بررسي تحليلي و تجربي واكنش تعادلي انسان در مواجهه با نوسانات تكيه‌گاهي در صفحه فرونتال

بررسي تحليلي و تجربي واكنش تعادلي انسان در مواجهه با نوسانات تكيه‌گاهي در صفحه فرونتال

مطالعه حاضر به بررسي واكنش انسان در حفظ تعادل بدن، در حالت ايستاده روي سطح تكيه‌گاهي با نوسانات سينوسي در صفحه فرونتال، پرداخته است. بعد از طراحي و ساخت دستگاه ايجاد آشفتگي، ماركرها در محل هاي لازم روي سطح تكيه‌گاهي و در هنگام آزمايش روي بدن افراد نصب گرديدند. در آزمايش هاي انجام شده افراد سالم (10 نفر) سعي كردند با وجود نوسانات سطح تكيه گاهي، تعادل خود را حفظ كنند. عكس‌العمل اين افراد با تعيين محل ماركرها به كمك سيستم آناليز حركت مورد تحليل قرار گرفت. نيروها وگشتاورها در مفاصل و بين سطوح پاها و تكيه گاه با استفاده از ديناميك معكوس و نتايج سينماتيكي به دست آمده از روش تجربي تعيين شدند. در بررسي تحليلي مدل رباتيكي بدن با استفاده از روش تكراري نيوتن-اويلر، معادلات سنيماتيكي و ديناميكي حركت در صفحه فرونتال، استخراج گرديد. براي تضمين پايداري مدل، تابع هدفي بر اساس پايداري مدل و معيار نيروهاي عمودي تكيه گاه تعريف و زواياي مفصلي مدل تحت آشفتگي و مشتقات زماني اول و دوم آنها، با بهينه كردن تابع هدف به دست آمد. تطابق خوب ناشي از مقايسه نتايج حاصل از مدلسازي و بهينه‌يابي، با نتايج تجربي بيانگر اين است كه در موارد مشابه مي توان به جاي انجام آزمايش هاي پرهزينه و زمانبر از مدل انساني استفاده كرد.

The present study was devoted to determine the standing human body reactions to perturbation of a base plate in the frontal plane, in order to preserve its stability. A base plate with sinusoidal fluctuation was designed and built and then markers were mounted on the specified locations on it and the skin of subjects before testing. During testing the subjects (N=10) tried to preserve their stability against perturbations. By using Motion Analysis System, the body responses of subjects were analysed. Using inverse dynamic methods and experimental kinematic results, forces and moments applied to the joints and between feet soles and the base plate were determined. In theoretical study, the kinematic and dynamic equations of motion of a robotic model of human body in frontal plane by using repetitive Newton-Euler method were obtained. Based on the stability of the model and supporting vertical forces criterion an object function was defined, in order to assure the stability of the model. By optimization of the object function, angle of the model joints under perturbation and its first and second derivatives were determined. The good agreement of the theoretical and experimental results states that in similar conditions a robotic model can be used instead of expensive and timeconsumingexperiments.