نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

• مصطفی حاج لطفعلیان ¹
• محمد هادی هنرور ²

¹ محقق - هسته علمی سامانه های پشتیبان در توسعه سلامت

² استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یزد، یزد

چکیده

مرز تعادل روشی برای سنجش تعادل پویا در کلینیک و آزمایشگاه است که تحت تاثیر موقعیت و سرعت خطی مرکز جرم بدن است. در این مطالعه، عامل تعادل از طریق روش مرز تعادل محاسبه و به‌عنوان تابع هزینه جهت برنامه‌ریزی مسیر حرکت برخاستن استفاده شد. برای محاسبه‌ی کینماتیک حرکت، از نمای ساجیتالِ حرکت برخاستن 10 نفر مرد جوان سالم فیلم گرفته شد و مدلی دو بعدی و چهار سگمنتی بر اساس معادلات حرکت، برای محاسبه‌ی موقعیت مرکز جرم، گشتاور مفاصل و انجام فرایند بهینه‌سازی تعریف گردید. پس از محاسبه‌ی مسیر تعادل آزمودنی‌ها با استفاده از روش مرز تعادل، انتگرال زمانی مسیر تعادل (C1)، مقدار حداکثر و حداقل تعادل (C2) و انتگرال زمانی مربع مسیر تعادل (C3)، به‌عنوان توابع هزینه تعریف شد تا توسط الگوریتم ژنتیک به حداقل برسد. برای بررسی کیفیت مسیر پیش‌بینی شده توسط مدل و مقایسه‌ی آن با الگوی‌ آزمودنی‌ها، از خطای جذر میانگین مربعات استفاده شد. طبق نتایج پژوهش، مدلی که با استفاده از تابع هزینه‌ی C3بهینه‌سازی شد، الگوی حرکتی آزمودنی‌ها را به ترتیب با 19 و 40 درصد خطای کمتر نسبت به C1 و C2 پیش‌بینی کرد. با این وجود هیچ‌یک از مدل‌های پیشنهادی، پیش‌بینی دقیقی از حرکت برخاستن ارائه ندادند. در نهایت می‌توان گفت که استفاده از تابع هزینه‌ی مرز تعادل به تنهایی، انتخاب مناسبی برای برنامه-ریزی حرکات تمام بدن نیست.

کلیدواژه‌ها

• تعادل پویا
• مرز تعادل
• مسیر حرکت
• برخاستن

موضوعات

• بیومکانیک

عنوان مقاله [English]

Optimization of dynamic stability factor, to plan the trajectory of sit to stand movement

نویسندگان [English]

• Mostafa Haj Lotfalian ¹
• Mohammad Hadi Honarvar ²

² Assistant Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran

چکیده [English]

Margin of stability is a method to assess the dynamic stability in the clinic and laboratory, which is influenced by position and linear velocity of the center of mass (CoM). In this study, the stability factor was calculated by the margin of stability (MoS) method and was used as a cost function to plan movement trajectory of sit to stand. 10 healthy young men were selected in this study and their sit to stand movement were filmed by Optitrack motion capture system. a two-dimensional and four-segment model was defined based on the governing equations of motion to calculate position of COM, joints torque and using that in optimization process. After calculating the subject’s stability factor by MoS method, the time integral of MoS (C1), the maximum and minimum of MoS (C2) and the time integral of the square of MoS (C3) were defined as the cost functions. genetic algorithm was used to find the optimal model. To determine the quality of predicted trajectories and compare it with the subject’s pattern, root mean square error (RMSE) was used. According to the results of this study, a model which was optimized by C3, predicted the movement trajectory of subjects with 19 and 40 percent less error than C1 and C2 respectively. Nevertheless, none of the models could correctly reconstruct the subjects’ movement trajectory. In a nutshell, using MoS exclusively as a cost function, is not a good choice to predict and plane the trajectory of whole-body movements.

کلیدواژه‌ها [English]

• Dynamic stability
• Margin of Stability
• Movement Trajectory
• Sit to Stand