علی اکبر پاشا زانوسی محسن صادقی مهر
انسان در زندگی روزانه خود کارهای به ظاهر سادهای مانند ایستادن انجام میدهد، حال آنکه برای یادگیری ایستادن پایدار بسیار تلاش کرده است. پیچیدگی چنین کارهایی پس از یک حادثه که به ناتوانی منجر شود و یا در اثر افزایش سن یادآوری خواهد شد. مطالعه نحوهی کنترل حالت پایدار انسان به یافتن نحوهی عملکرد سیستم عصبی مرکزی برای کنترل بدن انسان میانجامد. چنین یافتههایی قابل به کارگیری در رباتهای انساننما به منظور حفظ پایداری آنها خواهد بود. همچنین این یافتهها در طراحی پروتزها، اورتزها و طرحهای توانبخشی بسیار ارزشمند هستند. در این میان سیستمهای اسکلتماهیچهای به دلیل شباهت بسیار زیاد آنها به بدن انسان در شامل بودن یک سیستم رباتیکی چندجسمی به عنوان اسکلت بدن و واحدهای ماهیچهتاندونی به عنوان کاراندازهای این سیستم بسیار مورد توجه هستند. تحلیل این سیستمهای اسکلتماهیچهای به دلیل نامعین بودن بودن آنها در اغلب موارد، نیازمند بهینهسازی میباشد. این بهینهسازیها دو دسته هستند. دسته اول بهینهسازی استاتیک است که به کمک دینامیک معکوس و با استفاده از دادههای سینماتیکی انجام میشود و منجر به تخمین نیروی ماهیچه خواهد شد. دسته دوم بهینهسازی دینامیک بوده که روند بهینهسازی بسیار پیچیدهای دارد و در آنها تحلیل به منظور دستیابی به فعالیتهای ماهیچهای و نحوهی حرکت اسکلت بدن انجام میشود. این تحقیق به منظور بررسی تحلیلی پاسخ مدل اسکلتماهیچهای بدن انسان به اغتشاش دورانی سطح زیر پا انجام شده است. به منظور مدلسازی اسکلت بدن انسان از یک مدل رباتیکی چهار لینکی با سه درجه آزادی استفاده شده است. برای مدلسازی ماهیچهها به عنوان کاراندازهای این مدل رباتیکی از ماهیچههای مدل نوع هیل استفاده شده است. معادلات حرکت سیستم اسکلتی با استفاده از دینامیک لاگرانژ استخراج و به کمک دینامیک کین مورد تأیید قرار گرفتهاند. از دو نوع متفاوت مدلسازی ماهیچهای نیز به منظور بررسی اثر مدلسازی ماهیچه در نتایج حاصله استفاده شده است. مدل اول از نظر محاسباتی مفیدتر بوده و مدل دوم دقت بالاتری در تخصیص خواص مرتبط با هر ماهیچه دارد. به منظور انجام بهینهسازی دینامیک و استاتیک از توابع هدف تنش ماهیچهها و انرژی ماهیچهها استفاده شده است. همچنین به منظور بررسی پایداری مدل از معیار پایداری نقطه ممان صفر استفاده شده است. با استفاده از دادههای تجربی اندازهگیریشده برای انسان تحت اغتشاش نوسانی و وارد نمودن این دادهها در مدل، طی یک روند دینامیک معکوس و با کمک بهینهسازی استاتیکی، توابع هدف متفاوت و متغیرهای طراحی مختلفی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصله ارائه شدهاند. همچنین با استفاده از روش ضرایب وزنی در بهینهسازی، با وارد نمودن تابع هدف پایداری به عنوان تابع هدف دوم، به بررسی اثر تابع پایداری در پیشبینی نتایج حاصله پرداخته شده است. در ادامه طی یک روند دینامیک مستقیم با کمک بهینهسازی دینامیکی، به پیشبینی مسیر حرکت مفاصل و تحریکات ماهیچهای پرداخته شده است و تأثیر انتخاب توابع هدف متفاوت و نحوهی مدلسازی ماهیچهها در پیشبینی نتایج، مورد مطالعه قرار گرفته و یک تابع هدف فیزیولوژیکی مناسب برای پیشبینی حرکات انسان تحت این نوع اغتشاش ارائه شده است. در پایان نیز با کمک الگوریتم ژنتیک چند هدفه، به بهینهسازی همزمان این تابع هدف فیزیولوژیک و تابع هدف پایداری پرداخته شده و اثر وارد نمودن تابع هدف پایداری در نتایج حاصله بررسی شد. نتایج به دست آمده بیانگر تأثیر ماهیچههای مختلف در دفع این نوع اغتشاش، میزان نیروی تولیدی در آنها و سطح فعالیت هر یک از آنها میباشد. همچنین نتایج به دست آمده تأثیر توابع هدف مختلف برای استفاده در دینامیک مستقیم و دینامیک معکوس را نشان میدهد. نتایج حاصله برای فعالیتهای ماهیچهای درطی دو روند مختلف بهینهسازی نیز با هم مقایسه شدهاند. تأثیر مدلسازی ماهیچهای در پیشبینی حرکات مفاصل و فعالیتهای ماهیچهای نیز مورد بررسی قرار گرفت. احتمال استفاده از یک تابع هدف برای حفظ پایداری، در کنار یک تابع هدف فیزیولوژیکی برای دفع این نوع اغتشاش توسط بدن، از دیگر نتایج ارائه شده میباشد.
