تحلیل بیومکانیکی اندام فوقانی با استفاده از مدل اسکلت ماهیچه ای به منظور تعیین ماهیچه های موثر در حرکت افراد معلول

شناخت ارتباط میان سینماتیک اندام های بدن انسان و نیروهای ایجاد شده در عضلات مرتبط با آن ها از جنبه های مختلفی دارای اهمیت است. در یک نمای کلی، عضلات بدن به واسطه فرآیندهای شیمیایی که با تحریک الکتریکی سیستم عصبی مرکزی کنترل می شود، قادر به ایجاد نیروی مشخصی هستند، این نیرو از طریق تاندون به اسکلت انتقال یافته و در نهایت باعث ایجاد و یا کنترل حرکت در اعضای مختلف می شود. وجود مشکلات مختلف در تحلیل دینامیکی سیستم های اسکلت عضلانی، ضرورت مطالعه و بررسی سیستم های اسکلت عضلانی را بیش از پیش مشخص می سازد. در این پژوهش پس از بررسی مطالعات مختلف در زمینه مدل سازی سیستم های اسکلت عضلانی، ابتدا خصوصیات کاراندازهای عضلانی و مدل های ریاضی موجود برای برآورد نیروهای عضلانی معرفی شده است و پس از شناسائی نواقص موجود، دو روش جدید برای تخمین دقیق تر نیروهای عضلانی ارائه شده است، از این دو روش یکی بر اساس برازش روابط پیشنهاد شده با استفاده از بهینه سازی توسط الگوریتم ژنتیک و دیگری بر مبنای مفهوم شبکه های عصبی مصنوعی است. در ادامه تحقیق، دو مدل اسکلت عضلانی به منظور شبیه سازی حرکت در اندام فوقانی معرفی شده است و به علت افزونگی سینماتیکی یکی از مدل های ارائه شده، روش های حل سینماتیک معکوس در بازوهای افزوده مورد بررسی قرار گرفته است و چگونگی محاسبه مقادیر بهینه زاویه های مفصلی برای اجتناب از محدودیت مفاصل با استفاده از دو روش توضیح داده شده است. پس از تحلیل سینماتیک معکوس در مدل های معرفی شده، معادلات حرکت با استفاده از روش نیوتن و فرمولاسیون کین محاسبه شده است و پس از مشخص شدن پارامترهای سینماتیکی و معادلات حرکت، مساله دینامیک معکوس در چند فعالیت مختلف مربوط به بالاتنه مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای بررسی اثر اندازه نیروها و گشتاورهای خارجی بر فعالیت های عضلانی، عمل رانش ویلچر مورد بررسی قرار گرفته است و به منظور بررسی تاثیرات الگوی حرکتی اعضا بر فعالیت عضلات مرتبط، عملکرد سیستم اسکلت عضلانی در چهار الگوی حرکتی مختلف در رانش ویلچر مورد مقایسه قرار گرفته است، سپس ارتباط میان زاویه ها و تحریکات مفصلی و فعالیت عضلات مرتبط در تحلیل حرکت دست در چرخش غربالک فرمان مورد ارزیابی قرار گرفته است. در ادامه تحقیق، با مدل سازی بالاتنه در نرم افزار anybody، حرکت دست در فاز بازیابی ویلچر و همچنین در حرکت دمبل شبیه سازی شده است و در پایان نتایج حاصل از بکارگیری توابع هزینه مختلف با نتایج تجربی بدست آمده از اندازه گیری سیگنال های الکترومایوگرافی مقایسه شده است.