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单曲膝行走步态对下肢力学、肌肉力和肌肉激活度的影响 被引量:4
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作者 王砚麟 王克义 +2 位作者 章梓星 马春龙 莫宗骏 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1363-1372,共10页
单曲膝行走步态是人体某一条腿受伤后的主要行走步态,针对目前关于单曲膝行走步态下的下肢运动生物力学特性研究较少的问题,本文对单曲膝行走步态对下肢的运动学、动力学、肌肉力和肌肉激活度的影响进行了研究。利用FAB无线运动动作捕... 单曲膝行走步态是人体某一条腿受伤后的主要行走步态,针对目前关于单曲膝行走步态下的下肢运动生物力学特性研究较少的问题,本文对单曲膝行走步态对下肢的运动学、动力学、肌肉力和肌肉激活度的影响进行了研究。利用FAB无线运动动作捕捉系统及力学评估系统采集下肢运动的相关数据,将在正常行走步态和单曲膝行走步态下采集到的数据作为驱动数据输入3-D人体模型,并结合建立的下肢运动学、动力学和肌肉力模型进行分析单曲膝行走步态和正常行走步态下的生物力学特点的差异。研究结果表明:与正常行走步态相比,在单曲膝行走步态下,下肢关节角的运动范围减小;在步态周期的早期,除髋关节屈伸外,各关节的驱动力矩均显着增加;在步态周期的后期,膝关节和踝关节的驱动力矩显着降低,且半膜肌、半腱肌、股二头肌、长内收肌、臀大肌、髂肌、腰肌、股四头肌、股直肌和胫骨前肌的肌肉力和激活度增加明显,但比目鱼肌和胫骨后肌的肌肉力和肌肉激活度减小。研究结果增添了在单曲膝行走步态下下肢的生物特征数据,并为康复医疗技术和下肢康复设备的开发提供了数据。 展开更多
关键词 单曲膝行走步态 运动学 动力学 肌肉 肌肉激活度
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航天员虚拟训练中的一维直线运动速度规划算法 被引量:2
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作者 王岚 林凌杰 +1 位作者 常影 薛峰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期1600-1609,共10页
研究了身穿航天服的航天员在搬运物体时的运动规律,将搬运物体的过程进行了分类。结合传统的六段加减速算法,对每种情况下的肌肉激活度进行了规划,并采用粒子群算法进行求解。利用Matlab/Simulink搭建了上肢骨骼肌模型,实现了目标物体... 研究了身穿航天服的航天员在搬运物体时的运动规律,将搬运物体的过程进行了分类。结合传统的六段加减速算法,对每种情况下的肌肉激活度进行了规划,并采用粒子群算法进行求解。利用Matlab/Simulink搭建了上肢骨骼肌模型,实现了目标物体的速度规划。将动态加速度约束转变为静态肌肉激活度约束,提出了一种在动态加速度约束下基于肌肉激活度规划的速度规划算法。用Matlab对提出的算法进行了验证,证明了算法的可行性。与其他的速度规划算法相比,提出的算法所规划的肌肉激活度更符合人体生物力学,提高了航天员的训练效率。 展开更多
关键词 规划 航天员虚拟训练 动态约束 肌肉激活度规划
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基于贝叶斯优化的康复训练参与度自适应增强方法研究
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作者 曾洪 陈晴晴 +2 位作者 李潇 张建喜 宋爱国 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期2770-2779,共10页
针对现有的评估被试主动参与度指标建模复杂以及训练强度与被试运动能力及参与度不匹配等问题,该文提出一种基于贝叶斯优化的挑战型力控制器自适应增强康复训练参与度的方法。首先使用基于表面肌电信号(sEMG)表征的肌肉激活度来评估被... 针对现有的评估被试主动参与度指标建模复杂以及训练强度与被试运动能力及参与度不匹配等问题,该文提出一种基于贝叶斯优化的挑战型力控制器自适应增强康复训练参与度的方法。首先使用基于表面肌电信号(sEMG)表征的肌肉激活度来评估被试者的参与度,其次采用基于轨迹误差放大的抗阻训练模式进行上肢训练,并构建归一化急动度和肌肉激活度相结合的综合目标函数,然后采用贝叶斯优化方法在训练过程中更新挑战型力场的抗阻系数和死区宽度两个超参数,逐次优化该目标函数,以提高运动轨迹的顺滑度并保持被试者的训练参与度。最后,将16名健康被试者随机分为实验组和对照组并以其非利手进行训练,验证所提方法的有效性。实验结果表明,训练过程中实验组的肌肉激活度维持在高于对照组2.51%的水平;训练后实验组的运动能力改善明显优于对照组(59.8%vs 40.7%),验证了该文所提的自适应增强康复训练参与度策略比固定参数策略更有优势。 展开更多
关键词 自适应抗阻训练 上肢康复 表面肌电信号 肌肉激活度 贝叶斯优化
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基于Creo的修井机作业姿态舒适度评价系统设计
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作者 屈文涛 马丽娜 +1 位作者 徐剑波 杨斌 《工业工程》 北大核心 2022年第6期168-172,共5页
针对定性评价作业系统舒适性精度不够,难以引导人机布置方案优化的问题,建立以骨肌力学分析数据与Creo二次开发相结合的作业姿态舒适度评价系统,以此定量评价作业姿态舒适度,优化布置方案。以坐高、靠背倾角、脚踏位置为变量,通过司钻... 针对定性评价作业系统舒适性精度不够,难以引导人机布置方案优化的问题,建立以骨肌力学分析数据与Creo二次开发相结合的作业姿态舒适度评价系统,以此定量评价作业姿态舒适度,优化布置方案。以坐高、靠背倾角、脚踏位置为变量,通过司钻工作业生物力学仿真数据构建评价模型;利用Creo/Toolkit结合MFC技术构建人机交互界面,得出作业姿态舒适度评价系统;根据对模型舒适度的实时评价,直接进行模型优化。结果表明,建立的基于Creo的作业姿态舒适度评价系统,加快了布置方案的迭代效率,弥补了Creo人机分析模块功能上的不足,为能够定量且快速地解决作业姿态舒适度评价提供了一条新途径,对解决修井机作业舒适度问题提供一个新思路。 展开更多
关键词 修井机 姿态舒适评价 生物力学仿真 Creo/Toolkit软件 肌肉激活度
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修井机司钻作业生物力学仿真与姿态评价研究 被引量:2
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作者 徐剑波 余隋怀 +1 位作者 于明玖 初建杰 《石油机械》 北大核心 2018年第6期70-74,共5页
由于修井作业连续工作时间长、作业强度大,司钻人员的不良作业姿态容易引发早期肌肉疲劳、关节酸痛甚至骨肌损伤。鉴于此,在生物力学分析软件AMS中构建第50百分位中国成年男子人体数字模型,并对修井机司钻作业下肢动作的进行逆向动力学... 由于修井作业连续工作时间长、作业强度大,司钻人员的不良作业姿态容易引发早期肌肉疲劳、关节酸痛甚至骨肌损伤。鉴于此,在生物力学分析软件AMS中构建第50百分位中国成年男子人体数字模型,并对修井机司钻作业下肢动作的进行逆向动力学仿真;以踏板位置为自变量,以肌肉激活度为因变量,运用Matlab软件对仿真结果进行拟合处理,并构建各肌群对应的舒适度评价模型。利用回归分析法确定各肌群对整体舒适度的影响权重,进而得到整体舒适度评价模型。从模型可以看出,踏板位置在冠状面附近时,适当远离近身范围整体舒适度提升幅度超过80%;踏板位置在矢状面附近时,适当远离近身范围整体舒适度也会有50%左右的提升;踏板位置在接近下肢可触及范围的边缘时,整体舒适度会有小幅度降低。研究结果可为修井机人机工效评价及操作舱人机布置优化提供定量分析依据。 展开更多
关键词 修井机 人机工效 生物力学仿真 肌肉激活度 姿态评价 MATLAB
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踝关节外骨骼人机耦合动力学与助力性能分析 被引量:5
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作者 高钰清 靳葳 +1 位作者 徐鉴 方虹斌 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期3496-3512,共17页
踝关节在人体下肢运动过程中提供了最大的关节力矩,因此在下肢增强型外骨骼的研究中,踝关节外骨骼受到了重点关注.穿戴外骨骼的人体的行走是典型的动力学问题,但目前人机耦合动力学的相关研究还处于早期阶段.本文以绳驱踝关节外骨骼为... 踝关节在人体下肢运动过程中提供了最大的关节力矩,因此在下肢增强型外骨骼的研究中,踝关节外骨骼受到了重点关注.穿戴外骨骼的人体的行走是典型的动力学问题,但目前人机耦合动力学的相关研究还处于早期阶段.本文以绳驱踝关节外骨骼为研究对象,融合机器人正运动学方法和拉格朗日方程建立了考虑足-地交互力、人体关节力矩和外骨骼力矩的人-机耦合动力学模型.模型中,足-地交互力由Kelvin-Voigt模型结合库伦摩擦模型描述,人体关节力矩由基于粒子群优化的PD控制生成,外骨骼期望力矩由上层控制器依据人体步态周期确定.通过基于模型的动力学仿真,本文从人体踝关节角度、踝关节力矩、踝关节功率和踝关节做功多个角度系统分析了踝关节外骨骼对人体行走的助力效果.研究表明,在2.0 km/h到6.5 km/h的人体步行速度下,穿戴外骨骼可以实现至少24.84%的人体踝关节平均力矩下降和至少24.69%的踝关节做功下降.本文也开展了基于SCONE平台的肌肉骨骼建模和预测仿真.仿真结果表明,在3.6 km/h的步行速度下,穿戴外骨骼可以有效降低比目鱼肌的激活度峰值,并使肌电信号的RMS值下降了6.21%,从而从生理学的角度证实了踝关节外骨骼的助力效果.本文的结果进一步完善了人体下肢-外骨骼耦合系统的动力学建模和分析方法,从动力学和生理学角度证实和解释了踝关节外骨骼对行走的助力机制,也为今后下肢外骨骼的实验研究提供了理论支撑. 展开更多
关键词 下肢动力外骨骼 动力学建模 人机动力学 肌肉骨骼模型 肌肉激活度
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消防水枪外骨骼的生物力学分析 被引量:1
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作者 李艳志 王建敏 +1 位作者 庄延杰 李国辉 《消防科学与技术》 CAS 北大核心 2023年第6期803-807,共5页
针对当前大健康需求,开展基于人体生物力学的消防人员穿戴专用消防水枪外骨骼的分析,为减小消防人员职业损伤提供具有普遍意义的理论参考。设计并组织消防人员穿戴和未穿戴专用消防水枪外骨骼的模拟试验,获得消防人员在工作状态下的身... 针对当前大健康需求,开展基于人体生物力学的消防人员穿戴专用消防水枪外骨骼的分析,为减小消防人员职业损伤提供具有普遍意义的理论参考。设计并组织消防人员穿戴和未穿戴专用消防水枪外骨骼的模拟试验,获得消防人员在工作状态下的身体动作信息,分析在工作状态下消防人员在穿戴和未穿戴消防水枪外骨骼时的肌肉活动情况和关节反作用力。与未穿戴外骨骼时相比,穿戴外骨骼时,右边肩背部肌肉激活度明显下降,左边肌肉激活度略微上升,两边肌肉激活度趋于平衡,避免了单侧肌肉过度疲劳。同时,穿戴外骨骼时,消防水枪外骨骼对于左侧下肢关节受力情况有所改善,水枪单侧放置导致下肢关节力矩均略微增加,但右边盂肱关节反作用力下降。 展开更多
关键词 消防水枪用外骨骼 人体生物力学 肌肉激活度 关节反作用力
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