起立过程中人体肌肉退化特性分析与关节补偿研究

发布时间：2021-11-13 04:04

　　随着年龄增大人体完成从坐姿到站起的动作愈发困难,需借助一定的辅助装置对关节进行补偿,因此要对人体站起过程运动特性进行研究。首先利用Lagrange方程,建立人体起立运动学和动力学方程,然后分析年轻人和不同年龄段老年人起立过程中身体姿位的变化,通过仿真获得人体下肢各关节起立过程中角度、加速度和力矩数据,最后对比不同年龄段人体站起时下肢各关节的运动特性和受力分析,给出了退化特性和关节补偿的结果。研究表明,所建模型可准确描述站立过程中关节运动特性,为起立控制奠定了理论基础。 

【文章来源】：机械设计与制造. 2020,(12)北大核心

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【部分图文】：

人体起立过程

在实验过程中，在手臂和脚底安置力传感器，手臂处力传感器显示的值即为肩部受力大小，可得Fay、Faz、M1、Fdy、Fdz和Ms数值，这些力和力矩为已知量。对上肢、大腿和小腿部分分别进行力学分析。小腿质心对脚踝的力矩方程：

在实验当中，参与的志愿者身体健康，无疾病。为在人体下肢运动过程中拍摄并获得运动学数据，在志愿者髋关节处贴上标志以便在图片当中提取坐标，记录和测量志愿者的相关数据（如年龄、身高、体重、大腿长度、小腿长度以及足长等），并在起立的实验场地里设定标尺。将选取拍摄对象分为4组不同年龄段进行数据测量与分析，每组男性10人，分别进行10次测量采集数据。设立固定图片坐标系（脚后跟为坐标原点，水平Y轴，竖直Z轴）。从第一张开始分别读取并记录各关节坐标并将数据记入Excel中进行计算和分析。不同年龄阶段起立的姿位图，如图3所示。通过分析图3所示的人体起立过程，大致可以分为四个阶段：阶段一人在座位上，为准备起立阶段；阶段二身体逐渐向上和向前倾斜，产生水平和竖直方向动力；阶段三为身体离开椅面，上半身、大腿和小腿与水平方向夹角逐渐发生变化；第四阶段为身体逐渐直立，直至站立平稳。


本文编号：3492284