。结论:低强度卧推加压训练可以显著提高原动肌肱三头肌、三角肌前束和胸大肌激活程度,训练过程中肌电活动的增强是通过四肢肌肉和躯干肌肉协同作用来实现的。低强度卧推加压训练较无加压时主观疲劳感更强,且上臂围度增大显著。

下肢低强度加压半蹲起训练对核心区肌群肌肉激活程度和主观疲劳度的影响

目的:分析下肢低强度加压半蹲起训练对核心区肌群肌肉的激活特征和主观疲劳度的影响。方法:招募北京队青少年女子摔跤运动员10名,在持续加压、间歇加压和不加压的条件下,进行4组半蹲起练习,第1组重复30次,其余均为15次,负荷重量为30%1 RM。采用专业加压训练设备,将加压带绑定在大腿中上1/3处,其中捆绑压设定为40 mmHg,充气压为180 mmHg。在加压训练方案实施前后进行4次测试,整个练习过程中,采集腹直肌、腹外斜肌、竖脊肌和臀大肌表面肌电信号,并计算出每次练习时的均方根振幅值(root means quare,RMS)标准值。同时,在各组训练完成后,进行主观疲劳度测试。结果:1)腹外斜肌在持续和间歇加压训练后RMS_(MVC)值显著提高(P<0.05),竖脊肌在加压训练后RMS_(MVC)值均显著降低(P<0.05),时间和组别交互作用对臀大肌的RMS_(MVC)值有显著性影响(F=2.70,P<0.05),臀大肌在持续加压和间歇加压训练后RMS_(MVC)值均显著降低(P<0.05);2)不加压时,仅最后3次蹲起时腹直肌RMS标准值显著增大(P<0.05),持续加压时,除压前后腹直肌RMS标准值均显著增大(P<0.05),间歇加压训练除压后腹直肌RMS标准值显著增大(P<0.05)。持续加压时,腹外斜肌除压后RMS标准值显著增大(P<0.05)。持续加压时,除压后竖脊肌RMS标准值显著增大(P<0.05),但间歇加压时除压前后均显著增加(P<0.05);3)在4组半蹲起运动中,加压条件下腹直肌、腹外斜肌、竖脊肌RMS标准值显著大于不加压时(P<0.05),且臀大肌显著小于不加压时(P<0.05)。在4组练习过程中,加压练习时腹直肌、腹外斜肌、竖脊肌RMS标准值均表现出逐组递增的现象,而臀大肌逐组降低,时间和每组练习交互作用对臀大肌的RMS标准值具有显著性影响(F=3.81,P<0.05);4)加压状态下,4组练习结束后主观疲劳度均显著大于非加压状态(P<0.01),除压后主观疲劳度较非加压状态显著增加(P<0.05)。结论:下肢加压半蹲起训练可以提高腹直肌和腹外斜肌的激活程度,同时达到对臀大肌和竖脊肌的训练效果。加压训练较非加压状态时主观疲劳更为强烈。从整个训练效果来看,持续加压方式优于间歇加压方式。

移乘背抱护理机器人舒适性生物力学模型分析

为探索移乘背抱护理机器人人机交互力学特性与被护理人舒适性感受的潜在关联,研究显性的人机接触力相对于人体生物力学特性的映射关系,揭示影响被护理人舒适性的主要作用肌群,提出了舒适性测试试验与AnyBody背抱运动人体生物力学模型相结合的方法.从被护理人的肌肉激活程度入手,对移乘背抱护理机器人背抱运动舒适性特征进行了分析.首先,介绍了移乘背抱护理机器人典型结构工作原理并进行了运动学分析,在此基础上搭建了舒适性测试试验系统,基于主观舒适性评分规划了服务于试验的基础运动轨迹,并通过试验得到了人机主要接触部位力学信息.然后,以试验数据为边界条件构建了基于AnyBody的背抱运动人体生物力学模型,依托逆动力学仿真分析得到了肌肉激活程度,并对比舒适性测试肌肉激活程度验证了仿真模型的有效性.最后,结合人机主要接触部位受力、肌肉激活程度及主观舒适性评分综合分析了移乘背抱护理机器人背抱运动舒适性特征,明确了影响被护理人舒适性的主要作用肌群.结果表明:影响被护理人舒适性的主要作用肌群有7个,且被护理人胸部压力与腋下压力值大小分别与影响其躯干和上肢舒适性的肌肉激活程度呈正相关.可通过建立胸部压力与腋下压力值相关的加权函数有效描述不同被护理人整体舒适性特征,为移乘背抱护理机器人舒适性运动控制提供了理论依据.

车辆驾乘人员不同坐姿时腰腹部骨肌力学特性分析

针对车辆驾驶员与乘员的不同人体坐姿引发的骨肌生物力学特性,基于人体骨肌力学软件分别建立了描述驾驶员操纵坐姿和副驾驶位置乘员自然坐姿的人体坐姿骨肌力学模型,并通过调整座椅靠背角度参数,分析了车辆驾乘人员腰腹部不同肌肉和骨骼的受力变化,为车用座椅人性化设计和准确定位测试驾乘人员坐姿的主要工作肌群和主要承力骨骼提供了定量化设计依据。

汽车椅面倾角对驾驶员乘坐舒适性的影响分析

考虑到车用座椅椅面倾角变化对驾驶员乘坐舒适性的影响,开展了不同身材驾驶员在不同椅面倾角下的人体骨肌力学特性的仿真分析与实验测试.首先基于人体骨肌力学软件分别建立了第5,50,95百分位中国男性驾驶员在驾驶姿态下的骨肌力学模型;然后通过椅面倾角参数动态调整并结合相关性分析方法,描述了驾驶员下肢腿部不同肌肉的受力情况和激活程度;最后开展了真实驾驶员下肢肌肉肌电测试.结果表明,当座椅椅面倾角增大时,驾驶员的臀大肌、髂腰肌、半腱肌、股直肌、缝匠肌、腓肠肌、胫骨前肌肌肉激活程度较大,10°~16°为椅面倾角的理想变化区间.

基于驾驶员生物力学特性的拖拉机座椅位置参数优化

座椅为拖拉机与驾驶员的主要接触部件,其参数设计与优化对提高驾驶舒适性具有重要意义。该研究采用生物力学软件AnyBody建立驾驶员-驾驶环境生物力学耦合模型,并以小、中、大体型驾驶员为研究对象,以拖拉机座椅靠背倾角、水平距离及垂直高度为参数,以竖脊肌、多裂肌、腹直肌及腹外斜肌激活程度为评价指标,分析研究座椅位置参数对驾驶员腰部肌肉生物力学特性的影响规律,确定座椅最佳位置参数;以课题组研制的多自由度驾驶平台为基础,按照上述参数调节座椅位置,测试计算不同体型驾驶员腰部4个主要活动肌群的激活程度,并将测试结果与仿真分析结果进行对比,发现二者具有较好一致性,通过调整座椅参数能有效提升驾驶员腰部舒适性。对于小体型驾驶员,当座椅靠背倾角为9.7°,水平距离为472.1mm,垂直高度为465.3mm时,4个肌群总的激活程度最低,驾驶员腰部舒适性最高;对于中体型驾驶员,座椅最适靠背倾角为13.9°,水平距离为495.6 mm,垂直高度为485.3 mm;对于大体型驾驶员,座椅最适靠背倾角为14.8°,水平距离为526.4 mm,垂直高度为520.7 mm。研究成果可为农机装备座椅位置参数优化提供一种新思路。

基于串联弹性原理和增广上三角分解辨识算法的踝关节阻抗估计方法

研究人体关节阻抗对仿生机器人阻抗控制策略研究有重要意义。针对前期设计的踝关节阻抗测量装置(impedance detection device for ankle joint,IDDAJ)机械结构复杂及机理法建模难度大,提出了一种基于串联弹性原理和增广上三角分解辨识(augmented upper-diagonal decomposition identification,AUDI)算法的踝关节阻抗估计方法。为降低对IDDAJ驱动单元的性能要求,基于串联弹性原理,将其输入扰动中的大直流分量和动态高频分量分离;为降低建模难度,采用不受模型阶次影响的AUDI算法直接辨识IDDAJ阻抗模型,以获得更加准确的装置阻抗模型参数。根据联合阻抗测量原理,在得到IDDAJ阻抗模型后,采用AUDI算法辨识小腿肌肉不同激活程度下踝关节阻抗模型的参数。结果表明,采用AUDI算法辨识得到的IDDAJ阻抗模型的可靠性高于采用机理法得到的;在小腿肌肉放松状态下踝关节阻抗模型的参数处于同一数量级,踝关节阻抗模型的阻尼分量B、刚度分量K与小腿肌肉激活程度成正相关,这与现有文献中的结果一致。研究结果可为IDDAJ的研制和其他关节阻抗测量方法的研究提供参考。