隨著年齡增大人體完成從坐姿到站起的動作愈發(fā)困難,需借助一定的輔助裝置對關(guān)節(jié)進行補償,因此要對人體站起過程運動特性進行研究。首先利用Lagrange方程,建立人體起立運動學(xué)和動力學(xué)方程,然后分析年輕人和不同年齡段老年人起立過程中身體姿位的變化,通過仿真獲得人體下肢各關(guān)節(jié)起立過程中角度、加速度和力矩數(shù)據(jù),最后對比不同年齡段人體站起時下肢各關(guān)節(jié)的運動特性和受力分析,給出了退化特性和關(guān)節(jié)補償?shù)慕Y(jié)果。研究表明,所建模型可準(zhǔn)確描述站立過程中關(guān)節(jié)運動特性,為起立控制奠定了理論基礎(chǔ)。 

【文章來源】：機械設(shè)計與制造. 2020,(12)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

人體起立過程

在實驗過程中，在手臂和腳底安置力傳感器，手臂處力傳感器顯示的值即為肩部受力大小，可得Fay、Faz、M1、Fdy、Fdz和Ms數(shù)值，這些力和力矩為已知量。對上肢、大腿和小腿部分分別進行力學(xué)分析。小腿質(zhì)心對腳踝的力矩方程：

在實驗當(dāng)中，參與的志愿者身體健康，無疾病。為在人體下肢運動過程中拍攝并獲得運動學(xué)數(shù)據(jù)，在志愿者髖關(guān)節(jié)處貼上標(biāo)志以便在圖片當(dāng)中提取坐標(biāo)，記錄和測量志愿者的相關(guān)數(shù)據(jù)（如年齡、身高、體重、大腿長度、小腿長度以及足長等），并在起立的實驗場地里設(shè)定標(biāo)尺。將選取拍攝對象分為4組不同年齡段進行數(shù)據(jù)測量與分析，每組男性10人，分別進行10次測量采集數(shù)據(jù)。設(shè)立固定圖片坐標(biāo)系（腳后跟為坐標(biāo)原點，水平Y(jié)軸，豎直Z軸）。從第一張開始分別讀取并記錄各關(guān)節(jié)坐標(biāo)并將數(shù)據(jù)記入Excel中進行計算和分析。不同年齡階段起立的姿位圖，如圖3所示。通過分析圖3所示的人體起立過程，大致可以分為四個階段：階段一人在座位上，為準(zhǔn)備起立階段；階段二身體逐漸向上和向前傾斜，產(chǎn)生水平和豎直方向動力；階段三為身體離開椅面，上半身、大腿和小腿與水平方向夾角逐漸發(fā)生變化；第四階段為身體逐漸直立，直至站立平穩(wěn)。


本文編號：3492284