《人體足踝步態仿真的理論和方法研究》是依託上海交通大學，由王冬梅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：人體足踝步態仿真的理論和方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王冬梅
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
研製屍體足的步態仿真實驗機，通過屍體足步態模擬實驗獲得足踝內部各骨塊、關節的運動學和動力學數據；建立足踝系統的多體運動學和動力學仿真模型，利用屍體足步態模擬分析所得實驗數據，通過仿真計算，再現步態中足踝內部各骨塊的運動關係、求解運動學參數和動力學參數；試驗測量足踝韌帶、骨骼、足底軟組織的力學特性參數，建立其本構方程；建立足踝系統的動力學應力分析數值模型，賦予測得的組織力學性能參數，以屍體足步態仿真實驗數據和運動學、動力學仿真計算數據作為邊界條件，通過動力學數值分析計算，獲得步態中足踝內部各組織的應力和變形變化規律。在此基礎上，提出並完善足踝系統步態仿真的理論和方法，把足踝系統的生物力學研究提升到一個動力學分析平台上進行，而不僅僅是進行靜力學或準靜力學分析，將會為足踝系統功能的生物力學探討、疾病和治療的生物力學機理研究、個性化支具設計的生物力學評價體系建立提供更為科學的理論、方法及平台。
結題摘要
探討人體足踝各組成部分之間的力學作用關係，包括相對運動和相互作用力關係以及使足踝完成正常步態和各種複雜運動時肌肉力的時間歷程變化規律成為足踝生物力學領域亟待研究的課題。而完成這些研究，要研製多功能人體足踝運動和動力學模擬及測量裝置，實現活體測量無法進行的試驗，同時獲得活體試驗無法得到的力學和運動學參數。本項目研製了一台五自由度的足踝步態模擬機，開發了控制程式，提出一套完整的多軸控制算法，使仿真器在模擬運動、時間、精度、負荷重量、調試效率等指標上和國際同行相比具有競爭力；建立了足踝與模擬機系統的運動學和動力學仿真數值模型，研究了模擬機的模擬能力及控制參數，為控制程式的最佳化提供支撐；通過假腳和屍體腳步態模擬試驗驗證了模擬機的可靠性和重複精度，測試結果令人滿意；建立了足踝應力分析模型，對正常足踝步態下的應力狀態進行了分析，揭示了足踝步態下的生物力學行為特性。在此基礎上，提出並完善足踝系統步態仿真的理論和方法，把足踝系統的生物力學研究提升到一個動力學分析平台上進行，為足踝系統功能的生物力學探討、疾病和治療的生物力學機理研究、個性化支具設計的生物力學評價體系建立提供更為科學的手段。
