人体下肢肌肉协同的仿真与实验研究

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rabbitwangli
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
肌肉协同被认为是中枢神经系统用以运动控制的最小单位,在理解神经系统运动控制策略方面具有重要的研究价值。传统的肌肉协同研究方法依赖于反映肌肉激活程度的肌电信号,骨肌仿真技术的发展为便捷分析肌肉激活提供了新的方式,本文在骨肌系统中实现肌肉协同的提取。首先在OpenSim中建立人体下肢骨肌仿真模型,并建立基于Hill肌肉模型的骨肌系统。然后构建人体运动测量与仿真分析系统,实现人体运动实验数据的采集与处理,以及骨肌系统生物力学分析。本文兼顾生物力学仿真与真实的实验数据,以关节力矩实验值和特定肌肉激活度实验值作为跟踪目标,提出两种肌肉协同提取算法:(1)基于非负矩阵分解的肌肉协同提取算法,首先最优化求解肌肉激活度矩阵,再应用非负矩阵分解求解肌肉协同结构矩阵和肌肉协同激活系数矩阵,由此重构肌肉激活度矩阵实现肌肉协同的控制过程;(2)引入肌肉协同控制的肌肉激活模型,将最优化求解肌肉激活度矩阵转化为最优化求解肌肉协同结构矩阵和肌肉协同激活系数矩阵,在最优化迭代过程中实现肌肉协同对于肌肉激活的控制过程。为比较两种肌肉协同提取算法的效果,招募实验对象进行了步态实验,应用两种算法提取肌肉协同,结果表明引入协同控制的肌肉激活模型算法优于基于非负矩阵分解的肌肉协同提取算法,其中关节力矩和肌肉激活度的均方根误差分别平均降低62.0%、33.2%,平均绝对误差分别平均降低63.2%、36.9%,关节力矩和肌肉激活度的预测值与实验值的相关系数分别平均提升9.0%、10.1%。应用基于非负矩阵分解的肌肉协同提取算法,基于重构肌肉激活度矩阵的数据变异度阈值确定肌肉协同数目后,然后应用引入肌肉协同控制的肌肉激活模型可降低误差。最后进行人体足底打滑平衡的肌肉协同控制策略研究,招募实验对象进行步态实验,以正常行走作为对照组,分析足底打滑平衡对于肌肉协同的影响,结果表明,与正常行走相比,在足底打滑平衡中肌肉协同以较高肌肉贡献度、较高激活强度及较高共激活时长占比的控制策略实现这一应急反应运动过程。
其他文献
以承德市气候500m分辨率栅格数据为基础,运用半方差函数、分形维数、Moran's I指数和普通Kriging等地统计方法,研究了全市气温、降水量时空分布特征。结果表明,该像素水
随着智能手机的普及和无线网络广泛覆盖,当今世界已经全面进入移动互联网时代。移动互联网对传统媒体的冲击不言而喻。身处危境,唯有变革才能杀出一条血路。但怎么变?这成为
对豫西南地区栓皮栎尺蠖生态学特性、发生危害规律和防治效果进行观察研究,系统分析评估了栎尺蠖的危险性风险,认为栎尺蠖多发生在山区,暴食性强,传播扩散迅速,危害严重,必须
悬浮泥沙浓度是衡量水质的重要指标之一,估算其泥沙浓度及获得其在空间和时间上的分布信息对于保护与管理湖泊生态系统是有利的。该研究以鄱阳湖区域为例,利用MODIS。感影像,
西宁市、海东市人民政府,省政府各委、办、厅、局:根据《中华人民共和国飞行基本规则》《民用机场管理条例》等有关规定,省政府决定在2020年1月21日0时至22日24时期间,对"低
各市、自治州人民政府,省政府各委、办、厅、局:《青海省新冠肺炎疫情分区分级精准施策工作方案》已经2020年2月17日省政府第43次常务会议通过,现印发给你们,请认真组织实施
各市、自治州人民政府,省政府各委、办、厅、局:为认真贯彻落实《国务院办公厅关于切实加强高标准农田建设提升国家粮食安全保障能力的意见》(国办发[2019]50号)精神,集中力
湿热气候区集合住宅的屋顶空间是居民重要的公共活动空间,其舒适性、合理性对于住宅的品质、居民的公共生活的活跃度有显著影响,新加坡公共组屋在屋顶空间设计中不断积累经验
写作素养主要包括学生应该具备写作的技能、写作的情感、写作的习惯、写作的动机、写作的思维等。在具体的语文教学实践中,对高中学生写作素养的培养上,主要利用了阅读教学和
蛋白质非酶糖基化是指蛋白质等大分子中的游离氨基,与还原糖经过一系列反应形成稳定的非酶糖基化终末产物(Advanced Glycation End products,AGEs)的过程。体内过多积累的AGE