摘要：该文以蛙人水下作战为背景,旨在通过分析流场速度对下肢运动性能与推进效率的影响,为研制水下蛙人助力外骨骼机器人提供理论依据。从海豚式游泳运动规律出发,采用多刚体运动的动网格方法,建立蛙人运动状态的数值模型。首先通过对比文献实验结果与仿真结果,运用Pearson相关系数方法验证了所采用研究方法的可靠性;然后通过改变流场速度,分析了下肢各关节运动性能和推进效率的变化规律。结果表明:随着流场速度的增大,推进力和推进效率呈现先增大后减小的变化规律,该文所采用的人体模型在流场速度为1.7 m/s时具有最大的推进效率;流场速度主要影响海豚泳中髋关节和膝关节的屈曲阶段,以及踝关节的背屈阶段。上述研究结果将为设计水下助力外骨骼机器人关节模块和人机耦合控制系统提供理论依据。

摘要：背景:膝关节活动受限是一种比较常见的损伤后表现特征,但是对于膝关节活动受限下的肌肉协同有待研究。目的:研究单侧膝关节屈曲受限与正常运动下肢肌肉协同的异同。方法:招募20名健康成年人(男性12名,女性8名)作为受试者,分别采集屈曲受限条件下与无屈曲受限条件下自然行走的下肢表面肌电信号。通过非负矩阵分解算法从受限侧(右腿)的10块肌肉的表面肌电信号中提取肌肉协同,利用单因素方差分析研究在不同条件行走的步态参数显著差异。结果与结论:①屈曲受限条件下,受试者进行行走任务时肌肉协同数量减少,表现出不同的肌肉协调模式控制并且招募新的肌肉协同单元;随着协同模块的减少,内侧腓肠肌、外侧腓肠肌和比目鱼肌激活时间从支撑相向摆动相偏移的越明显;主要依靠股直肌、股内侧肌、股外侧肌和阔筋膜张肌进行代偿,使其在激活水平上表现的异常活跃,同时受限侧表现出划圈、提胯等动作,因此受限后主要以受限侧髋关节代偿;②屈曲受限条件下,受试者受限侧和非受限侧在步态参数(频率、步速、步态周期和支撑相占比)方面对比受限前均存在显著差异(P<0.05),同时非受限侧单腿支撑时间相较于受限前明显增大(P<0.01),受限侧支撑相占比和单腿支撑时间显著小于非受限侧(P<0.01);③因此,膝关节屈曲运动减弱可被认为是导致下肢肢体内协调受损的关键因素,研究结果对运动功能的定量分析以及人体下肢康复指导具有意义,并为了解运动功能受损背后的神经肌肉控制机制提供重要的见解。