روشی نوین برای مدل‌سازی ریاضی سیستم اسکلتی بدن انسان: لحاظ نمودن ویژگی‌های سینماتیکی مفاصل زیستی و اثر زنجیره‌های سینماتیکی پیچیده‌ی سیستم اسکلتی

Abstract

در مطالعه­ی حاضر، روشی نوین برای به­دست آوردن معادلات حاکم بر سیستم اسکلتی بدن انسان ارائه ‌شده­است. در این روش، رویکردی نوین برای وارد کردن ویژگی‌های سینماتیکی مفاصل زیستی و همچنین اثر زنجیره‌های پیچیده­ی سینماتیکی سیستم اسکلتی در معادلات حرکت ارائه ‌شده­است. روش پیشنهادی در این مقاله با استفاده از حساب دیفرانسیل توابع ماتریسی، معادلات حاکم بر سیستم اسکلتی را به‌صورت معادلات دیفرانسیل معمولی تحصیل می‌کند. علاوه ‌بر این، ازآنجا که معادلات حاصل به‌صورت بازگشتی ارائه‌شده‌اند، این روش برای به­دست آوردن معادلات دیفرانسیل حرکت سیستم اسکلتی بدن انسان، رویکردی کارا از نظر محاسباتی پیشنهاد می‌کند. به‌منظور بررسی صحت روابط پیشنهادشده در این مقاله، مکانیزمی استاندارد شامل سه حلقه­ی سینماتیکی بسته موردتوجه قرار گرفت. نتایج حاصل از حل دینامیک مستقیم این مکانیزم با استفاده از روش پیشنهادی، با نتایج ارائه‌شده در سایر مراجع معتبر مقایسه شدند و روش پیشنهادی صحت‌سنجی شد. به­علاوه، به‌منظور بررسی کاربرد روش پیشنهادی در شبیه‌سازی سیستم اسکلتی بدن انسان، مدل‌سازی دینامیکی کمربند شانه‌ای در حضور ریتم شانه در دستور کار قرار گرفت. برای توصیف ریاضی ریتم شانه از دو مدل ریاضی استفاده شد: مدل اصلی و مدل ساده‌شده. تفاوت میان نتایج شبیه‌سازی این دو مدل بر ضرورت استفاده از داده‌های آزمایشگاهی اصلی برای مدل‌سازی ریتم شانه تأکید می‌کرد. ازآنجا که علت علاقه‌مندی محققان به استفاده از داده‌های ساده‌شده­ی ریتم شانه ناشی از محدودیت در فرمول‌های موجود برای مدل‌سازی سیستم اسکلتی می­شود، با استفاده از روش پیشنهادی در این مقاله این مشکل مرتفع می‌گردد.