人体上肢屈臂过程肌肉力建模与分析

论文摘要

随着工作和生活节奏的加快,人们身体素质呈现出持续下降的情况,越来越多的人选择去健身房锻炼。对于上肢力量训练,因缺乏直接测量肌肉力的方法,所以在训练过程中不能直观了解肌肉力的变化。本文通过建立人体上肢屈臂过程肌肉力模型,定量地分析主要屈肌(肱二头肌、肱肌和肱桡肌)的肌肉力变化,为上肢肌肉力训练提供理论基础,使训练更加具有针对性和高效性。本文根据人体上肢生理结构和运动特性,建立合理的人体上肢刚体模型,并由直线代替肌肉,建立肌肉的直线模型。通过建立上肢坐标系,得到各肌肉起止点的空间位置坐标,推导出肌肉力臂模型,并通过细化前臂的刚体模型,在肌肉力臂模型中加入前臂旋转角度变量,使肌肉力臂值包含两个变量(肘关节弯曲角度和前臂旋转角度),目的是让所建立的上肢肌肉力模型符合更多的训练场景。设计人体上肢运动实验,由无线独立传感系统采集上肢的运动数据,主要包括肘关节的运动角度、角速度和角加速度。运用拉格朗日动力学方程对肘关节进行逆动力学分析,得到肘关节的关节力矩。根据神经控制肌肉以消耗最小能量为优化原则,通过肘关节力矩平衡方程和肌肉力所受约束的条件,采用约束优化方法求解出肱二头肌、肱肌和肱桡肌的肌肉力大小。采集运动信号的同时,采集肱二头肌的表面肌电信号,对表面肌电信号进行预处理,得到肌肉激活度,通过肌肉激活度计算出肱二头肌的肌肉力,对比由两种方法计算出的肱二头肌肌肉力,目的是验证所建模型的有效性。最后,本文通过多组实验,分析不同运动状态下的肱二头肌、肱肌和肱桡肌的肌肉力变化,为以后的上肢力量训练提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究的背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 人体上肢模型国外研究现状
•     1.2.2 人体上肢模型国内研究现状
•   1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 人体上肢生理结构
•   2.1 解剖学的基本术语
•     2.1.1 人体（标准）解剖学姿势
•     2.1.2 人体解剖学的方位术语
•     2.1.3 人体的基本切面和基本轴
•   2.2 上肢骨骼
•     2.2.1 肩胛骨
•     2.2.2 肱骨
•     2.2.3 尺骨和桡骨
•   2.3 上肢肘部肌肉
•     2.3.1 屈肌群
•     2.3.2 伸肌群
•   2.4 肘关节
•   2.5 肘关节活动角度及旋转轴
•     2.5.1 肘关节活动角度
•     2.5.2 肘关节旋转轴
•   2.6 本章小结
• 第3章 上肢肌肉力模型的建立
•   3.1 上肢简化模型的建立
•     3.1.1 假设条件
•     3.1.2 建立上肢坐标系
•     3.1.3 肌肉起止点坐标的确立
•     3.1.4 动力学方程的建立
•   3.2 肌肉力臂与关节力矩的计算
•     3.2.1 肌肉力臂的计算
•     3.2.2 肘关节力矩的计算
•   3.3 肌肉力的求解
•     3.3.1 优化目标函数
•     3.3.2 约束条件
•     3.3.3 优化求解肌肉力
•   3.4 本章小结
• 第4章 上肢运动实验设计及结果分析
•   4.1 上肢运动实验设计
•     4.1.1 上肢运动数据采集设备
•     4.1.2 运动信号的采集及肌肉力结果分析
•   4.2 基于表面肌电信号的肌肉力计算
•     4.2.1 sEMG信号的采集与分析
•     4.2.2 sEMG信号计算肌肉力
•     4.2.3 两种方法的计算结果对比
•   4.3 不同运动状态下的肌肉力分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 工作展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 翟东桢

导师: 李勇

关键词: 肌肉力,逆动力学,表面肌电信号,肌肉激活度

来源: 沈阳工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技

专业: 生物学,生物医学工程

单位: 沈阳工业大学

分类号: R318

总页数: 60

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