目的:观察贴扎对慢性踝关节不稳的男性篮球运动员正向和侧向跳跃时踝关节运动学特征的影响。方法:采用Vicon三维运动捕捉系统和Kistler三维测力台采集29例慢性踝关节不稳的男性篮球二级运动员贴扎与未贴扎条件下的正向和侧向跳跃落地数据，包括受试者未贴扎和贴扎条件下正向跳跃落地动作和侧向跳跃落地动作踝关节触地(TD)前200 ms、TD前150 ms、TD前100 ms、TD前50 ms、TD时、TD后50 ms、TD后100 ms、TD后150 ms和TD后200 ms的背屈/跖屈角度、外翻/内翻角度和外旋/内旋角度，以及背屈/跖屈角速度、外翻/内翻角速度、外旋/内旋角速度。采用Visual 3D三维运动分析软件对所得数据进行建模计算，并采用SPSS 25.0版统计学软件对本研究所得数据进行分析。结果:正向跳跃落地，受试者贴扎后TD前50 ms和TD的踝关节跖屈角度较未贴扎时分别减少了3.27°和2.70°，TD前50 ms的踝关节内翻角度较未贴扎时减少了2.13°，TD前200 ms和TD前150 ms的踝关节外旋角度较未贴扎时分别减少了2.59°和2.17°，TD后100 ms的落地踝关节外旋角度较未贴扎时减少了1.59°，差异均有统计学意义( P<0.05)。侧向跳跃落地，受试者贴扎后TD前50 ms和TD的踝关节跖屈角度较未贴扎时分别减少了1.94°和3.23°，TD前50 ms和TD的踝关节内翻角度较未贴扎时分别减少了2.86°和2.87°，TD前200 ms和TD前150 ms的踝关节外旋角度较未贴扎时分别减少了0.93°和2.36°，差异均有统计学意义( P<0.05)。正向跳跃落地，受试者贴扎后TD和TD后100 ms的踝关节背屈角速度较未贴扎时分别减少了58.47°/s和28.39°/s，差异均有统计学意义( P<0.05)。侧向跳跃落地，受试者贴扎后TD的踝关节背屈角速度较未贴扎时减少了20.52°/s，踝关节内翻角速度较未贴扎时增加了49.69°/s，差异均统计学意义( P<0.05)；TD后50 ms时，受试者贴扎后的踝关节外翻角速度较未贴扎时减少了30.28°/s，差异亦有统计学意义( P<0.05)。 结论:踝关节贴扎可以改变CAI男性篮球运动员正向和侧向跳跃落地动作时踝关节的角度和角速度，踝关节贴扎可使正向和侧向跳跃落地TD前50 ms和TD的踝关节跖屈和内翻角度减小，使正向跳跃落地TD的踝关节背屈角速度减小，使侧向跳跃落地TD的踝关节角速度增加。

本文提出了一种个性化头部生物力学模型建模方法,并对所生成模型进行了有效性验证.该方法以图斯特50th百分位头部生物力学模型为基础,基于目标模型头部CT数据,采用三维点云配准和自由网格变形法,实现具有详实脑组织结构的个性化头部生物力学模型的快速建模.通过重构经典尸体试验,发现该方法构建的个性化头部生物力学模型在运动学和生物力学响应方面与尸体试验结果高度一致,且与通过逆向工程方法开发的头部生物力学模型并无明显差异,验证了本文方法所开发模型的有效性.因此,本文方法可用于快速构建具有详细解剖学结构的个性化头部生物力学模型,为损伤生物力学、临床医学和法医鉴定等领域的数字化需求提供基础计算分析工具.

目的 采集、分析专业医师推拿手法的运动学、动力学特征,并基于仿人手设计的多功能推拿头,开发一种适用于多种按摩手法、学习专业医师推拿力度曲线的力度柔顺控制算法,以期提供一种实现推拿机器人运动学、动力学复现的方法.方法 首先基于传统中医按摩理论,对滚法、揉法、振法进行运动学以及动力学分析,将其动作特征进行抽取解耦,形成多维度的运动学和动力学模式化表达.其次通过推拿手法测定仪以及动作捕捉系统,对专业医师推拿手法动作进行运动学、动力学数据采集.最后基于一款仿人手设计的多功能按摩头,以专业医师推拿手法信息为示教,对推拿手法的空间轨迹、力度曲线进行学习并开发力度柔顺控制算法.结果 推拿头和专业医师的滚法力度最大值分别为 52.18 N、55.10 N,最小值分别为29.71 N、6.23 N,推拿头推拿过程中力度曲线的波形与专业医师比较接近.推拿头执行揉法力度的平均值、最大值以及最小值相对于专业医师的误差分别为-0.51%、3.58%和-3.56%,推拿头和专业医师推拿力度的标准差、偏度与峭度均十分接近.推拿头和专业医师的振法最大值分别为 21.82 N、21.54 N,频率分别为3.67 Hz、14.30 Hz.推拿头与专业医师的上述几种手法的平均力度相对误差均小于10%,力度曲线、推拿力度、频率等动力学特征基本相同.结论 本文提出的方法能够有效复现推拿动作的动力学特征,验证了推拿手法的动力学复现的可行性.

目的 研究偏瘫步态特征与下肢异常肌力之间的内在关系,阐明导致偏瘫步态的肌力原因并为临床治疗提供建议.方法 以偏瘫步态和正常步态为研究对象进行建模仿真,通过正常步态下仿真模型与实测数据对比验证模型有效性,对两种模型的运动学数据、地面反作用力(ground reaction force,GRF)及肌力等特征曲线进行差异分析.结果 LifeMOD仿真结果与测力台实测GRF曲线复相关系数为0.922,动力学模型合理有效.偏瘫步态患者初始着地期胫前肌肌力小导致踝关节背屈不足,摆动前期腓肠肌肌力小,起不到蹬离推动作用.结论 胫前肌、腓肠肌软弱无力是偏瘫患者出现足下垂等偏瘫步态特征的主要原因,LifeMOD建模仿真可协助诊断偏瘫患者的异常肌力.

目的:针对串联机器人在危险生化品处理方面的应用,选取一种安全系数高、灵活轻量的机械臂并对其进行运动学建模和轨迹规划.方法:先对机械臂进行运动学建模,之后推导并验证正运动学和逆运动学公式,然后利用微分变换法求取机械臂的雅可比矩阵,最后对机械臂在关节空间和直角坐标空间进行轨迹规划.结果:通过对串联机器人的轨迹规划,可使其形成光滑连续的理想运动曲线,使串联机器人在空间上的运动更加平稳高效.结论:该研究有助于使串联机器人更好地应用于危险生化品处理的场景,也可以为串联机器人的其他相关研究提供参考.

目的 设计空间运动轨迹爬行训练装置,该装置能够实现通过转动轮盘带动上肢把手做椭圆运动,同时带动腿部支撑绕一个可做直线往复移动的点做30°~0°之间的往复摆动,从而可辅助使用者完成整个爬行运动.方法 首先运用SolidWorks对装置的结构进行三维建模;然后通过SolidWorks Motion对整个装置进行运动学仿真,并通过计算完成动力学分析;最后从SolidWorks将主要受力部件导入ANSYS Workbench进行静力学分析.结果与结论 设计的空间运动轨迹爬行训练装置可以辅助使用者完成预定的爬行运动,并且关键部件的强度校核满足强度要求.

背景:骨骼肌系统作为揭示人体运动形式变化的动力,其建模是人体建模的关键技术.目的:基于UG与ADAMS的人体下肢骨骼肌建模.方法:对6名男子分别测量身体下肢系统尺寸参数,根据采集到的下肢环节运动参数、动力学参数(地面反作用力)和下肢肌群的表面肌电信号,使用ADAMS对下肢骨骼肌建模并进行动力学与运动学双向仿真,获得动力学及运动学仿真参数,最后使用MATLAB对仿真值与实测值进行相关性分析以验证模型的可行性.结果与结论:得出实测动力学、关节角度、环节点位移等数据与 ADAMS 仿真数据存在非常显著的线性相关关系.仿真结果表明,利用UG与ADAMS建立的人体下肢骨骼肌模型通过仿真计算能够有效求解繁琐的多刚体动力学问题.

人体上肢是人类各部分肢体中最灵活的部分,由手骨、尺骨、桡骨、肱骨以及相互协调运动的关节和肌肉、韧带等周围软组织组成,结构复杂,且具有重要的生理功能.在日常的生活中具有灵活性高、运动范围广、各部分协调性强等特点.人体上肢创伤性骨折、运动性损伤、慢性关节炎、关节畸形、肿瘤等疾病的发病率较高,对这些疾病的病因目前尚未完全清楚.研究上肢运动过程中的生物力学、动力学、运动学及上肢骨骼肌肉力的作用具有重要的意义,旨在从医学生物力学角度,探讨人体上肢骨骼肌肉系统相关的力学问题,上肢运动过程中肌肉力、关节力的变化情况和骨骼的应力、应变规律.确定人体上肢骨骼的力学相关参数及主要肌肉功能的力学特性,为动力学、运动学仿真分析提供较为合理的分析平台,为临床上肢手术的术前规划和术后的康复功能研究及评价提供合理的有限元分析平台.对预防骨折、关节退行性变、运动性损伤、康复锻炼以及体育竞技方面有指导作用.本文从骨肌系统建模、运动学与动力学仿真分析以及有限元分析等方面进行综述.

背景:腕关节的舟骨骨折在腕部骨折中非常常见,但是由于腕舟骨骨折不愈合率极高,通过研究其在体运动轨迹为其固定提供最佳位置的固定方式是具有极其重要的意义.目的:探讨正常腕舟骨运动轨迹,为体内研究三维运动学分析提供一种方法.方法:纳入20名健康成人志愿者(男女各10名),均行右腕关节连续螺旋CT扫描,右手腕分别于中立位,掌屈、背伸各15°,30°,45°,60°位,桡偏10°,20°、尺偏15°,30°位进行扫描,将原始DICOM数据导入Materialise Mimics Innovation Suite 15.0软件,通过三维建模,重建桡骨远端及舟骨,并行骨块三维配准,分别测定各骨块质心,重建舟骨的运动轨迹,计算骨块间的距离.结果与结论:腕关节屈曲及背伸或尺偏及桡偏运动时,舟骨质心相对于桡骨远端质心之间的距离是不同的,腕关节背伸60°,尺偏30°位舟骨质心相对于桡骨距离最大;背伸30°,桡偏20°,则距离最小.各位置桡骨远端质心与舟骨质心间距离男女间比较有统计学差异.实验精确测定腕舟骨的质心,为重建舟骨的运动轨迹提供了新的科学方法.

目的 核生化(NBC)威胁应对已成为国家安全面临的重大问题,为应对NBC环境中危险样本采集任务,减少人与危险物接触,保证操作人员人身安全,设计一种可搭载于小型无人采样平台上的采样机械臂.方法 基于典型六轴串联式结构,遵循模块化设计思想,进行采样机械臂的结构设计.采用D-H法推导正逆运动学方程,完成运动学建模.结果 设计了一款体积小、互换性强、操作灵活、稳定可靠的模块化采样机械臂,通过仿真实验验证了运动学模型的可靠性.结论 应用采样机械臂可增强无人平台的工作效能,替代操作人员进入NBC危险区域,保障人员安全,提升核生化事件应急反应能力.