為準(zhǔn)確、快速地研究人體下肢運(yùn)動(dòng)規(guī)律,構(gòu)建人體下肢模型。針對(duì)該模型推導(dǎo)出了人體步行狀態(tài)下腓腸肌相應(yīng)的力學(xué)方程F₁（t）。利用OpenSim搭建人體骨骼肌肉模型,并以腓腸肌進(jìn)行靜態(tài)力學(xué)分析為例,解析了肌肉在逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)（IK）和殘差縮減（RRA）兩種不同分析方法中的肌肉激活度和力矩。研究結(jié)果表明:此模型能準(zhǔn)確地模擬人體下肢肌肉的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,利用RRA分析能夠真實(shí)反映腓腸肌的受力情況,分析出肌肉激活度,為進(jìn)一步揭示膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性和為設(shè)計(jì)人體下肢康復(fù)機(jī)器人提供肌肉阻尼奠定基礎(chǔ)。 

【文章來源】：科學(xué)技術(shù)與工程. 2020,20(07)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

CMC最小執(zhí)行力

人體的膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)與小腿部肌肉有著復(fù)雜的肌骨結(jié)構(gòu),涉及肌肉、韌帶、骨骼、神經(jīng)和血管等,是一個(gè)復(fù)雜的神經(jīng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。人體通過前庭、視覺、感受和觸覺的綜合分析處理,控制著肌肉完成身體運(yùn)動(dòng)的平衡[5]。因此,在研究人體行走過程中下肢的受力狀態(tài),不僅要考慮足底受力和其他質(zhì)量,還要考慮關(guān)節(jié)肌肉的受力[10-11]。人體站立、行走和慢跑等保持身體平衡的運(yùn)動(dòng)小腿部分主要是通過腓腸肌、比目魚肌和脛骨前肌之間的相互調(diào)節(jié)作用來實(shí)現(xiàn)的,如圖1人體下肢骨骼-肌肉模型。腓腸肌的作用是曲踝關(guān)節(jié)和曲膝關(guān)節(jié),于皮膚表面,其深方是比目魚肌。比目魚肌起于脛骨和腓骨頭部,尾下為跟腱,止于跟底,受脛神經(jīng)支配。在運(yùn)動(dòng)過程中,腓腸肌和比目魚肌作為一體,維持身體運(yùn)動(dòng)過程中小腿部肌肉的肌力,在站姿或膝關(guān)節(jié)伸直、蹬足時(shí)發(fā)力的作用。脛骨前肌主要參與膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的背曲運(yùn)動(dòng),與腓腸肌和比目魚肌協(xié)調(diào)作用,維持人體平衡。

將人體的下肢運(yùn)動(dòng)受力模型簡(jiǎn)化基于圖2骨骼-肌肉模型簡(jiǎn)圖,該模型適用于腿部骨骼-肌肉近似的平面運(yùn)動(dòng),上肢同時(shí)保持近似垂直的狀態(tài)。其中人體上半身簡(jiǎn)化為固定在臀部的質(zhì)量塊;大腿、小腿和腳簡(jiǎn)化為3個(gè)連桿,髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)簡(jiǎn)化為鉸接點(diǎn);右腿肌肉簡(jiǎn)化為2對(duì)作用在連桿兩端的相對(duì)作用力,分布于大腿和小腿兩側(cè)。由于肌肉運(yùn)動(dòng)的非線性,希爾模型[12-13]包含主動(dòng)收縮單元(CE)和被動(dòng)彈簧單元(SE)表示的肌肉模型,用非線性彈簧表示肌腱,如圖3所示。lMT為肌肉-肌腱長(zhǎng)度,lT為肌腱長(zhǎng)度,lM 為標(biāo)準(zhǔn)化的肌纖維長(zhǎng)度,α為羽狀角,它們之間存在lMT=lT+lMcosα的關(guān)系。肌纖維收縮產(chǎn)生的拉力通過肌腱傳遞給所附著的骨骼,引起關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng),力量的傳遞與α有直接關(guān)系,α越小傳遞越明顯,反之亦然;但是,一些主要肌肉為羽狀肌,主因在于相同體積羽狀肌的生理橫截面積更大[14]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]不同足部軌跡對(duì)人體下肢主要肌肉疲勞程度影響的研究[J]. 張愛光,項(xiàng)忠霞,金騰,趙明.  機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2016(05)
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[6]人體下肢動(dòng)力學(xué)建模與仿真研究現(xiàn)狀[J]. 王建輝,徐秀林.  中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐. 2012(08)

博士論文
[1]人體下肢肌肉功能模型及其應(yīng)用的研究[D]. 單大卯.上海體育學(xué)院 2003

碩士論文
[1]人體下肢運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析與建模[D]. 洪曉明.杭州電子科技大學(xué) 2009
[2]人體髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)模型研究[D]. 孫廣艷.大連理工大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3324033