足踝步态模拟机动力学特性仿真及实验验证

目的研究足踝步态模拟机动力学特性,仿真着地相中的足底垂直、前后、水平3个足底反力,并在实验台中验证。方法运用设计的5自由度步态模拟机,建立Adams虚拟样机和足踝模型(包含足部主要韧带和跖腱膜、足底软组织及跟腱力),对其进行动力学仿真,并把仿真中的控制规律运用到实验台验证;将仿真和实验中测力板测得的足底反力与仿真和真实数据比较。结果着地相进程中3个方向的足底反力与实际步态中吻合度较高,足部的韧带和跖腱膜、跟腱和软组织等对正确的步态有重要的影响,步态实验台能够很好重复仿真特性。结论模拟机具备仿真人体步态着地相的能力,为活体无法进行测量的实验提供临床研究平台。

基于模糊逻辑算法的智能膝关节假肢步态相位识别

目的针对智能膝关节假肢控制策略切换的需要,以人体行走的足底压力为研究对象,以模糊逻辑算法为基础,提出一种基于假肢足底压力信息的步态相位划分方法。方法利用安装在假脚足底的3个薄膜压力传感器采集测试对象在3种不同行走模式(平路行走、下坡行走、下楼行走)下的足底压力信息,经数据融合处理后,送入模糊逻辑控制器,建立IF-THEN规则,通过调整灵敏度系数Ai以及比例系数Bi,输出识别结果。结果经过对5例健康人的模拟测试,平路行走、下楼行走和下坡行走的步态相位识别准确率分别为(95.3±2.4)%、(81.5±6.3)%和(90.7±3.5)%。结论最终的识别准确率满足使用需求,该方法可以在智能膝关节假肢的步态相位识别中应用。

男子下蹲式抓举技术动作的生物力学特征分析

目的研究不同抓举重量下男子抓举技术动作的生物力学特征。方法利用8通道EMG测量系统、三维测力平衡系统和数码摄像机,对上海市举重队现役男子举重运动员在不同重量下抓举过程中的8块具有代表性的浅层骨骼肌的表面肌电、足底反力和抓举视频做同步采集。结果不同抓举重量下举重运动员的足底反力变化曲线趋势一致,基于足底反力曲线中的特征点对抓举技术动作阶段可划分为7个阶段,预备阶段、伸膝提铃阶段、引膝提铃阶段、发力阶段、惯性上升阶段、下降定铃阶段和起立阶段。抓举过程中肌群活动的时间顺序为:背阔肌、竖脊肌、肌直肌、三角肌、肱三头肌、胫骨前肌、肱二头肌和斜方肌。其中,斜方肌的积分肌电值最大,背阔肌的积分肌电值最小。随着抓举重量的增加,肱三头肌和三角肌的积分肌电值增加最大。结论为提高举重运动员抓举项目的比赛成绩,运动员应该重视斜方肌、肱三头肌和三角肌的训练。

人-板耦合系统动力响应及相互作用研究

基于生物力学领域的双足模型,利用Lagrange方程建立单人行走时人-板耦合系统的动力方程。采用自编MATLAB程序进行数值模拟,验证了模型及求解程序的正确性。研究了结构跨中响应随结构频率的变化规律,人与结构间的相互作用对足底反力的影响以及足底反力随结构频率的变化规律。结果表明,随着结构频率的减小,结构跨中响应总体上呈增大的趋势,当结构基频位于前3倍步频附近时,人与结构产生共振,导致结构跨中响应陡增;人与结构间的相互作用导致支撑腿产生的足底反力减小、随动腿产生的足底反力增大,当结构的基频小于3倍步频后,此影响随结构基频降低变得愈发显著。但当结构基频为步频的1倍、2倍和1.5倍时,人与结构产生类似共振的现象,导致相互作用规律的"表现"受到抑制。