本文關(guān)鍵詞：基于MATLAB的老年人下肢活動仿真研究

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【摘要】：考慮到老年人身體機能的衰退比較嚴(yán)重,70歲的人體機能只有30歲時的一半,所以老年人的運動問題就顯得尤為的突出。通過國內(nèi)外的研究人員對人體運動的研究發(fā)現(xiàn)生活中的絕大多數(shù)運動都需要腿部的參與,因此對老年人的下肢活動的研究是一個非常有意義的課題。老年人下肢活動的運動參數(shù)的獲取是通過安放在大腿根部的加速度傳感器、放置于膝關(guān)節(jié)的柔性傳感器和置于腳底的壓力傳感器。加速度傳感器和柔性傳感器可以測量到髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的運動角度,從而可以得到老年人下肢運動的角度、角速度和角加速度等運動參數(shù);壓力傳感器則可以測量到下肢運動過程中足底與地面的相互作用力。根據(jù)老年人的活動特征和人體結(jié)構(gòu)對下肢進行數(shù)學(xué)建模。通過對常用建模方法的比較和本課題的要求,最終選擇拉格朗日法對下肢進行動力學(xué)建模。再運用SimMechanics軟件對老年人的下肢進行仿真建模。由于人體足部的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他肢體的質(zhì)量,所以在建模時忽略了腳踝的轉(zhuǎn)動,將單側(cè)下肢簡化為一個2剛體模型。由于人體的傳統(tǒng)步態(tài)周期被劃分為支撐相和擺動相兩個部分,在支撐相部分則需要考慮人體足底與地面間的相互作用力,在擺動相部分因為人體足底與地面不發(fā)生接觸不需要考慮足底與地面的相互作用力,所以針對支撐相和擺動相分別建立仿真模型。將下肢的運動參數(shù)輸入軟件建立的仿真模型中,輸出關(guān)節(jié)力矩。再將輸出的關(guān)節(jié)力矩與數(shù)學(xué)模型計算的關(guān)節(jié)力矩進行比較,兩者大致吻合,驗證了所建仿真模型的合理性。最后運用回歸分析法對老年人活動時的關(guān)節(jié)力矩和時間進行建模,求解出關(guān)節(jié)力矩與時間的表達(dá)關(guān)系式。軟件的仿真模型和關(guān)節(jié)力矩與時間的數(shù)學(xué)模型都為老年人的下肢活動研究提供了有利的實驗數(shù)據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：老年人下肢 動力學(xué)建模 Sim Mechanics建模 回歸分析建模
【學(xué)位授予單位】：武漢紡織大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.9;O212.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1. 運動生物力學(xué)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11
• 1.2.2. 人體模型的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3 人體運動仿真的意義15-16
• 1.4 本論文主要研究內(nèi)容16-18
• 2 人體運動信息18-30
• 2.1 獲取人體運動信息18-19
• 2.2 人腿運動步態(tài)研究19-23
• 2.2.1 步態(tài)周期的劃分19-21
• 2.2.2 人體下肢運動的步態(tài)參數(shù)21-23
• 2.3 人體運動參數(shù)的測量23-29
• 2.3.1 關(guān)節(jié)角度的測量23-28
• 2.3.2 足底壓力測量28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 3 人體下肢運動學(xué)和動力學(xué)模型的建立30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 人體下肢運動學(xué)模型30-33
• 3.2.1 正運動學(xué)問題分析31-33
• 3.2.2 逆運動學(xué)問題分析33
• 3.3 人體下肢的動力學(xué)模型33-41
• 3.3.1 動力學(xué)建模方法34-37
• 3.3.2 動力學(xué)建模37-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 4 基于Matlab的老年人下肢運動仿真分析42-54
• 4.1 多剛體動力學(xué)建模軟件的介紹及選擇42-44
• 4.2 老年人下肢運動的建模仿真44-48
• 4.2.1 SimMechanics簡介44-45
• 4.2.2 下肢模型的結(jié)構(gòu)與組成部分45
• 4.2.3 基于SimMechancis下肢模型構(gòu)造45-46
• 4.2.4 老年人下肢模型相關(guān)參數(shù)的計算與配置46-48
• 4.3 老年人的下肢運動模型48-52
• 4.3.1 擺動期的老年人下肢建模仿真48-50
• 4.3.2 支撐期的老年人下肢建模仿真50-52
• 4.4 模型輸出結(jié)果與數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果的比較分析52-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 5 老年人下肢運動參數(shù)分析54-60
• 5.1 隨機變量與確定變量的分析方法54
• 5.1.1 回歸分析法54
• 5.1.2 相關(guān)分析法54
• 5.1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法54
• 5.2 多元線性回歸模型的建立54-56
• 5.2.1 建立回歸分析模型的基本原理與步驟54-55
• 5.2.2 線性回歸方程的建立55-56
• 5.3 實驗結(jié)果分析56-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 6 人體表面肌電信號的介紹60-69
• 6.1 表面肌電信號的產(chǎn)生原理和分析60-65
• 6.1.1 表面肌電信號的產(chǎn)生原理60-62
• 6.1.2 表面肌電信號和噪聲分析62-63
• 6.1.3 表面肌電信號噪聲處理方法63-65
• 6.2 表面肌電信號的處理65-68
• 6.2.1 小波去噪的基本原理65-67
• 6.2.2 閾值函數(shù)67
• 6.2.3 閾值函數(shù)的改進67-68
• 6.3 本章小結(jié)68-69
• 7 總結(jié)與展望69-71
• 7.1 本課題的工作總結(jié)69
• 7.2 展望69-71
• 參考文獻71-76
• 附錄76-77
• 致謝77

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號：821412