Управление вязко-эластичными свойствами нервно-мышечного аппарата руки человека при выполнении произвольных баллистических движений к неподвижной цели

• Автор: Прокопенко, Роман Александрович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.

1 ОВЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Скелетный аппарат.

1.1.1 Мобильность верхней конечности человека

1.1.2 Суставы и кинематика движения.

1.2 Нервномышечный аппарат

1.2.1 Мышечное сокращение

1.2.2 Мышечная архитектура.

1.2.3 проприоцепция

1.2.4 Спинальные рефлексы

1.3 Жесткость и вязкость нервномышечного аппарата.
1.3.1 Экспериментальные методы исследования
1.3.2 Исследования многосуставной жесткости и вязкости

2 ТОЧНОСТЬ МОДЕЛИ СКЕЛЕТНОГО АППАРАТА.
2.1 Модели суставов
2.1.1 Общая модель.
2.1.2 Одюоспвой сустав
2.1.3 Двухосевой сустав
2.1.4 Трехосевой сустав
2.1.5 Оценка параметров сустава
2.2 Модель руки человека
2.2.1 Геометрия руки и кинематика движения
2.2.2 Оценка суставных углов.
2.3 Методика эксперимента
2.4 Результаты
2.4.1 Оценка точности модели
2.4.2 Параметры суставов.
2.5 Обсуждение.
3 ЗАВИСИМОСТЬ ВЯЗКОЭЛАСТИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОТ НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ.
3.1 МОДЕЛЬ
3.1.1 Динамика плоского движения руки человека
3.1.2 Момент мышечных сил.
3.2 Методика эксперимента
3.2.1 Экспериментальная установка
ф 3.2.2 Измерения.7
3.3 Результаты я
, 3.3.1 Геометрия суставов руки.
3.3.2 Возмущения.
3.3.3 Инерционные параметры
3.3.4 Движения к неподвижной цели
3.3.5 ВЯЗКОЭЛАСТИЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ.
3.4 Обсуждение
4 УПРАВЛЕНИЕ ВЯЗКОЭЛАСТИЧНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ.
.1 1УДГ. I
4.1.1 Динамика движения
4.1.2 Нервномышечный аппарат
4.2 Устойчивость.
4.2.1 Устойчивость ДВУХМЕРНОГО движения руки.
4.2.2 Область устойчивости при движении с одной степенью свободы
4.2.3 Зависимость свойств устойчивости от направления.
4.3 Обратная задача динамики
4.3.1 Постановка задачиИЗ
4.3.2 Минимальная жесткость.
4.3.3 Жесткость во время движения.
4.4 Управление равновесным положением
4.4.1 Постановка задачи.
4.4.2 Движение с одной степенью свободы.
4.4.3 Многосуставное движение.
4.5 Обсуждение с
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Описание руки кинематической цепыо, состоящей из твердых сегментов, соединенных вращательными удерживающими связями без трения, позволяет проводить вычисление моментов сил по кинематическим записям многосуставных движений. Разработан новый метод измерения параметров суставов по кинематике движения конечности. Этот метод является неинвазивным и может быть применен при протезировании суставов для проектирования протеза по данным движения парной конечности. Впервые при экспериментальном исследовании вязкоэластичных свойств нервномышечного аппарата руки человека принята во внимание временная задержка рефлекторной петли обратной связи. Наши данные представляют собой качественно новые результаты, позволяющие, в отличие от большинства современных исследований, учесть эффекты, связанные с наличием временной задержки обратной связи. Впервые исследована проблема устойчивости многосуставных движений руки человека при наличии временной задержки обратной связи. Выведены границы области устойчивости для коэффициентов обратной связи. Описанные в литературе подходы к исследованию принципов организации управления рукой человека рассмотрены с точки зрения управления вязкоэластичными параметрами. На этой основе проведен подробный анализ полученных экспериментальных данных. Рассматривая пары костей верхней конечности человека рис. , ivi , i , , три в локтевом суставе , i , i , и соединение в лучезапястном суставе i. Несмотря на множество соединений, количество степеней свободы ограничено. Рисунок 1. Движения верхней конечности адаптировано из Маиге1 ТЬа1шапп, . Лучезапястный сустав является эллипсоидным и обеспечивает две степени свободы движений сгибаниеразгибание и отведениеприведение кисти. Движение предплечья относительно плеча имеет две степени свободы. Сгибаниеразгибание обеспечивается цилиндрическим плечелоктевым суставом иН. И.. Движение же гтлечелучевого шаровидного сустава НИ. Мобильность плеча обеспечивается шаровидным плечевым суставом СН имеющим три степени свободы, называемые сгибаниемразгибанием, отведениемприведением и осевым вращением. Итого, плечо, локоть и кисть вместе имеют семь степеней свободы. Прямой подсчет степеней свободы для плечевого пояса рис. Хотя грудинноключичный ЭС и акромиальноключичный АС суставы имеют по три степени свободы, их движения существенно ограничены связками. Соединение же лопатки с грудной БТ клеткой является особым случаем, так как оно не содержит суставных структур, однако, за счет окружающих мышц, лопатка ограничена скольжением по грудной клетке. Поскольку шаровидный плечевой сустав СН имеет три степени свободы, дополнительный учет трех координат его положения дает исчерпывающее описание движения плеча. Таким образом, движения в трех соединениях плечевого пояса БС, АС и БТ в конечном итоге сводятся к движению центра плечевого сустава вН в трехмерном пространстве. Размер рабочего пространства, достижимого рукой человека, значительно превосходит амплитуду движения положения плечевого сустава, что позволяет пренебречь движениями плечевого пояса для целого ряда двигательных задач. Суставы являются наиболее совершенными видами соединений костей, и обеспечивают большую подвижность. На рис. Так, взаимное движение костей, соединенных суставом, можно описывать в терминах возникающих между ними сил, ограничивающих их взаимное движение. Точные модели суставов, принимающие во внимание возникающие силы реакции i, i i, , достаточно сложны. Рисунок 2. Формы суставных поверхностей Сапин, . А блоковидный, Б эллипсоидный, В седловидный, и Г шаровидный суставы. Упростить анализ позволяет кинематический подход. Характеристики сустава определяют кинематику взаимного движения костей, и поэтому сам сустав может быть охарактеризован с точки зрения кинематики. С этой точки зрения задача сустава состоит в ограничении взаимного движения костей. Причем геометрия сустава предполагается неизменной. Поэтому этот подход называют приближением твердого тела iv .