7,623 matches
-
reprezentat un model structural al membrului inferior[67], format din 4 elememte (coxal, femur, tibie și picior) considerate a fi asimilate mecanismelor paralele, în care apar și grupele musculare, într-un număr mai mic, reprezentate prin cuple de translație. Pentru articulația gleznei, considerată separat, reprezentată în figura 2.39, au fost avute în vedere două grade de libertate, date de articulația propriu-zisă a gleznei și articulația meta - tarso - falangiană. Ceea ce caracterizeză aceste modele nu este numărul de elemente și articulații, ci
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
asimilate mecanismelor paralele, în care apar și grupele musculare, într-un număr mai mic, reprezentate prin cuple de translație. Pentru articulația gleznei, considerată separat, reprezentată în figura 2.39, au fost avute în vedere două grade de libertate, date de articulația propriu-zisă a gleznei și articulația meta - tarso - falangiană. Ceea ce caracterizeză aceste modele nu este numărul de elemente și articulații, ci modul în care elementele sunt interconectate prin intermediul cuplelor motoare, date de grupele musculare. Pe baza reprezentărilor articulare și musculare s-
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
apar și grupele musculare, într-un număr mai mic, reprezentate prin cuple de translație. Pentru articulația gleznei, considerată separat, reprezentată în figura 2.39, au fost avute în vedere două grade de libertate, date de articulația propriu-zisă a gleznei și articulația meta - tarso - falangiană. Ceea ce caracterizeză aceste modele nu este numărul de elemente și articulații, ci modul în care elementele sunt interconectate prin intermediul cuplelor motoare, date de grupele musculare. Pe baza reprezentărilor articulare și musculare s-au dezvoltat programe specializate de
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
Pentru articulația gleznei, considerată separat, reprezentată în figura 2.39, au fost avute în vedere două grade de libertate, date de articulația propriu-zisă a gleznei și articulația meta - tarso - falangiană. Ceea ce caracterizeză aceste modele nu este numărul de elemente și articulații, ci modul în care elementele sunt interconectate prin intermediul cuplelor motoare, date de grupele musculare. Pe baza reprezentărilor articulare și musculare s-au dezvoltat programe specializate de calculator (software specializat) sau module ale unor programe CAD, care pornesc mai întâi de la
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
2.3. Modele cinematice Modelele cinematice în biomecanică se împart, funcție de datele de intrare și necunoscutele care trebuie determinate, în două mari categorii: modele cinematice directe și modele cinematice inverse. Modele cinematice directe, în care cunoscându-se coordonatele generalizate ale articulațiilor modelului structural, se cer să fie determinate pozițiile unor puncte date ale lanțului cinematic și, de asemenea, vitezele și accelerațiile acelor puncte. O exprimare matematică mai simplă pentru analiza cinematică directă este dată în [54], respectiv: x = f(θ), (2
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
care mărginesc elementul cinematic [94]. Cu aceste notații pot fi scrise matriceal relații de legătură între elementele cinematice. Modele cinematice inverse, în care, cunoscându-se numai pozițiile unui elememt final efector, se cer să fie determinate poziția și orientarea tuturor articulațiilor; matematic, cinematica inversă se poate exprima prin relația [107]: θ = f -1(x), (2.8) unde: x este cunoscut iar θ se cere să fie determinat, cu aceleași semnificații ca mai înainte. Cinematica inversă furnizează informații pentru controlul mișcării elementului
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
Zeltzer[107] au generat mișcarea piciorului prin intermediul unui algoritm de cinematică inversă. Acest ultim caz al mișcării piciorului a fost analizat în două etape: mai întâi a fost dată traiectoria piciorului, după care algoritmul de cinematică inversă a determinat unghiurile articulațiilor piciorului în timpul mișcării acestuia. Cele două categorii de modele sunt abordate în literatura de specialitate [5, 60, 67, 76, 85, 106, 107, 116, 124, 135, 139, 143, 145, 149, 150, 155] pentru tipurile de subiecți umani: normali, cu deficiențe și
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
la determinarea accelerațiilor se mai aplică odată operatorul de derivare fiecărei matrice de rotație. Pentru cazul unui model cinematic invers este necesară liniarizarea ecuației (3) pe baza configurației cinematice a modelului structural [156]. Prin liniarizare se stabilește relația dintre vitezele articulațiilor și viteza elementului final - efector de forma: , (2.22) unde J este matricea Jacobiană calculată cu relația: , (2.23) dimensiunea sa fiind (m x n), unde m reprezintă numărul de articulații iar n reprezintă dimensiunea vectorului element efector. Prin inversarea
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
structural [156]. Prin liniarizare se stabilește relația dintre vitezele articulațiilor și viteza elementului final - efector de forma: , (2.22) unde J este matricea Jacobiană calculată cu relația: , (2.23) dimensiunea sa fiind (m x n), unde m reprezintă numărul de articulații iar n reprezintă dimensiunea vectorului element efector. Prin inversarea relației (21) se obține: . (2.24) Rezolvarea unei astfel de ecuații se poate face pe cale numerică, prin interații succesive [107] sau pe cale analitică [50], utilizând fie o metodă algebrică, fie o
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
deficiențe de mișcare, analiza cinematică este una de evaluare și de sugestie în vederea unui tratament posibil. În această ultimă situație, modelul cinematic analitic trebuie realizat numai după ce s-au efectuat măsurători specifice pe pacient (viteza de mers, amplitudinile unghiulare ale articulațiilor, activitatea musculară prin EMG etc). Deficiențele de mișcare sunt evaluate de către medic, prin intermediul a trei direcții principale de investigare: istoricul deficienței, examinarea fizică și investigații speciale. În această ultimă categorie de investigații este necesar specialistul în biomecanică, atât pentru a
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
inferior uman, reprezentat schematic în figura 2.43 [23]. Legăturile exterioare pentru acest sistem se consideră că sunt în punctul A, unde piciorul (I) este rezemat pe sol și în punctul D unde coapsa (III) este articulată de bazin prin articulația coxo-femurală. Izolând cele trei elemente, piciorul (I), gamba (II) și coapsa (III), așa după cum se observă în figura 2.44, se obțin 3 corpuri solicitate în felul următor: oasupra piciorului (I) acționează forțele exterioare (de rezistență utilă, de exemplu, acțiunea
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
oasupra piciorului (I) acționează forțele exterioare (de rezistență utilă, de exemplu, acțiunea piciorului asupra unei mingi, la fotbal) și (activă, ca de exemplu o forță musculară), forța de legătură exterioară (din reazemul simplu A) și forța de legătură interioară din articulația gleznei B, notată (indicii reprezintă acțiunea corpului I asupra corpului II); oasupra gambei (II) acționează forțele exterioare , și forțele de legătură interioare și ; oasupra coapsei (III) acționează forța exterioară , forța de legătură interioară și forța de legătură exterioară din articulația
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
articulația gleznei B, notată (indicii reprezintă acțiunea corpului I asupra corpului II); oasupra gambei (II) acționează forțele exterioare , și forțele de legătură interioare și ; oasupra coapsei (III) acționează forța exterioară , forța de legătură interioară și forța de legătură exterioară din articulația coxo-femurală. Ecuațiile vectoriale de echilibru static scrise pentru cele 3 corpuri sunt: I , (2.25) II , (2.26) III . (2.27) Aceste ecuații reprezintă exemplificarea teoremei izolării corpurilor, iar metoda aplicată este denumită metoda izolării (separării) corpurilor. Cele 6 ecuații
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
anterior este de forma: , k = 1, 2, 3,.... (2.39) Pentru modelul dinamic invers, impulsul are expresia: , (2.40) dacă θ = ± α sau = 0, unde k este o constantă care depinde de feedback. În cazul modelului structural format din două articulații și șase mușchi, așa cum este reprezentat în figura 2.50, Kuo, în lucrarea [96], precizează că vectorul moment articular dat de mușchiul „j“ are expresia: , (2.41) unde: f jmax este valoarea maximă a forței musculare izometrice, fj este o
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
are expresia: , (2.41) unde: f jmax este valoarea maximă a forței musculare izometrice, fj este o constantă care variază între 0 și 1 funcție de nivelul de activare musculară, iar r(j) reprezintă vectorul moment al muschiului „j“ acționând asupra articulațiilor sistemului biomecanic (în număr de n), respectiv . (2.42) Momentul articular total, dat de toți cei „n“ mușchi este: , (2.43) unde: . Ecuația de mișcare are în acest caz expresia: , (2.44) unde: M(θ) reprezintă matricea masei, g(θ
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
de a obține informații privind caracteristicile mișcării care, experimental, nu sunt observabile prin definiție, ca, de exemplu, traiectoria centrului de masă al corpului funcție de timp. De asemenea, se pot determina parametri dinamici precum momentul articular, forțele normale și tangențiale din articulații, energie mecanică, puterea musculară etc. Hatze, în lucrarea [68], analizează un model dinamic invers aplicat unei structuri musculo-scheletale, așa cum este reprezentat în figura 2.53. Ecuația de mișcare a sistemului de corpuri are o expresie generală de forma [68]: , (2
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
să fie asemenea fenomenului real [23]. Încercările pe modele furnizează informații deosebit de utile pentru înțelegerea funcționării structurii reale. Modelul experimental care reprezintă componentele reale se execută la o anumită scară geometrică. Astfel, de exemplu, în analiza tensiunii exercitate într-o articulație, în timpul alergării, se poate concepe un model experimental, asemenea geometric sistemului real și apoi, pe baza principiilor modelării, se pot efectua cercetările dorite. Scara geometrică a modelului este, în general, subunitară, dar poate fi, în unele cazuri și supraunitară. În
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
acestuia reprezintă efectele, de natură biomecanică ale acestor perturbații, fiind denumite, în mod obișnuit, răspunsuri dinamice. Astfel, kinemograma mersului normal reprezintă efectul sau răspunsul activității neuro- musculare a aparatului locomotor uman. În kinemograma mersului sunt reprezentate traiectoriile șoldului, genunchiului și articulației gleznei. În patologia deficiențelor musculare, mecanismele de deplasare se modifică atât segmentar, cât și în totalitate, determinând o reacție de adaptare a locomotorului pentru utilizarea unor forțe musculare restante și punerea în joc a mecanismelor de stabilitate pasivă. Aceasta este
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
de forță, s-au determinat energia mecanică, variația energiei mecanice și raportul dintre variația energiei mecanice și intervalul corespunzător de timp (). Cu ajutorul determinării experimentale a variației energiei în raport cu timpul și a calculului, cu ajutorul dinamicii inverse, forței și momentului forței din articulația gleznei, s-au putut găsi: -puterea dată de forță în articulația gleznei: (2.56) -puterea dată de momentul forței în articulația gleznei (2.57) -modificarea de putere (2.58) Pe baza măsurătorilor experimentale și a calculelor se prezintă graficele, reprezentate
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
raportul dintre variația energiei mecanice și intervalul corespunzător de timp (). Cu ajutorul determinării experimentale a variației energiei în raport cu timpul și a calculului, cu ajutorul dinamicii inverse, forței și momentului forței din articulația gleznei, s-au putut găsi: -puterea dată de forță în articulația gleznei: (2.56) -puterea dată de momentul forței în articulația gleznei (2.57) -modificarea de putere (2.58) Pe baza măsurătorilor experimentale și a calculelor se prezintă graficele, reprezentate în figura 2.54, conform [61]. Deși măsurătorile s-au efectuat
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
Cu ajutorul determinării experimentale a variației energiei în raport cu timpul și a calculului, cu ajutorul dinamicii inverse, forței și momentului forței din articulația gleznei, s-au putut găsi: -puterea dată de forță în articulația gleznei: (2.56) -puterea dată de momentul forței în articulația gleznei (2.57) -modificarea de putere (2.58) Pe baza măsurătorilor experimentale și a calculelor se prezintă graficele, reprezentate în figura 2.54, conform [61]. Deși măsurătorile s-au efectuat pe două tipuri de sol, unul realtiv moale iar celălalt
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
asupra sistemului musculo-scheletal, în particular; -dezvoltarea unor metode noi de simulare a sistemelor biomecanice active, folosind concepte cibernetice, precum feedback, transfer de date etc.; -realizarea unor echipamente tehnice performante, pentru utilizare medicală și sportivă - de antrenament. 3. MODEL ANALITIC AL ARTICULAȚIEI GLEZNEI CU APLICAȚIE ÎN RECUPERAREA MEDICALĂ ȘI ANTRENAMENTUL SPORTIV Modelarea sistemelor biomecanice se poate realiza prin folosirea unuia din cele două tipuri de modele, și anume: modele analitice și modele experimentale. Datorită complexității fenomenelor biomecanice, precum și datorită dificultăților matematice care
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
intervin în fenomenul analizat. Apoi, aplicând fie metoda Rayleigh, fie metoda produselor, se stabilește legea fizică pe baza mărimilor fizice care determină fenomenul considerat analizat. 3.1. Definirea parametrilor de poziție ai modelului propus Anatomic, la picior există două mari articulații: o articulație superioară, formată din extremitățile inferioare ale oaselor gambei (tibia și fibula) și din fața superioară a talusului și o articulație inferioară, formată din talus și calcaneu, așa cum se observă în figura 3.1. Prima dintre aceste articulații permite mișcarea
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
fenomenul analizat. Apoi, aplicând fie metoda Rayleigh, fie metoda produselor, se stabilește legea fizică pe baza mărimilor fizice care determină fenomenul considerat analizat. 3.1. Definirea parametrilor de poziție ai modelului propus Anatomic, la picior există două mari articulații: o articulație superioară, formată din extremitățile inferioare ale oaselor gambei (tibia și fibula) și din fața superioară a talusului și o articulație inferioară, formată din talus și calcaneu, așa cum se observă în figura 3.1. Prima dintre aceste articulații permite mișcarea de flexie-extensie
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
determină fenomenul considerat analizat. 3.1. Definirea parametrilor de poziție ai modelului propus Anatomic, la picior există două mari articulații: o articulație superioară, formată din extremitățile inferioare ale oaselor gambei (tibia și fibula) și din fața superioară a talusului și o articulație inferioară, formată din talus și calcaneu, așa cum se observă în figura 3.1. Prima dintre aceste articulații permite mișcarea de flexie-extensie a piciorului (numită și flexie dorsală-flexie plantară), iar a doua permite mișcarea de pronație-supinație (o mișcare compusă din flexie-extensie
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]