Имя материала: Биомеханика

Автор: Владимир Иванович Дубровский

Кинематика опорно-двигательного аппарата (ода)

 

Рассмотрим кинематику руки человека (рис. 17,43). С точки зрения биомеханики, верхняя конечность может быть смоделирована многозвенным пространстввенным механизмом (рис. 17.43, д). Эта система имеет семь степеней свободы. Плечевой сустав является шаровидным, т. е. имеет три степени свободы. На рис. 17.43, г он представлен эквивалентной схемой одноосных шарниров, оси вращения которых пересекаются в одной точке, а звенья 1, 2 имеют нулевую длину. Значит, положение седьмой системы координат в абсолютной, нулевой системе координат определяет формула:

 

где —— радиус-вектор точки С в абсолютной системе координатных осей;— радиус-вектор точки С в седьмой системе координат.

Анализируя угловые перемещения, скорости и ускорения звеньев руки при исполнении различных целенаправленных движений типа «возьми-поставь» можно оценивать качественно и количественно процесс реабилитации пациента или использование протеза. Естественно, что при построении кинематической схемы и анализа движений нужно учитывать антропометрические данные (табл. 17.8) и ограничения, налагаемые на движения в суставах (табл. 17.9).

На рис. 17.44 приведена схема двухзвенного механизма, которым моделируется движение нижней конечности в фазе опоры. Такая схема позволяет определить перемещение мгновенного центра вращения бедра.

Считается, что плоское движение нижней конечности происходит в сагиттальной плоскости вокруг оси голеностопного сустава, остающейся неподвижной. За обобщенные координаты принимаются углы Ф[(0 и ф2(0- На рис. 17.44 показаны абсолютная и локальные оси координат. Положение точки С в абсолютной системе координатных осей находят по формуле:

 

 Здесь r2 = (0,0, О, 1)т; В2 = A1A2, где Аi - матрица положения.

 

 

Рис. 17.43. Рука и ее кинематическая расчетная схема:

б — скелет руки: 7 — ключица, 2 — клювовидный отросток лопатки, 3 — плечевая кость, 4 — лучевая кость, 5 — локтевая кость, 6 — трапециевидная кость, 7 — проксимальная фаланга большого пальца, 8 — кости запястья, 9 — пястные кости, 10 — фаланги пальцев, д — система координат звеньев; а — кинематическая схема: 1 — «плечевой» пояс, 2 — плечевая сферическая кинематическая пара, 3 — плечо, 4 — локтевая цилиндрическая пара, 5 — предплечье, 6 — кистевая сферическая пара, 7 — кисть, в — мышцы верхней конечности: 1 — трапециевидная, 2 — дельтовидная, 3 — трехглавая мышца плеча, 4 — клювоплечевая, 5 — двуглавая мышца плеча, 6 — плечевая, 7 — плечелучевая, 8 — длинный лучевой разгибатель запястья, 9 — короткий лучевой разгибатель запястья, 10 — разгибатель пальцев, 11 — длинная отводящая мышца большого пальца, 12—короткий разгибатель большого пальца, 13 — длинный разгибатель большого пальца, 14 — межкостная мышца, 15 — передняя зубчатая мышца, 16 — наружная косая мышца живота, 17 — круглый пронатор, 18 — лучевой сгибатель запястья, 19 — длинная ладонная мышца, г—динамическая модель: 1 — туловище, 2 — плечевой шарнир, 3 — плечо, 4 — локтевой шарнир, 5 — предплечье, 6— шарнир кисти, 7— кисть. Стрелки — компоненты мышечных моментов в суставах

 

Таблица 17.8

Статические антропометрические параметры (Б.Ф. Ломов и др., 1982)

Поза

 №

на рис. 7.46, А

 

Значение, см

 

 

 

 

Параметр

мужчины

женщины

 

 

 

 

 

М

σ

М

σ

Стоя

1

Длина тела

167,8

5,8

156,7

5,7

 

2

Длина тела с вытянутой вверх рукой

213,8

8,4

198,1

7,6

 

3

Ширина плеч

44,6

2,2

41,8

2,4

 

4

Длина руки, вытянутой вперед

64,2

3,3

59,3

3,1

 

5

Длина руки, вытянутой в сторону

62,2

3,3

56,8

3,0

 

6

Длина плеча

32,7

1,7

30,2

1,6

 

7

Длина ноги

90,1

4,3

83,5

4,1

 

8

Длина бедра

 

 

 

 

 

 

9

Высота ротовой точки

151,3

5,6

142,2

5,5

 

 

10

Высота глаз

155,9

5,8

145,8

5,5

 

 

11

Высота плечевой точки

137,3

5,5

128,1

5,2

 

 

12

Высота ладонной точки

51,3

3,5

48,3

3,6

Сидя

13

Длина тела

130,9

4,3

121,1

4,5

 

 

14

Высота глаз над полом

118,0

4,3

109,5

4,2

 

 

15

Высота плеча над полом

100,8

4,2

92,8

4,1

 

 

16

Высота локтя над полом

65,4

3,3

60,5

3,5

 

 

17

Высота колена над полом

50,6

2,4

46,7

2,7

 

 

18

Длина тела над сиденьем

88,7

3,1

84,1

3,0

 

 

19

Высота глаз над сиденьем

76,9

3,0

72,5

2,8

 

 

20

Высота плеча над сиденьем

58,6

2,7

56,0

2,7

 

 

21

Высота локтя над сиденьем

23,2

2,5

23,5

2,5

 

 

22

Длина предплечья

36,4

2,0

33,4

1,8

 

 

23

Длина вытянутой ноги

104,2

4,8

98,3

4,7

 

 

24

Длина бедра

59,0

2,7

56,8

2,8

 

Таблица 17.9

Амплитуда движений различных частей тела

Часть тела

Характер движения

Амплитуда, град

 

 

 

 

средняя

разброс 90\%

Рука

Разгибание — движение вверх

85

50—110

 

 

Сгибание — движение вниз

53

31—88

 

 

Отведение — движение в сторону

40

22-59

 

 

Приведение — движение внутрь

35

20-54

Голова

Наклон назад