Идентификация механических характеристик моделей мышц по результатам упражнений на тренажерах

• Автор: Грязева, Елена Дмитриевна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 93 с. : ил.

1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
ЧЕЛОВЕКА
1.1. Топография тела человека и опорно-двигательного аппарата
1.2. Скелетные мышцы
1.3. Опорно-двигательный аппарат как управляемая механическая система
1.4. Морфометрия мышц
1.5. Модель мышечной ткани
2. Математическая модель верхней конечности
2.1. Анатомический анализ движений верхней конечности
2.2. Верхняя конечность как объект исследования
2.3. Динамика движения системы «тренажер-рука»
2.4. Сплайн-представление ядер релаксации
2.5. Уравнения идентификации
2.6. Минимизация среднеквадратических отклонений
3. Эксперименты по идентификации моделей мышц верхней конечности
3.1. Измерение кинематических характеристик упражнения
3.2. Программное обеспечение эксперимента
3.3. Результаты экспериментальных исследований
ЛИТЕРАТУРА

Вся жизнь человека неразрывно связана с движением. Можно утверждать, что без движения или при малоподвижном образе жизни нарушаются важнейшие функции, обеспечивающие жизнедеятельность организма: снабжение кислородом, обмен веществ и т.п. В современных условиях, отличающихся развитием техники в быту и на производстве, мотиваций для естественных движений становится все меньше и поэтому все большее значение приобретают занятия спортом. В целом практически все виды спорта (кроме интеллектуальных) представляют собой взаимосвязанные комплексы движений, ограниченные рамками определенных правил. Мотивацией к занятиям спорта служат и соображения об общем укреплении здоровья и тем самым продления жизни, и соображения престижа и заработка у людей, сделавших спорт своей профессией.
По характерным особенностям организма нельзя найти двух одинаковых людей. В связи с этим и занятия спортом также сугубо индивидуальны. Конечно, существуют виды спорта, полезные каждому (бег, плавание, игровые виды спорта); они воздействуют практически на все группы мышц, развивая и укрепляя таковые. Но в силу индивидуальных особенностей развития организма может оказаться, что отдельные мышцы или их группы менее развиты и требуются специальные упражнения для приведения их к общему уровню развития.
При подготовке спортсменов высшей квалификации вопрос назначения специальных комплексов упражнений ставится по-другому. Спортсмен изначально настроен на победу в соревнованиях, то есть должен выполнить определенную группу движений таким образом, чтобы обеспечить наиболыне соответствие принятому эталону (в гимнастике, фигурном катании) или обеспечить некоторый количественный результат, отличающийся от высшего, ранее достигнутого другими спортсменами (легкая атлетика, тяжелая атлети-

ка, конькобежный спорт и т.п.).
Отметим, что в обеих случаях (и в общефизической подготовке, и в профессиональном спорте) приоритет имеет анализ возможностей различных мышечных групп. Традиционные способы разработки методик тренировок опираются на выполнение специальных видов упражнений, и анализ их результатов; если для ОФП это вполне приемлемо, то для тренировок спортсменов высшей квалификации требует более строгого количественного анализа. В настоящее время такое совершенствование методик разработки специализированных комплексов упражнений можно реализовать, используя возможности современных информационных технологий (ИТ).
В настоящее время существует ряд медицинских приборов, использующих возможности компьютеров, позволяющих получить объективную количественную информацию о состоянии организма, проанализировать ее и дать заключение об отклонениях от нормы. Работа таких приборов напрямую связана с математическими моделями, разработанными медиками на основании обобщений многолетних наблюдений над патологиями организмов. Особенностью анализа движений является чрезвычайная сложность модели, обусловленная сложностью опорно-двигательного аппарата. Наличие такой модели обеспечивает применение ИТ как в планировании ОФП, так и тренировок спортсменов путем имитационного моделирования заданного комплекса движений и сопоставления результатов моделирования с некоторым эталоном. Но моделирование движений требует обширной информации об опорно-двигательном аппарате (ОДА): его структуре и характеристиках скелетных мышц, приводящих его в движение. Так как мы рассматриваем механическое движение, то определяющими являются именно механические характеристики элементов ОДА.
В литературе приводятся данные по механическим характеристикам различных костей и мышц, полученные in vitro, то есть в ходе испытаний над мертвым, расчлененным организмом. Если для костных тканей такая информация может, хотя и с натяжкой, считаться достоверной, то для мышц она
(2.14)
где £, - безразмерная нормированная координата. Представим функцию релаксации через эти полиномы, считая, что задано конечное число узлов интерполяции, первым из которых является начальный момент времени /о=0, а последний - на достаточно большом (но конечном) удалении от начала. Это позволяет ввести в рассмотрение мгновенный модуль как значение функции ^ и долговременный модуль как значение J=Jn. Представление будет иметь вид:
Здесь /*, 7* - значение функции релаксации и ее скорости - ядра релаксации [37] в наперед заданных узлах интерполяции.
Потребуем, чтобы аппроксимация ( 2.15) была непрерывной, в узлах принимала заданное значение и потребуем непрерывности в узлах первой и второй производных по времени. При этом узлы будем считать в общем случае неравноотстоящими. Первые три условия выполняются автоматически; последнее приводит к трехдиагональной системе уравнений относительно параметров Тк, к=1,2..И-1:
J(t)=JnЖ)- тп-№)Д„- «(£)- тпр4(№„ */е[/ы,/*];
(2.15)
тк-1" сктк ■ ДА+1 - ■ Рк>
-С* = 2(1+«Л 2>,=8,; -Д=^-[б^+1 + (1-5Ьл,-Л4_,]
(2.16)
Система дополняется двумя условиями: