Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат

А.В. Воронов Столичный городской педагогический институт, Москва

Одним из всераспространенных способов зания био объектов является моделирование. Этот способ позволяет, используя главные законы физики, механики, арифметики, биологии, физиологии и других наук, разъяснить многофункциональную структуру изучаемого процесса, выявить его значительные связи с наружными объектами, внутреннюю компанию, оценить количественные свойства. Более много отражает гносеологическую сущность Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат модели определение В.А. Штофа [23]: "Под моделью понимается такая на уровне мыслей представленная либо вещественно реализованная система, которая, отображая либо воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее исследование дает нам новейшую информацию об этом объекте". Поиск аналога оригинала вероятен на базе последующих типов моделей:

- детерминированные Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат модели - модели, построенные на системах алгебраических, регрессионных и дифференциальных уравнений, уравнений в личных производных;

- статистические модели, предсказывающие возможность разных событий.

Общие подходы к моделированию движений человека . Моделирование локомоций человека в спортивной биомеханике, робототехнике, эргономичности, физиологии, реабилитационной и галлактической медицине ведется по последующим фронтам:

- исследование центральной и периферической организации Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат обычных и патологических двигательных действий;

- помощь в диагностике и корректировка нарушений опорно-двигательного аппарата с следующей реабилитацией;

- оптимизация рабочего места оператора в системе человек-машина;

- разработка оптимальных вариантов двигательных действий с целью заслуги запланированного спортивного результата.

Создание биомеханических моделей основывается на 2-ух типах инфы: теоретических познаниях об изучаемом двигательном Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат действии и экспериментальных данных, приобретенных способами видеоанализа, электромиографии, гониометрии и др.

Общая теория моделирования подразумевает возможность [33] построения всеохватывающей модели, т.е. включение в модель наибольшего числа характеристик. Схожая тенденция при разработке биомеханической модели может привести к тому, что такая модель будет очень трудной для осознания.

Так как модель есть облегченное (время Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат от времени очень) отражение двигательного деяния, нужно на исходной стадии моделирования найти значительные и несущественные составляющие модели, т.е. решить, какие характеристики включать в модель, а какими пренебречь. Чем проще модель, тем резвее ее можно сделать и тем меньше возможность ошибок при написании формализованной части. Баланс меж Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат комплексностью модели и ее информационной значимостью находится в зависимости от целей моделирования. Модель, работающая по системе "темного ящика" и функционирующая в реальном режиме времени, в неких случаях намного полезнее самой подробной модели, дающей результаты после многочасовых расчетов.

Любая модель должна удовлетворять метрологическим правилам надежности и достоверности. Свойство "надежность" отражает Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат способность модели давать схожую информацию вне зависимости от того, кто этой моделью пользуется. В "добротных" моделях возможность личной подстройки характеристик модели под ожидаемый итог отслеживается программной частью и сводится к минимуму.

Достоверность модели заключается в ее возможности отражать исследуемый биомеханический процесс. Если теоретические и экспериментальные значения согласуются - модель достоверна. Но Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат не всегда может быть оценить точность неких характеристик модели экспериментальными способами. К примеру, силы межзвенных реакций нельзя измерить силоизмерительными датчиками без нарушения целостности двигательного аппарата человека. На помощь приходят косвенные способы оценки достоверности модели. Для варианта межзвенных сил можно ограничиться измерениями реакций опоры при помощи силоизмерительных платформ. Если модель дает реакции Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат опоры, близкие к величинам, зарегистрированным при помощи силоизмерительных устройств, то с большой толикой вероятности можно считать, что такая модель корректно оценивает и силы в суставах.

Моделирование двигательного аппарата человека. Локомоторный аппарат состоит из 3-х систем:

- скелета, состоящего из костей, суставов и связок, обеспечивающих твердость человеческого тела и противодействие силе Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат тяжести;

- мышечной системы, состоящей из мускул и сухожилий, выполняющих функцию движителей;

- нервной системы, обеспечивающей управление и мышечным сокращением и контроль за ним.

Три системы анатомически и функционально объединены вместе. Мускулы соединены с костной системой в местах крепления сухожилий и апоневрозов к скелету. Нервная система связана с Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат мускулами средством мотонейронов и проприоцепторов. Нервная система организует активацию и сокращение мускул, сенсоры мускул через механизм оборотной связи оказывают влияние на работу мотонейронов. Длина мускул и, как следует, состояние рецепторного аппарата определяются геометрическими размерами скелета и углами в суставах.

В связи с анатомическими особенностями строения человеческого тела антропоморфная модель может Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат быть представлена 3-мя видами моделей, анатомическая база которых последующая: а) кости и суставы; б) мускулы, сухожилия, кости, суставы и связки; в) нервная система, мускулы, кости, суставы и связки.

До того как моделировать такую сложную систему, как человеческое тело, нужно найти цель моделирования и исходя из нее избрать модель. Структура модели подразумевает Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат задание числа звеньев, тип суставов, количество и вид движителей. Если представить полную модель человеческого тела, состоящую из костей позвоночника и черепа, верхней и нижней конечностей, то такая модель будет состоять более чем из 80 жестких тел (костей) и иметь 250 степеней свободы [37]. Сделать математический метод таковой всеохватывающей и Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат "неоглядной", в смысле размерности, задачки довольно тяжело. В текущее время из моделей человеческого тела более полными являются: 16-17-звенные модели с 40-44 степенями свободы, разработанные [2, 30, 10, 11].

Зависимо от целей исследования выбирают и вид модели. Более нередко употребляют 11-звенную плоскую модель. Схожая модель с высочайшей точностью обрисовывает такие локомоции, как ходьба, легкоатлетический бег, бег Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат на коньках [37, 41].

Исследование локомоций человека при помощи плоской многозвенной модели осуществляется как в виде прямой, так и в виде оборотной задач динамики.

При решении прямой задачки динамики вводят исходную конфигурацию системы, также вектор управления. После численного интегрирования системы дифференциальных уравнений находят конечную конфигурацию системы и кинематические и динамические линии движения Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат [30, 31, 22, 13, 14, 16, 24]. Для того чтоб при решении не были искажены физиологические характеристики, добавляют некие ограничения на кинематику и динамику модели. К примеру, при моделировании мышечной системы добавляют зависимости "сила-скорость ", "сила-длина " [26, 39]. Для упрощения решения системы дифференциальных уравнений довольно нередко линеаризуют уравнения [22, 3]. При моделировании, основанном на интегрировании дифференциальных уравнений, нужно отыскать ответ Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат на вопрос: "Какими должны быть исходные кинематические и динамические характеристики, для того чтоб механическая система перебежала из 1-го известного положения в другое?"

При решении оборотной задачки динамики по известной кинематике находятся силы/моменты, вызвавшие это движение. Повышенное внимание при таком методе моделирования уделяется уравнениям. Они должны как можно поточнее Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат обрисовывать исследуемый био процесс с учетом физических, анатомических и физиологических характеристик [19, 36]. К примеру, при моделировании бега на коньках [6, 41] учитываются силы аэродинамического сопротивления частей тела и силы трения коньков о лед. Для оценки нагрузки на мышечную систему употребляют уравнения "сила-время" , "сила-скорость" , "сила-длина" , периоды электронной Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат активности мускул [30].

При решении как прямой, так и оборотной задачки механики догадки, лежащие в базе построения модели человеческого тела, последующие:

- сегменты человеческого тела (включая туловище) полностью твердые;

- все суставы безупречные;

- длины частей, положения центров масс известны;

- определены линейная и угловая кинематика звеньев тела;

- массы, тензор моментов инерции звеньев тела известны;

- силы Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат реакции приложены в центрах вращения в суставах;

- моменты управления являются функциями сил межзвенных реакций, углов, угловых скоростей;

- силы сопротивления наружной среды известны.

Остановимся несколько подробнее на неких догадках, изготовленных выше. Утверждение о том, что все сегменты человеческого тела полностью твердые, полностью корректно для таких частей, как плечо Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат, предплечье, бедро и голень. Для стопы предположение об абсолютной твердости является принужденным [15]. Безупречные цилиндрические шарниры не отражают анатомии суставов, но комфортны для математического моделирования.

Предположение о наличии движителей в суставах в виде мышечных моментов дает возможность избежать необходимости включения в модель плеч тяги мускул. Невзирая на спорность многих догадок, используемых при построении Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат антропоморфных моделей, эти модели работают и дают исследователям нужную информацию о кинематике и динамике локомоций человека [2].

Модели управления антропоморфного механизма. После сотворения антропоморфной модели нужно избрать систему управления звеньями тела. Более обычной вид управления представляют приводы, создающие моменты в шарнирах [31]. Каждый привод делает момент относительно оси вращения в суставе Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат. Схема управления приводами базирована на реципрокном торможении антагонистов: момент делают только мышцы-агонисты, момент антагонистов равен нулю. Задачка с приводным управлением при узнаваемых силах реакции опоры всегда совершенно точно разрешима.

В этом случае, если в качестве движителей рассматриваются мускулы, число неведомых много больше степеней свободы антропоморфного механизма. Так Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат, управление верхней конечностью с 7 обобщенными координатами в модели [34] осуществляется 32 мускулами. Движения в 3-х суставах нижней конечности осуществляются как минимум 9 мускулами [40, 17]. Для нахождения решения в таких моделях, когда число неведомых больше числа уравнений, нужно сделать метод управления мускулами, хороший от приводного. Так как координационные механизмы преодоления мышечной избыточности Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат ясны не до конца, исследователи выдумывают схемы управления двигательными действиями на базе узнаваемых математических алгоритмов. Более нередко встречающимся математическим методом преодоления мышечной избыточности является способ минимизации мотивированной функции. В биомеханических исследовательских работах мотивированные функции в большинстве случаев отражают последующие физиологические характеристики: минимумы метаболической энергии, механической работы, сил тяги мускул и т Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат.п. Предлагаемые аспекты поверхностно отражают механизмы управления ЦНС мускулами, но для неких типов локомоций принцип минимума мотивированной функции дает результаты, близкие к экспериментально измеренным силам тяги мускул [27, 28, 31].

Механизмы управления мышечной активностью и скоростно-силовыми чертами мускул тщательно изучены в односуставных движениях [32, 21] и локомоциях, совершаемых в большей степени в Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат одной плоскости, таких, как ходьба, вертикальная стойка, прыжки ввысь.

Силы тяги мускул, мышечные синергии в пространственных локомоциях, к которым относится большая часть спортивных движений, исследованы недостаточно.

По нашему воззрению, способ имитационного моделирования является подходящим инвентарем, способным изучить механизм управления в пространственных движениях человека. При помощи этого способа можно количественно оценить Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат как внутреннюю (координационную) структуру двигательных действий (через амплитуду и знаки мышечных моментов), так и наружные проявления мышечной активности - скорости и силы в центрах масс частей [4].

Исследование био систем способом имитационного моделирования. Имитационное моделирование проводится с целью исследования сложных био систем. К примеру, энергообеспечение деятельности мышц [20], мышечное сокращение [1]. Эти модели Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат имеют огромную размерность, и не до конца ясны и формализованы механизмы изучаемых процессов. Такие модели могут состоять как из логических (неформализованных), вероятностных, так и математических блоков.

Термин "имитация" значит таковой подход к исследованию систем, когда информация о функционировании этой системы и ее частей выходит за счет неоднократного проигрывания на ЭВМ Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат модели системы. Плодами неоднократного повторения модели био объекта с разными входными физиолого-анатомическими параметрами, формами математической связи меж составляющими био системы являются:

а) сбалансированный вариант управления системой;

б) лучший режим функционирования;

в) оптимальный метод ее внедрения [20, 12];

г) корригируется поведение реальной системы (к примеру, тактические деяния спортсмена Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат на дистанции [20] и

д) делается желательный выбор техники движений [6, 41].

Так как при моделировании био систем часть компонент неопознаны либо известны неточно, имитационная модель, описывающая био процесс, является всего только его копией. Зависимо от точности модельных блоков результаты компьютерного перебора модельных вариантов позволяют: а) высчитать разыскиваемые характеристики либо б) найти Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат тенденции в поведении био системы, в том числе и антропоморфного механизма.

Изменение неких входных данных антропоморфной модели оказывает влияние на силы, моменты, мощности в суставах, механическую работу, потому исследователь может найти, каким образом каждый параметр оказывает влияние на конечный итог. Такая постановка имитационной задачки сводится к ответу на вопрос: "Что, если Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат?".

Имитационное моделирование в биомеханике . Способ имитационного моделирования применительно к биомеханическим задачкам позволяет, не регистрируя кинематику и динамику двигательного деяния, только по кинетограмме, сделанной на компьютере:

а) оценить [6, 41] наибольшие усилия мускул;

б) найти суставы, на которые больше всего падает нагрузка с целью предотвращения травм;

в) высчитать механические затраты энергии и создать Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат действенные варианты двигательных действий и т. п.

При построении имитационных антропоморфных компьютерных моделей исходили из того, что движение человека можно представить в виде определенной последовательности фаз, циклических двигательных циклов. В большинстве локомоций человека кинематические характеристики движения довольно отлично исследованы. Известны временная продолжительность фаз, средняя скорость звеньев Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат в фазах, углы и угловая скорость в суставах сначала и конце каждой фазы. Так, обычная ходьба состоит из последующих фаз: фронтального толчка, заднего толчка и маха. В беге на коньках фазовый состав движения последующий: фазы свободного проката (I фаза), одноопорного отталкивания (II фаза) и двухопорного отталкивания (III фаза) [18]. Разглядим задачку Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат имитационного моделирования локомоций человека на примере бега на коньках.

Задание кинематических черт локомоций . При моделировании движения человека при помощи ЭВМ разработали последующий метод:

а) модели человеческого тела присваивали форму, подобающую началу/окончанию фаз, к примеру для бега на коньках такие положения, как "начало свободного проката", "начало одноопорного" и "окончание двухопорного Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат положения" (рис. 1), окрестили их "базовые кинематические положения";

б) задавали время меж фазами и среднюю скорость полюса модели (тазобедренного сустава) в фазах;

в) в качестве интерполирующей функции - математической зависимости, дающей кинематическую последовательность меж базовыми точками, применяли сплайны (кубический сглаживающий либо интерполяционный). Внедрение сплайна позволяет получить кинетограмму движения с Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат хоть каким временным интервалом меж точками.

При выборе математической зависимости, связывающей время и кинематику движения, нужно учесть:

1) наличие "разрывов" в производных, т.е. таких частей в фазах, при которых происходят резвые конфигурации в скорости. К примеру, при постановке стопы на опору при ходьбе, беге, прыжках происходит резкое изменение вертикального ускорения. Как Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат следует, если рассматривать локомоции с стремительно меняющейся скоростью за аппроксимирующую функцию, следует взять тригонометрические полиномы [25] либо кусочно-полиномиальные функции, дающие наилучшее приближение модельной кинематики к реальной в точках "разрыва" скоростей [2];

2) в этом случае, если моделируются движения, у каких отсутствуют резвые конфигурации скоростей, к примеру: бег на коньках, плавание, бег на Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат лыжах, то при построении кинетограммы схожих локомоций на ЭВМ можно использовать гладкие функции типа полиномов: алгебраического либо интерполяционного сплайна [29], сглаживающих сплайнов 3-й либо 5-й степени.

Начало свободного проката (А)

Начало одноопорного отталкивания (Б)

Начало двухопорного отталкивания (В)

Рис. 1. Базовые кинематические положения при моделировании бега на коньках Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат

Рис. 2. Положительное направление моментов в суставах толчковой ноги

Рис. 3. Механическая работа в суставах толчковой ноги относительно оси X инерциального базиса при разной скорости бега на коньках

Стоит отметить, что математические зависимости, описывающие кинематику модели (сплайны, тригонометрические полиномы), очень чувствительны к методу задания исходных (базовых) кинематических данных и к краевым Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат условиям [35]. К примеру, произвольность по времени меж базовыми точками может привести к тому, что кинетограмма модели станет значительно отличаться от реального движения.

Для того чтоб избежать преломления кинематики в имитационной модели перед ее созданием поступили последующим образом:

а) изучили кинематику моделируемой локомоции (бег на коньках по прямой) при помощи Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат видеорегистрирующей методики. Наличие начальных кинематических данных с дискретностью 40 мс (частота видеорежима PAL) дает возможность с применимой точностью найти кинематические характеристики модели;

б) чтоб краевые условия не оказывали влияние на скорость и ускорение изучаемого движения, справа и слева от изучаемого цикла задавали дополнительно более 3-х фаз [41].

Трехмерная имитационная модель локомоций человека (на Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат примере бега на коньках). Пространственная имитационная модель локомоций человека была реализована для бега на коньках по прямой. Уравнения модели, описывающие трехмерное движение звеньев тела, даны в [10]. Построение имитационной модели проходило в несколько шагов:

1. На первом шаге обусловили масс-инерционные свойства частей тела конькобежца : массы, моменты инерции звеньев, положения Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат центров масс и биомеханические длины звеньев [7, 9].

2. На втором шаге изучили особенности движения конькобежца в двухопорной фазе. Для этого оценили величину поперечного смещения звеньев тела конькобежца, высчитали центробежную силу, действующую на толчковый конек, и тем ввели ограничения на "разгрузку толчковой ноги" в двухопорной фазе. При расчете загрузки опорной ноги и моментов в Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат суставах применяли уравнения из работы [5].

3. На 3-ем шаге обусловили аэродинамическое сопротивление частей тела конькобежца. Включение в модель аэродинамических сил нужно, потому что аэродинамическое сопротивление - основная тормозящая сила, действующая на конькобежцев. Коэффициенты аэродинамического сопротивления Сх для различных форм посадки конькобежцев зависимо от скорости и вида бега: с Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат руками либо без рук, по прямой либо по повороту - составили от 0,75 до 1,2 [8, 38]. Суммарная величина сопротивления воздуха для всего тела конькобежца (сила, приложенная к ОЦМ) зависимо от формы посадки при скорости бега 15 м/c составляет 45-61 Н. Наибольшее воздействие силы аэродинамического сопротивления приходится на туловище - около 30% от суммарной силы. Аэродинамическое сопротивление голени и Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат ноги ног не превосходит 10 Н.

4. На четвертом шаге высчитали кинематические свойства имитационной модели бега на коньках. К ним относятся: длина шага, продолжительность фаз: свободного проката, одноопорного отталкивания и двухопорного отталкивания; средняя скорость по фазам, ширина "елочки", формы посадки конькобежцев.

Выше было сказано, что метод задания базовых точек кинетограммы значительно Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат оказывает влияние на скорости и ускорения изучаемого движения и, означает, на результаты решения ОЗД. При моделировании бега на коньках для более четкого задания линейных и угловых черт локомоций использовали данные видеосъемки конькобежцев. Перед тем как сделать кинетограмму бега на ЭВМ, поначалу способом биомеханической видеосьемки и компьютерных программ Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат определяли углы, угловые скорости в суставах в 3-х положениях: сначала фазы "свободного проката" (рис. 1А); сначала одноопорного отталкивания (рис. 1Б); сначала двухопорного отталкивания (рис. 1В); в окончании двухопорного отталкивания (рис. 1Б).

Зная расстояние меж масштабными метками на дорожке, определяли путь и среднюю скорость тазобедренного сустава (полюса модели) меж базовыми Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат точками в продольном направлении.

Аналогичную последовательность в обработке кадров применяли и для видеоряда поперечных движений конькобежцев.

5. На 5-ом шаге в компьютерную модель включили данные по анатомическому строению мускул нижней конечности конькобежцев - точки крепления мускулы к костям, физиологический поперечник, длины мышечной и сухожильной частей, состав волокон; угол перистости [9].

6. На шестом Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат шаге решали оборотную задачку - определения динамики для 16-звенной пространственной модели человеческого тела.

Выходные характеристики модели. В итоге компьютерного моделирования бега на коньках определяли последующие биомеханические характеристики:

а) управляющие (суставные) моменты;

б) механическую работу и мощность , развиваемую в суставах;

в) скорости 7 мускул нижней конечности и

г) силы тяги 7 мускул ноги.

Применение имитационного Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат моделирования для определения биомеханических черт бега на коньках с рекордной скоростью. Продемонстрируем способности способа имитационного моделирования с целью определения модельных динамических черт бега на коньках с рекордной скоростью. Для этого обусловили динамические и энерго характеристики, такие, как: а) механическая работа и б) мощность при разных скоростях бега Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат, включая рекордную скорость 15 м/с.

Среднюю скорость бега в фазах, углы в суставах, фазовый состав движения обусловили на базе результатов биомеханического исследования темпо-ритмовых черт бега на прямой участников забегов на дистанциях 1500 и 5000 м зимних Олимпийских игр в Нагано и Солт-Лейк-Сити.

Механическая работа зависимо от скорости бега. Моменты, направленные на Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат разгибание в суставах (моменты относительно поперечных осей), присваивают ускоренное движение ОЦМ тела (рис. 2). Расчет механической работы в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах толчковой ноги при разной скорости бега проводили в проекции на ось X инерциального базиса. Результаты расчетов представлены на рис. 3.

С ускорением бега механическая работа Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат в суставах не имеет однонаправленной тенденции к возрастанию. Так, работа в тазобедренном суставе практически не изменяется - 74-69 Дж, в коленном - растет с 52 (V=11 м/с) до 92 Дж (V=15 м/с); а в голеностопном - возрастает в 2,8 раза - с 55 (V=11 м/с) до 159 Дж (V=15 м/с).

Механическая мощность в суставах толчковой ноги. Кроме механической Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат работы разглядим очередной показатель силовой активности мускул - мощность (также в проекции на ось X инерциального базиса). Мощность по своим составляющим: угловой скорости и моменту - в основном соответствует физиологическим особенностям функционирования мускулы, а конкретно зависимости "сила-скорость" . Ускорение бега с 11 до 15 м/с меняет экстремум мощности в Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат тазобедренном суставе на 24%. В коленном и голеностопном суставах с ускорением бега наибольшая мощность вырастет вдвое (рис. 4).

Заключение. Применили способ имитационного моделирования к задачкам, связанным с исследованием двигательной деятельности человека в экстремальных критериях. На примере бега на коньках с рекордной скоростью 15 м/с были определены "ведущие" суставы, в каких развивается Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат наибольшая мощность и совершается большая механическая работа. Такими суставами являются коленный и голеностопный. С ростом скорости бега с 11 до 15 м/с механическая работа возрастает в коленном суставе практически вдвое - с 52 до 92 Дж, в голеностопном - втрое - с 55 до 159 Дж (см. рис. 3). Механическая суставная мощность - косвенный показатель напряженности мышечной работы - свидетельствует Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат о том, что голеностопный сустав за счет шарнира меж лезвием конька и башмаком становится ведущим суставом, обеспечивающим рост скорости бега до 15 м/с (см. рис. 4).

Рис. 4. Мощности разгибания в суставах толчковой ноги при разной скорости бега

Перечень литературы

1. Агапов Б.Т. Имитационное моделирование сократительной функции поперечно-полосатой сердечной мускулы: Автореф. докт Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат. дисс. М., 1993.

2. Алешинский С.Ю. Результаты решения основной задачки биодинамики. - В кн.: Улучшение управления системой подготовки спортсменов высшей квалификации. Биодинамика спортивной техники / Под ред. В.М. Зациорского. - М.: ГЦОЛИФК, 1978, с. 87-117.

3. Белецкий В.В. Двуногая ходьба: модельные задачки динамики и управления. - М.: Наука. 1984. - 288 с.

4. Бернштейн Н.А. О построении движений. - М Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат.: Медгиз, 1947.- 252 с.

5. Воронов А.В., Лавровский Э.К. Моделирование на ЭВМ двухопорной фазы отталкивания конькобежцев на прямой // Теория и практика физ. культуры. 1989, № 2, с. 29-32.

6. Воронов А.В., Лавровский Э.К. О моделировании оптимальных вариантов техники бега на коньках. - В кн.: Современные задачи биомеханики, 1992, вып. 7, с. 144-163.

7. Воронов А.В., Селуянов Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат В.Н., Чугунова Л.Г. Рассредотачивание массы тела конькобежцев разной квалификации // Конькобежный спорт: Ежегодник. - М.: ФиС, 1983, с. 43-44.

8. Воронов А.В., Юдин Г.В., Белякова З.Н. Исследование параметров обтекания и величины лобового сопротивления плохообтекаемого тела на примере спортсмена-конькобежца. - ВИМИ, депонированная рукопись, 23 декабря 1986 г., № Д07075, серия "СВ" выпуск Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат 04 за 1986 г.

9. Воронов А.В. Анатомическое строение и биомеханические свойства мускул и суставов нижней конечности. - М.: Физическая культура, образование и наука, 2003. - 203 с.

10. Вукобратович М. Шагающие боты и антропоморфные механизмы. - М.: Мир, 1976. - 541 с.

11. Вукобратович М., Стокич Д. Управление манипуляционными роботами: теория и приложения. - М.: Наука, 1985. - 384 с.

12. Загревский В.И. Программирование Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат обучающей деятельности спортсменов на базе имитационного моделирования движений человека на ЭВМ: Автореф. докт. дисс. Томск, 1992.

13. Зинковский А.В., Макаров Н.В., Шолуха В.А. Компьютерный анализ адекватных моделей антропоморфных локомоций. - В кн.: Кибернетика и вычислительная техника, 1990, вып. 86б, с. 56-60.

14. Зинковский А.В., Шолуха В.А. Антропоморфные механизмы, моделирование Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат, анализ и синтез движений: Учеб. пос. - Л.: СПбГТУ, 1992, 71 с.

15. Меделевич И.А. Стопа. - В кн.: Клиническая биомеханика. - Л.: Медицина, 1980, с. 82-106.

16. Новожилов И.В., Кручинин П.А., Копылов И.А. и др. Математическое моделирование сгибательно-разгибательных движений нижних конечностей при изменении вертикальной позы человека. - М.: Изд-во механико-математического факультета. 2001. - 52 с.

17. Прилуцкий Б Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат.И., Зациорский В.М. Нахождение усилий мускул человека по данному движению. - В сб.: Современные трудности биомеханики. Вып. 7. Нижний Новгород, 1993, с. 81-123.

18. Соколов М.П. Конькобежный спорт. - М.: ФиС, 1955. - 339 c.

19. Третьяков В.П., Штарк М.Б., Шульман Е.И. и др. Принципы построения и функционирования проблемно-ориентированных программных систем автоматизации исследовательских Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат работ в экспериментальной биологии на базе микроЭВМ и КАМАК //Автометрия, 1986, № 3, с. 3-22.

20. Уткин В.Л. Биомеханические нюансы спортивной стратегии. М., 1984. - 128 с.

21. Фельдман А.Г. Центральные и рефлекторные механизмы управления движениями. - М.: Наука, 1979. - 184 с.

22. Формальский А.М. Перемещение антропоморфных устройств. - М.: Наука, 1982. - 368 с.

23. Штоф В.А. Моделирование и Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат философия. М.-Л., 1966. - 275 с.

24. ByoungHwa Ahn, Gye-San Lee, Bo-Yeo Kim. A mathematical modeling of the human upper extremity: an application of its model to the simulation of baseball pitching motion // Korean Journal of Спорт Science, 1993, Vol. 5, p. 5-81.

25. Capozzo A. A general computing method for the analysis of human locomotion // Journal Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат of Biomechanics, 1975, Vol. 18, p. 307-370.

26. Chow C.K., Jakobson D.H. Studies of human locomotion via optimal programming // Mathematical biosciences, 1971, Vol. 10, p. 239-306.

27. Dul J., Jonson G.E., Shiavi R., Townsend M.A. Muscular synergism - II. A minimum-fatigue criterion for load sharing between synergist muscles // Journal of Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат Biomechanics, 1984b, Vol. 17, p. 675-684.

29. Dul J., Townsend M.A., Shiavi R., Jonson G.E. Muscular synergism - I. On criteria for load sharing between synergist muscles // Journal of Biomechanics, 1984a, Vol. 17, p. 663-673.

30. Dunfield D.L., Read J.F. Determination of reaction rates by using cubic spline interpolation // The Journal of Chemical Physics, 1972, Vol Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат. 57, N 5, p. 2178-2183.

31. Hatze H. Myocybernetic control models of skeletal muscle. - University of south Africa, Muckleneuk, Pretoria, 1981. - 193 p.

32. Hemami H. Modelling, control, and simulation of human movement // CRC Critical Reviews in Biomedical Engineering, 1988, Vol. 13, Issue 1, p. 1-34.

33. Herzog W. Individual muscle force prediction in athletic movements. - PHD Thesis Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат, 1985, The University of Calgary, p. 1-278.

34. Karpus W.J. The spectrum of mathematical modeling and systems simulation. - In: Simulation of systems, ed. L. Dekker, Delft, 1976, pp. 5-13.

35. Kedzior K., Zagrajek T. A biomechanical model of the human musculoskeletal system. - In Human and Mashine Locomotion, ed. A. Morecki and K.J. Waldron Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат. Springer-Verlag Wien New York 1997, p. 125-153.

36. Laughlin T.M.Mc, Dillman C.J., Lardner T.J. Biomechanical analysis with cubic spline functions // Research Quarterly for Exercise and Спорт, 1978, Vol. 48, N 3, p. 569-581.

37. Lumb J.R. Computer simulation of biological systems. - Molecular and Cellar Biochemistry, 1987, Vol. 73, p. 91-98.

38. Morecki A. Modeling and simulation Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат and walking robot locomotion. - In Human and Mashine Locomotion, ed. A. Morecki and K.J. Waldron. Springe-Verlag Wien New York 1997, p. 1-79.

39. Schenau Ingen Van G.J., Bakker K.A. Energy cost of speed-skating and efficiency of work against air resistance // Journal of Biomechanics, 1976, Vol. 40, N 4, p. 584-4591.

40. Seyfarth A Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат., Blickhan R., Van Leeuwen J.L. Optimum take-off techniques and muscle design for long jump // The Journal of Experimental Biology, 2000, Vol. 203, p. 741-750.

41. Voronov A.V., Lavrovsky E.K. Muscle force prediction model in speed-skating - International Society of Biomechanics XIV-th Congress, Paris, July 4-8, 1993, p. 1432-1433.

42. Voronov Имитационное биомеханическое моделирование как метод изучения двигательных действий человека - реферат A.V., Lavrovsky E.K., Zatsiorsky V.M. Modelling of rational variants of the speed-skating technique // Journal of Спорт Sciences, 1995, Vol. 13, N 2, april 1995, p. 153-170.


immobilizaciya-pri-perelomah-kostej-a1503002.html
immoralizm-nicshe-i-eticheskij-apriorizm-shelera.html
immunitet-ego-znachenie-dlya-obespecheniya-bezopasnosti.html