پديد آورنده :
دهقاني، نگين
عنوان :
مدلسازي تحريك عصبي عضلات حين راه رفتن با در نظر گرفتن تابع چند هدفه در حل مسئله افزونگي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
بيوالكتريك
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
شانزده،91ص. :مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
مدل اسكلتي عضلاني , راه رفتن , بهينه سازي , مسئله افزونگي , مدل Hi
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/02/22
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/02/29
چكيده فارسي :
راه رفتن يكي از بنيادي ترين حركات انساني است كه تأثير قابل توجهي بر كيفيت زندگي و فعاليت هاي روزمره افراد دارد. اين حركت پيچيده
نتيجه هماهنگي دقيق و مداوم ميان سيستم هاي عضلاني، اسكلتي و عصبي است. براي درك عميق تر اين فرآيند پيچيده، مدلسازي و شبيه سازي
سيستم اسكلتي عضلاني به عنوان يكي از ابزارهاي مؤثر مورد استفاده قرار ميگيرد. مدل هاي اسكلتي عضلاني امكان تحليل مكانيزم هاي
حركتي مختلف، از جمله تأثير نيروها، گشتاورها و فعاليت ماهيچه ها را فراهم مي كنند. با توجه به وجود افزونگي ذاتي سيستم عصبي
عضلاني، تركيب هاي متعددي از فعالسازي عضلات مي توانند منجر به يك حركت خاص شوند. براي مديريت اين افزونگي، شبيه سازي
حركت راه رفتن با استفاده از مدل هاي اسكلتي عضلاني انجام شده و مسئله از طريق شرايط بهينگي حل ميشود. در اين پژوهش، از يك مدل
اسكلتي عضلاني پيشرفته در صفحه ساجيتال استفاده شده است. در مرحله نخست، حركت راه رفتن با بهره گيري از داده هاي تجربي راه رفتن
طبيعي انسان شبيه سازي شد. همچنين، به منظور تحليل دقيق تر نيروهاي اعمال شده بر مفاصل، يك مدل رياضي براي زمين طراحي گرديد تا
نيروي عكس العمل زمين در هر لحظه از چرخه راه رفتن محاسبه شود. سپس، فرآيند بهينه سازي با اهداف كاهش نيروهاي وارد بر مفاصل
زانو و ران انجام شد تا تأثير اين كاهش بر ميزان فعاليت ماهيچه ها ارزيابي شود. در ادامه، با استفاده از هشت پارامتر كليدي مرتبط با طراحي
گيت، راه رفتن در سه حالت مختلف شامل راه رفتن طبيعي، راه رفتن با زانوهاي خم تر، و راه رفتن با زانوهاي بازتر از حالت طبيعي مورد بررسي
قرار گرفت. مشاهده شد نتايج حاصل از بهينه سازي با تابع هدف نرم دو نيروي عضلات، با نحوه فعاليت ماهيچه ها از داده هاي تجربي گيت
نرمال همخواني داشت.همچنين ملاحضه شد كه ميزان فعاليت ماهيچه گسترونموس و نيروي محوري زانو رابطه مستقيمي دارد. همچنين
كاهش فعاليت ماهيچه هاي ران باعث كاهش نيروي محوري اين مفصل مي شود. در خصوص الگوي راه رفتن مشاهده شد كه هرچه زانو حين
راه رفتن خم باشد نيروي وارد بر آن به خصوص نيروي محوري بسيار زياد بوده و فشار زيادي به زانو وارد مي شود.
چكيده انگليسي :
Gait is one of the fundamental human movements significantly affecting individuals' quality of life
and daily activities. This complex motion results from precise and continuous coordination among
muscular, skeletal, and nervous systems. To gain a deeper understanding of this complicated process,
modeling and simulation of the musculoskeletal system are utilized as effective tools.
Musculoskeletal models facilitate the analysis of various movement mechanisms, including the
effects of forces, torques, and muscle activity. Due to the inherent redundancy in neuromuscular
system, often referred to as muscle redundancy, multiple combinations of muscle activations can lead
to a specific movement. The muscle redundancy is tackled by optimizing the solution with respect
to a certain cost function. In this his research we employ an advanced musculoskeletal model in the
sagittal plane. Using this model, the gait was first simulated using experimental data from natural
human gait. Additionally, to analyze joint forces more accurately, a mathematical model for the
ground was designed to compute ground reaction forces at each moment of the gait cycle. The
optimization process aimed to reduce forces on the knee and hip joints while evaluating the impact
of this reduction on muscle activity levels. Furthermore, using eight key parameters related to gait
design, gait was examined in three different states: natural walking, walking with bent knees, and
walking with more extended knees than normal. Results indicated that optimization outcomes aligned
with muscle activity patterns from normal gait experimental data. It was also observed that the
activity level of the Gastrocnemius muscle has a direct relationship with knee axial forces, while
reduced thigh muscle activity decreases axial forces at this joint. Regarding gait patterns, it was noted
that greater knee flexion during walking significantly increases axial forces on the knee, leading to
substantial pressure on it.
استاد راهنما :
جلال ذهبي , مرضيه مجدراصيل
استاد داور :
احسان روحاني , امير اخوان بي تقصير