Ссылка для цитирования : Мусалимов В. М., Перепелкина С. Ю., Ерофеев М. А. Моделирование поперечного касательного взаимодействия стопы с опорной поверхностью // Изв. вузов. Приборостроение. 2024. Т. 67, № 10. С. 831–836. DOI: 10.17586/0021-3454-2024-67-10-831-836.

Аннотация. Представлены результаты исследования процесса взаимодействия стопы с опорной поверхностью при ходьбе в фазах опоры и переката. В основу исследований положены экспериментальные данные сгибания–разгибания–пронации и супинации голеностопного сустава и реакций стопы при ходьбе. Основное внимание уделено анализу поперечной составляющей сил реакции. Установлено, что ударные составляющие сил реакций стопы целесообразно моделировать с помощью обобщенных функций Эрмита, а фазу переката стопы — скручиваемым эластичным армированным цилиндром. Результаты исследования используются при разработке мехатронных ортезов голеностопного сустава, они нацелены на разработку методов оценки и выявления плоскостопия на ранних этапах развития с перспективой построения карт реабилитации.

Ключевые слова: биомеханический анализ движений, ударно-фрикционное взаимодействие, упруго-фрикционное взаимодействие, функция Эрмита

Благодарность: работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № 124041500009-8).

Список литературы:

1. Мусалимов В. М., Паасуке М., Гапеева Е., Ерелине Я., Ерофеев М. А. Моделирование динамики опорно-двигательной системы // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17, № 6. С. 1159–1166.
2. Мусалимов В. М., Перепелкина С. Ю. Построение зависимостей между параметрами динамических моделей на основе анализа кинематики ходьбы // Сб. тез. докл. на XIII Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике. 21–25 августа 2023 г. СПб: Политех-Пресс, 2023. Т. 4. С. 86–87.
3. Мусалимов В. М., Ерофеев М. А., Монахов Ю. С., Малов М. С. Моделирование ударно-фрикционного взаимодействия стопы с опорной поверхностью с использованием базиса обобщенных функций Эрмита // Изв. вузов. Приборостроение. 2023. Т. 66, № 8. С. 652–659. DOI:10.17586/0021-3454-2023-66-8-652-659.
4. Перепелкин А. И., Мандриков В. Б., Краюшкин А. И., Атрощенко Е. С. Некоторые особенности механических свойств стопы человека // Вестник ВолгГМУ. 2016. Вып. 3(59). С. 22–24.
5. Оганесян О. В., Иванников С. В., Коршунов А. В. Восстановление формы и функции голеностопного сустава шарнирно-дистракционными аппаратами. М.: БИНОМ, 2003.
6. Витензон А. С. Закономерности нормальной и патологической ходьбы человека. М.: Зеркало, 1998. 271 с.
7. Скворцов Д. В. Диагностика двигательной патологии инструментальными методами: анализ походки, стабилометрия. М., 2007. 617 с.
8. Каган И. И. Топография, анатомия и оперативная хирургия в терминах, понятиях, классификациях. Оренбург: ОрГМА, 1997. 178 с.
9. Nalam V., Adjei E., and Lee H. Quantification and Modeling of Ankle Stiffness during Standing Balance // IEEE Trans. Biomed. Eng. 2021. Vol. 68, N 6. P. 1828–1837. DOI: 10.1109/TBME.2020.3023328.
10. Roy A., Krebs H. I., Patterson S. L., Judkins T. N., Khanna I., Forrester L. W., Macko R. M., Hogan N. Measurement of Human Ankle Stiffness Using the Anklebot // Proceedings of the 2007 IEEE 10th International Conference on Rehabilitation Robotics. Noordwijk, 12–15 June 2007. DOI: 10.1109/ICORR.2007.4428450.
11. Kato E., Kanehisa H., Fukunaga T., Kawakami Y. Changes in ankle joint stiffness due to stretching: The role of tendon elongation of the gastrocnemius muscle // European Journal of Sport Science. 2010. Vol. 10, N 2. P. 111–119. DOI: 10.1080/17461390903307834.
12. Wind A. M., Rouse E. J. Neuromotor Regulation of Ankle Stiffness is Comparable to Regulation of Joint Position and Torque at Moderate Levels // Sci. Rep. 2020. Vol. 10, N 1. P. 10383. DOI: 10.1038/s41598-020-67135-x.
13. Мусалимов В. М., Перепелкина С. Ю., Гапеева Е., Паасуке М., Ерелине Я., Ерофеев М. А. Количественная оценка и моделирование биомеханических характеристик голеностопного сустава // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2024. Т. 24, № 3. С. 446–454. DOI:10.17586/22261494-2024-3-445-454.
14. Тимошенко С. П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1975. 576 с.