کنترل وضعیت تعادلی حالت ایستاده به کمک کنترل فیدبک

صفحه 1:
به نام خداوند بخشنده و مهربان ضعیت تعادلی حالت اپستاده کمک در يك على خادم 

صفحه 2:
كنترل تعادل در حالث ايستاده * دو ايده در كنترل تعادل: ‎٠»‏ 0- 00/5) تعادل را به صورت فيدبى با توليد نيروهاى اصلاح کننده ماهیچه ای» در پاسخ خودکار به انحراف از وضعیت تعادلی کنترل می کند. ۰ 0- تصحیحات پیش بینی کننده فید فوروارد نیز برای حفظ تعادل حالت ایستاده مورد نیاز است. 

صفحه 3:
کنترل فیدبک * دو عامل اصلی تعیین کننده نیروی ماهیچه: 0- وضعیت تعادلی مرجع بدن 2- انحراف وضعيت بدن از اين وضعيت مرجع مشخصه كنترل فيدبى: تغيير خودکار و ناخودآگاه نیروی ماهيجه ها در ياسخ به انحراف از يك وضعيت مرجع داده 3 سده 

صفحه 4:
ey ‏کنترل فید فوروارد‎ ‏تغییر پارامترهای کنترل فیدبک(کنترل پارامترهای حلقه فیدبک نه کنترل مستقیم‎ ‏نیروی ماهیچه ها)‎ مشخصه کنترل فید فوروارد: تغییر وضعیت تعادلی مرجع بدن یا تغییر بهره های حلقه فیدبک به طور خود آگاه يا ناخودآگاه(فقط و شرف کر قابل پیش بینی باشند) مثال کنترل فیدفوروارد خودآگاه: خم کردن تنه در حالت ایستلده با تخیر وضعیت تعادلی مرجع بدن مثال کنترل فید فوروارد ناخودآگاه: انحراف پیش بینی کننده بدن مسافران در حالث ایستاده قبل از شروع حرکت قطار 

صفحه 5:
چگونگی بررسی تدهای مکالیسم کنترل فیدبک برای بررسی تنهای کنترل فیدبک(کاهش اثر کنترل فیدفوروارد)» قابل پیش بینی بودن اغتشاشات وارده به افراد مورد آزمایش می نیمم می شود به کمک: ‎-d‏ افراد ایستاده روی 0۱10۲۳7 5۱1000۲ در معرض حرکت ناگهانی این صفحه با دامنه های تصادفی قرار می گیرند. ‏© تنها فاز نسبتاً كوتاه اوليه ياسخ(تا حدود ©.) ثانيه يس از اعمال اغتشاش) مورد بررسى قرار مى يرد. زمان مشخصه تنظيم يارامترهاى حلقه فيدبك به كمك كنترل فيدفوروارد حدودا (0)ثانيه ‏است 

صفحه 6:
هدف اين بررسى * بررسی پارامترهای مکانیسمهای کنترل فیدبک * بررسی اين که آيا کنترل فیدبک به تتهایی برای حفظ ‎Gulab‏ تعادل در افرادی که آزادانه ایستاده اند کافیست یا ای * ارائه روشی بر مبنای کنترل فیدبک با کمتریین تعداد پارامترها و بیشترین دقت 

صفحه 7:
مدل بدن انسان در اين بررسى * یک مدل سه مفصله با مفاصل مج پا( زانو()) و مفصل ‎(t) 0‏ ران(۲۱) به صورت یک ۷ ‎Ya‏ ‏پاندول معکوس 0« * به خاطر اثر متقابل بين لينكهاء 2 ‎alt)‏ تغيير كشتاور در هر مفصلٍ روى حركت همه مفاصل تأثير می گذارد. 

صفحه 8:
نحوه آزمایش ‎O‏ نفر در حالت کاملاً صاف که هر یک ایستاده یک روی 0 000۲۲اکو دستها کاملا در كنار بدن اعمال حرکتهای ناگهانی به ‎eile L support platform‏ هایی به صورت ۲۵۲0 در جهتهای عقب و جلو با دامنه های تصادفی 9و 4و 6و مرو 2.6" سانتی متری دامنه های به قدر کافی بزرگ تا بدن را از حالت تعادل طبیعی خارج کنند و به قدر کافی کوچک تا در معادلات حرکت(که در ادامه می بینیم) اثرات غير خطى وارد نکنند. 

صفحه 9:
داده های ثبث شده * کینماتیکها(زوایای مفاصل) و نیروی واکنشی زمین به فرد گشتاورهای مفصل مج پا برای هر پا * زمان ثبت داده ها: 100000 میلی ثانیه قبل از اعمال اغتشاش تا 20 میلی ثانیه بعد از اعمال اغتشاش( زمان کوتاه تا احتمال اثر تصحیحات فید فوروارد می نیمم شود و بر تخمین پارامترهای حلقه فیدبک اثری نگذارد) « برای هر فرد و هر دامنه نوسان ثابت» همه داده های ثبت شده متوسط گیری می شوند. 

صفحه 10:
رویکرد حرکتهای ‎(eigenmovements)» 5:5‏ ۰ و و و ویو ارائه شده بدن) تحت جانبه و اغتشاشات ‎Platform‏ ‏۶ ۲: بسردار گشتاور دلخلی‌فاصلکه توسط خود ماهیچه ها تولید می‌شود. + «ج8: گشتاورهای‌خارجیکه در لثر لعشاشات2070۳۲0ام لیجاد می‌شوند. ۶ »«ج: شتابلفقیمحور چرخش ‎(inertial shoe Su :‏ ‎(gravitational)aieses:D *‏ ‎٠‏ 8: نيروهاىجانبمركزوو كوريوليس :بردار زاويه مفاصل 9 )1( بمه(م)! + 1 ع زب ,و)ذ + وزم)ط - ؤزب) © 10 

صفحه 11:
11 رویکرد حرکنهای ‎(eigenmovements)> 5:5‏ درایه های ماتریسهای ) و او بردارهای ۸و8 به کمک جداول استاندارد ۲ كه وزنء قد و طول هر لینک هر شخص را در نظر مى كيرد بوروابط موبجودء محانیه می ولد در اين بررسى از تقريب خطى رابطه()) استفاده مى شود(ماتريسهاى :)و(] مستقل از زاويه شده اند): 0 بوط + 1 د وص هن اختلاف بین گشتاور محاسبه شده مفاصل(۲) به کمک روابط (4) و(9) کمتر از 9660 از واریانس گشتاور در هر مفصل است(دقت خوب خطی سازی). 

صفحه 12:
12 رویکرد حرکتهای ‎(eigenmovements)> 5:5‏ محاسبه بردارهای ویژه معادله - خطى( ©)(حركتهاى ويزه): (3) ‎dim,‏ = ۳6 ‏۸ حرکشویژم ۸ که حرکت مفصل/م در آنغالباستب ۷ حرکتویژه !| که حرکت مفصل!] در آن‌غالبلستِ حرکتویژه 16 که حرکت مفصل در آن‌غالبلست 

صفحه 13:
رویکرد حرکتهای ‎(eigenmovements) 5:5‏ amplitudes: Kinematic scaling so" ۰ هر کدام از درایه های بردار فوق نشانگر مشخصه زمانی حرکت در راستای بردار ویژه(خزکت ویژه) متتاظر: هستند. 6 هر عقصلی که مقدان ویژ بززگیری دارده اینرسی بیشتری نیز دارد. برای یک ‎PO pel"‏ کیلوگرم و قد ۲260) سانتی متر و لندازه لیتکهای لستاندارد داریم: *انسان استاندار 13 لم g(t) = Walt), W=[WAWH WK) ماع هابرت 21,00 200 Eivenmovemeats da = 0.10887, hy = 0.02087, Ay = 0.002197. 

صفحه 14:
الگری کینماتیکی حرکت ویژه ۸ برای "انسان استاندارد* * الگویی مشابه چرخش کل بدن حول مچ پا» ‎nate flexion‏ مچ پا و مفصل ران و 0 مفصل زانو * شیفت 6)) به سمت جلو = z Eigenmovements 

صفحه 15:
الگوی کینماتیکی حرکت ویژه |برای "انسان استاندارد" * الكويى مشابه خم كردن تنه به جلو به همراه جابجايى مخالف 2 بخشهاى بالا و يائين بدن 2 7 سار م * شیفت 66 به سمت عقب !۳ 7 ۰ ۰ ۱ ۰ 8 | 

صفحه 16:
الگوی کینماتیکی حرکت ویژه 6/برای "انسان استاندار د* * الگویی مشابه نشستن با 0 زانو و حرکت انتقالی عمودی بخش تنه به سمت يائين 

صفحه 17:
۶ با جاگذار: رابطه() در رابطه(9) و در نظر گرفتن راب ) داریم: ۶ ۵ :یردار ‎dynamic scaling‏ ‎amplitudes‏ برای گشتاورهای داخلی dynamic scaling ‏:بردار‎ ۰ 6 348 sl: amplitudes ‏خارجی‎ * فایده تجزیه و تحلیل معادله حرکت حرکتهای ویژه» تبدیل بردار دینامیکی کوپل شده رایطه(()) به سه معادله حركثب اسکالر مستقل و ساده(0) می اشد 17 g(t) - @ 3 مسج مودو ‎DCW, = haw. 8)‏ “NEE emit xan 5 ne) = UTI (A), (2 ۳ ©) u=—pw a 

صفحه 18:
18 نحوه محاسبه گشثاور ۲" هر مفصل برای محاسبه گشتاور از طریق داده های کینماتیکی ثبت شده» از رابطه مقابل استفاده می شود. با مقايسه كشتاور مج يا كه مستقيماً ثبت شده است و كشتاور محاسبه شده مج يا مشاهده مى شود كه خطاى تخمين براى افراد مختلف © الى 6 درصد مى باشد. 0 ميو +8 - وه- ون Lo 200 ms Fly. 2 Ankle jolt tone caleulated by the kinematic data (hick lie) ‘scconing to equation (2) and directly measured by the force platform (thin ine) Representative data sveraged seronsall tals of subject SL | bas indicate the onsct Sn oer of platform movers 

صفحه 19:
19 نحوه محاسبه سایر بردارها نحوه محاسبه بردار دامنه های تیه 2۱۷۷0۵ 0( نحوه محاسبه بردار دامنه های دینامیکی گشتاورهای داخلی: ‎Wr) = UT)‏ در رابطه مقابل درایه مربوط به گشتاور داخ مفصل مج پا از الام دن مقدار اندازه كيرى شده مستقيم با ‎platform‏ 0۳6 جا گذاری می شود و گشتاورهای داخلی مفصل رانو مفصل ‎١‏ الو يه كيلف مقادير كينماتيكى محاسبه شده اند. 

صفحه 20:
سهم حرکث ویژه هر مفصل درجایجایی ‎CPsCG‏ * سهم حرکت ویژه هر مفصل درجابجايى ‎bi)CG‏ برای هر مفصل بر حسب مشخصات لینکها و ... نج وت ای XE? = bn, CP _ yCP, ycP ‏م‎ * سهم حرکت ویژه هر مفصل + ‎st Xe‏ یش که درجابجایی ۳۴) 20 

صفحه 21:
مدل کنترل فیدبک * سیستم کنترل فیدبک زوایای فعلی مفاصل را به گشتاورهای اصلاح کننده مفاصل تبدیل می کند. * مدل مناسبی که در گذشته ارائه شده است مدل خطی ویسکو- الاستیک فنر مانند با جمع آثار دو حلقه فیدبک است.یک حلقه با تأخیر(اکتیو) و یک حلقه بی تأخیر(پسیو) * سختی و ویسکوزیته حلفه پسیو خیلی کوچکتر از مقادیر متناظر حلقه اکتیو است. پس اینجا حلقه پسپو را حذف و یک حلقه اکتیو با تأخیر"موثر" در نظر گرفته می شود. 21 

صفحه 22:
22 مدل كنترل فيدبك ویژگی اصلی مدل استفاده شده در بررسی حاضر: هر حرکت ویژه با حلقه فیدبک خودش به طور مستقل کنترل می شود. در فضای حرکتهای ویژه: گشتاورهای اصلاح کننده مفاصل با 5' زاویه مفاصل با # داده می شود. با توجه به فرض بالای صفحه دامنه دینامیکی اصلاح کننده در هر حرکت ویژه به طور کامل تنها با دامنه کینماتیکی همان حرکت تعيين مى شود. 

صفحه 23:
مدل کنترل ذ ۰ توصیف حلقه فیدبک برای هر حرکت بژه: )= و +( 60) 52( )12( ۰ ,۳ POPS = i) — XG) + KF RS - 3), ‏هس زو‎ «By XP) = ‎KS ۰‏ سختی‌مربوط به حرکتویژه |[ ۰ 6 : ویسکوزیته مربوط به حرکتویژم ‎ ‏آخیر مربوط به حرکت ویژه : تعیین کنندهع۲لا005 مناسب بدن برای ایستادن ‎23 

صفحه 24:
5 * با صرفنظر كردن از تأخير در رابطه(©06) ‎VO), 7‏ - زوب - (غ)ي)؟ * رابطه فوق؛ فرم مرسوم مدل فیدیک الا ‎state‏ می باشند که از روابط )و (0)ی(۳): ۶ “5 و "لابه ترتيبماتريسهاىسختوو ويسكوزيته در فضاءحركتهاوويزه لند. ماتريسهايوقطرويه ترتيبها درليه هاىةب>او ‎v=pwv"w-!‏ و (بسه خاطر ‎Ves‏ کتهاوریزم) ‎y=pwyw", as)‏ 0۱۱۱و ردم رحبو ‎KM SKS *‏ ترتيب مقادير ويه ماتريسهاى 8 هستند. بردارهای ویژه این دو همان حرکتهای ویژه هستند. )16( "للا د الإطال لك لاعركو لاد الصاحم 24 

صفحه 25:
نناپچ * نحوه ارزیابی کنترل فیدبک مستقل حرکتهای ویژه: بررسی می کنیم که آیا مدل فیدبک رابطه( 9) با دقت تغییرات زمانی جابجایی 2۳) در هر حرکت ویژه را توضیع مي دهد.پا نها وک رک جوا( ۳66( ۳۳ ۱5 ۰ ۸ د 7 © چگونگی بررسی فوق: محاسبه پارامترهای بهینه(تأخیر زمانی» 5 و (, برای مدل رگرسیون(9) برای هر حرکت ویژه به نحوی که میانگین مربع خطا ,۲] بین ۶ محاسبه شده با داده های آزمایشی و روابط(0)و(0) و *6 26 محاسبه شده توسط رابطه(9) می نیمم شود. * می نیمم کردن ,] < ماکزیمم کردن ضریب تعیین ۰ 2-0-7۷ ,۷ واریانس ۴۶( می باشد. 25 

صفحه 26:
26 نتايج براى هر تأخير زمانى تعيين شده؛ او ,با رگرسیون خطی بدست مى آيند. تأخير بهينه اى كه ماكزيمم ضریب تعیین82] را مى دهدء تأخير مؤثر حلقه فیدبک براى حركت ويزه مورد نظر در يك فرد معين و دامنه ‎al yaad Mest, gill‏ تأخیر بهینه بدست آمده: خیلی متفاوت برای حرکتهای ویژه مختلف و تقريباً مستفل از دامنه اغتشاشات(لذا تأخیر بهینه مربوط به همه دامنه های اغتشاشات متوسط گیری شد) 

صفحه 27:
27 نناپچ با میانگین گرفتن بر روی همه دامنه اغتشاشات و همه افراده ضرایب تعیین2] برای پارامترهای رگرسیون بهینه برای حرکتهای ویژه ۵و ای به ترتیب برابرند با: ‎(SD), 0.96-+0.02, and 0.90+0.9‏ 0.9440.05 1 جه به اين كه ضرايب تعيين ق تقریباً برابر 6 هستند» مدل تس قابل قبول بوده است و فرضیه کنترل حرکتهای ویژه با حلقه هاى فيدبى مستقلء تأييد من شود. 

صفحه 28:
* در شکل مقابل نزدیکی مقادیر سییر منحنی برازش شده 62۳ به منحنی )که به طور آزمایشی بدست آمده ‎JA‏ است ‏ برای همه حرکات ویژه ‎aa‏ مشاهده می شود. * به تعادل رسيدن منحنيهاى0 )و 00 اس نيز يس از اعمال اغتشاشء تنها به جد کمک فیدبک مستقل حرکات ویژه ‎he‏ رهسا لع ‎wane)‏ ا ا ا ا مشاهده می شود. بخ | 28 

صفحه 29:
ey * با توجه به شکل مقابل بهره ‎ia Sa Sea‏ سس سوه سس مربوط به حرکت ویژه ‎a om 1 AS)A‏ || I ۱ ‏کمی با افزایش دامنه کم می‎ ‏شود) از دامنه اغتشاشات‎ | "1 ‏در نتیجه برای هر فرد و برای‎ * ‏هر حرکت ویژه» روی همه‎ , ‏دامنه های اغتشاشات بهره ها‎ ‏متوسط گیری می شوند.‎ bass i 29 

صفحه 30:
30 نتايج بررسيها نشان داده اند كه يارامترهاى مقدار ويزه؛ تأخير زمانى» سختى و ويسكوزيته براى هر فرد به طور آمارى در حركتهاى ويزه 8/و>!| مستقل از هم تغییر مى كنند. ولی پارامتر سختی در حرکت ویژه >] به طور. قابل توجهی به مقدار ویژه و تأخیر زمانی > وابسته است.(با افزایش مقدار. ویژه یا کاهش تأخیر زمانی افزنایش می یابد. 

صفحه 31:
مفايسه بين نتايج اين مدل و مدل فیدبک ‎full-state‏ ‎full-state Sas Uis) 5°‏ « گشتاورها از طریق رابطه زیر محاسبه می شوند: ‎T(t) = -S(g(t) - ‏.)لا - زرب‎ )14( ‏* ماتریسهای 5و ۷ را می توان با تخمین پارامترهای بهینه بهینه رابطه(40) و یا استفاده از رابطه(09) بدست آورد. ‎5 - 0۱۷۹۳۱۲ ۲ =pwv"w! 15 ‎31 

صفحه 32:
مفايسه بين نتايج اين مدل و مدل فیدبک ‎full-state‏ * در روش کنترل حرکات ویژه» گشتاورها از طریق روابط زير بدست می آیند. ni(t) = KP Git — 4) — fu) + KE =) ‏دز‎ 2 110 2 زان * مشاهده شد که دقت روش کنونی خیلی بهتر از روش ‎full-statesas‏ می باشد. 32 

صفحه 33:
33 بررسی حفظ پایداری ‎sb posture‏ ارائه شده پایداری تعادل برای هر حرکت ویژه به طور مستقل آنالیز می شود. برای هر حرکت ویژه پارامترهایی رو ‎KSett — 4) — KP Ee‏ — رما ی ‎Muy fle ee‏ او ‎KS =) — KY‏ — )5+ )150 see. fies - ‏جا گذاری نمی شوند قا تعادله ۳ نقكة - مامه ور‎ قه بسته آن بدست آید: مقادیر ویژه 4 ريشه های معادله «م | رویرو هستند: معادله مورد نظر بينهايت ركد دارد و براین بایدازی : ها جزء حقیقی نا مثبت 

صفحه 34:
بررسی حفظ پایداری 0051۲6 با روش ارائه شده 20 and now-egatve imaginary ‏نا تهادامجلی لحاس‎ subjects $1.59 for ankle (A) eigenmoveriens, Bok underscoring tepresets je ith posi¥e tel pat. ‘Accigonmovement Treigoumovemeat ‏سس‎ ‎me ‏زد‎ my mt Hi ‏يود‎ ‎001101110100101 Tg) 12 7 71 0 103 0 Od ‎we wag = =‏ هم قوت ‎BA 8G‏ مه ذل 1 2 8م 8م 430 6 0980 0 260 ا 2 = م اكه هه 0 6 كد كه ذف 60 كف ‎eT 8 = 5‏ هر هيد دم 111 87 120006 ما 07 ‎Sst 5 =‏ 03 8 ات م هم كه و .9 8مك ا م ‎٩ 9 Su‏ فاد ۵ 20 ‎ ‎34 ‎Tabled The oot pjof equation 22) with ‏زمر‎ ‎hip 0, and knee ‎5 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 

صفحه 35:
بررسی حفظ پایداری ‎posture‏ با روش ارائه شده 35 مشاهده می شود که اندازه ناحیه پایداری با کاهش تأخیر حلقه فیدبک افزایش و با افزایش اینرسی حرکت ویژه افزایش می يابد. مقدار ویژه ۲۱ از مقدار ویژه۸ خیلی کوچکتر است.(اینرسی ‎(A es‏ مقادیر آزمایشی بدست آمده در ناحیه پایداری قرار دار ۱ sith pt tm ‘sitive is hi fre eds Sle igrana ‘Suing Cyan doe isin ein as? Gj iit (Su Sane en a Sneed ks a ein ١ 

صفحه 36:
بررسی حفظ پایداری 0050۳6 با روش ارائه شده * با توجه به وابستگی کامل محدوده پایداری به تأخیر و مقدار ویژه هر حرکت ویژه» وابستگی ضرایب بهره به این پارامترها مورد انتظار است. * اما برای حرکت ویژه ۸ وابستگی سختی و ویسکوزیته به تأخیر و مقذار ويؤة مشاهدة نشت * برای حرکت ویژه ۰۲۷ سختى و ويسكوزيته به نحوى تغيير مى كنند تا با تغيير تأخیر و مقدار ویژه» همچنان در ناحیه پایداری بمانیم. 36 

صفحه 37:
فواید مدل ارانه شده * علی رغم وجود تأخیر در کنترل فیدبک» پایداری تعادل برای مدل هکانتکنن مسهتفصنله ار اکه فده -خفط می شود . * دقت این روش در توجیه حفظ تعادل بدن نسبت به روشهای ‎joint-level Sas 5 full-statess‏ )45 در آن ضرایب سختی متقابل و ویسکوزیته متقابل صفر در نظر گرفته می شوند) بیشتر است. * پارامترهای اين مدل از مدل فیدبک 5]216-|ال] کمتر است.(0 پارامتر در مقابل 49 پارامتر) 37 

صفحه 38:
38 فواید مدل ارانه شده با توجه به این که کنترل مستقل حرکات ویژه فرایند کنترل مدل مکانیکی سه مفصله ما را بسیار ساده تر کرد» معقول است که اين پيشنهاد را ارائه کنیم که 0۱5 هم از همین مکانیسم کنترلی بهره می برد. ۷۲ وداخلیمشخصاتمکانیکی‌هر حرکنویژه و پارلمترهای‌حلقه فیدبکمربوط به آن‌لحتمالادر مخچه ذخیرم می شود. چون امکان کنترل هر حرکت ویژه به طور مستقل برای 5ل) فراهم مى شودء 115.) توانايى کنترل مستقل هر حرکت ‎ajay‏ از طریق فيدفورزواره را نيز خواهد داشت اشت.(شواهدی در کنترل مستقل حرکات ویژه mit) ‏)و‎ - (2 E90) + KYB ۳ ‏بای شم‎ i=A,H,K, 

صفحه 39:
نمونه ای از سزالات فراوان حل نشده * چگونه 00۱5 سیگنالهای حسی مختلف از مودالیته های مختلف را با هم ترکیب می کند تا سهم هر. حرکت ویژه را در وضعیت فعلی بدن تخمین بزند؟ * چگونه نیروهای اصلاح کننده در پاسخ به انحراف هر حرکت ویژه از وضعیت تعادلیش تولید می شوند؟ 

صفحه 40:
40 از توجه شما سپاسگزارم 

به نام خداوند بخشنده و مهربان کنترل وضعیت تعادلی حالت ایستاده به کمک کنترل فیدبک علی خادم 1 کنترل تعادل در حالت ایستاده • دو ایده در کنترل تعادل: • CNS -1تعادل را به صورت فیدبک با تولید نیروهای اصالح کننده ماهیچه ای ،در پاسخ خودکار به انحراف از وضعیت تعادلی کنترل می کند. • -2تصحیحات پیش بینی کننده فید فوروارد نیز برای حفظ تعادل حالت ایستاده مورد نیاز است. 2 کنترل فیدبک • دو عامل اصلی تعیین کننده نیروی ماهیچه: -1وضعیت تعادلی مرجع بدن -2انحراف وضعیت بدن از این وضعیت مرجع مشخصه کنترل فیدبک :تغییر خودکار و ناخودآگاه نیروی ماهیچه ها در پاسخ به انحراف از یک وضعیت مرجع داده شده 3 کنترل فید فوروارد • تغییر پارامترهای کنترل فیدبک(کنترل پارامترهای حلقه فیدبک نه کنترل مستقیم نیروی ماهیچه ها) • مشخصه کنترل فید فوروارد :تغییر وضعیت تعادلی مرجع بدن یا تغییر بهره های حلقه فیدبک به طور خود آگاه یا ناخودآگاه(فقط وقتی اغتشاشات در شرف وقوع، قابل پیش بینی باشند) • مثال کنترل فیدفوروارد خودآگاه :خم کردن تنه در حالت ایستا?ده با تغییر وضعیت تعادلی مرجع بدن • مثال کنترل فید فوروارد ناخودآگاه :انحراف پیش بینی کننده بدن مسافران در حالت ایستاده قبل از شروع حرکت قطار 4 چگونگی بررسی تنهای مکانیسم کنترل فیدبک • برای بررسی تنهای کنترل فیدبک(کاهش اثر کنترل فیدفوروارد)، قابل پیش بینی بودن اغتشاشات وارده به افراد مورد آزمایش می نیمم می شود به کمک: • -1افراد ایستاده روی support platformدر معرض حرکت ناگهانی این صفحه با دامنه های تصادفی قرار می گیرند. • -2تنها فاز نسبتا ً کوتاه اولیه پاسخ(تا حدود 1.2ثانیه پس از اعمال اغتشاش) مورد بررسی قرار می گیرد .زمان مشخصه تنظیم پارامترهای حلقه فیدبک به کمک کنترل فیدفوروارد حدوداً 10ثانیه است 5 هدف این بررسی • بررسی پارامترهای مکانیسمهای کنترل فیدبک • بررسی این که آیا کنترل فیدبک به تنهایی برای حفظ پایدار?ی تعادل در افرادی که آز?ادانه ایستاده اند کافیست یا خیر • ارائه روشی بر مبنای کنترل فیدبک با کمتر?ین تعداد پارامترها و بیشتر?ین دقت 6 مدل بدن انسان در این بررسی • یک مدل سه مفصله با مفاصل مچ پا( ،)Aزانو( )Kو مفصل ران( )Hبه صورت یک پاندول معکوس • به خاطر اثر متقابل بین لینکها، تغییر گشتاور در هر مفصل روی حرکت همه مفاصل تأثیر می گذارد. 7 نحوه آزمایش • 9نف?ر در حال?ت کامالً ص?اف ک?ه ه?ر ی?ک ایس?تاده یک روی ‏support platformو دستها کامالً در کنار بدن • اعمال حرکتهای ناگهانی به support platformبا جابجایی هایی به صورت rampدر جهتهای عقب و جلو با دامنه های تصادفی3و4و5و6و 7.5سانتی متری • دامنه های به قدر کافی بزرگ تا بدن را از حالت تعادل طبیعی خارج کنند و به قدر کافی کوچک تا در معادالت حرکت(که در ادامه می بینیم) اثرات غیر خطی وارد نکنند. 8 داده های ثبت شده • کینماتیکها(زوایای مفاصل) و نیروی واکنشی زمین به فرد گشتاورهای مفصل مچ پا برای هر پا • زمان ثبت داده ها 1400 :میلی ثانیه قبل از اعمال اغتشاش تا 1350میلی ثانیه بعد از اعمال اغتشاش( زمان کوتاه تا احتمال اثر تصحیحات فید فوروارد می نیمم شود و بر تخمین پارامترهای حلقه فیدبک اثری نگذارد) • برای هر فرد و هر دامنه نوسان ثابت ،همه داده های ثبت شده متوسط گیری می شوند. 9 رویکرد حرکتهای ویژه()eigenmovements • • • • • • • • معادله حرکت یک سیستم سه لینکه صلب(مدل ارائه شده بدن) تحت جاذبه و اغتشاشات platform :Tب???ردار گ???شتاور دا?خلیمف?اصلک???ه? ت???وسط خ?ود ماهیچه? ها ت???ولید میش??ود. :Paxگ???شتاورهایخ?ارجیک???ه? در ا?ثر ا?غتشاشات platformا?یجاد میش??وند. :axش??تابا?فقیمحور چ?رخش ?ینرسی)inertial ( :Cماتریسا :Dماتریسج?اذبه?()gravitational :Aن??یروهایج?انبمرکزیو ک???وریولیس :بردار زاویه مفاصل ‏ 10 رویکرد حرکتهای ویژه()eigenmovements • درایه های ماتریسهای CوDو بردارهای ‏Aو Pبه کمک جداول استاندارد anthropometricکه وزن ،قد و طول هر ل?ینک هر شخص را در نظر می گیرد و روابط موجود ،محاسبه می شوند. • در این بررسی از تقریب خطی رابطه()1 استفاده می شود(ماتریسهای Cو Dمستقل از زاویه شده اند): • اختالف بین گشتاور محاسبه شده مفاصل( )Tبه کمک روابط ( )1و()2 کمتر از %3از واریانس گشتاور در هر مفصل است(دقت خوب خطی سازی). 11 رویکرد حرکتهای ویژه()eigenmovements • محاسبه بردارهای ویژه معادله خطی(()2حرکتهای ویژه): • :WAح?رک?تویژه? Aک???ه? ح?رک?ت ?ست مفصل Aدر آ?نغ?ا??لبا . • :WHح?رک?تویژه? Hک???ه? ح?رک?ت ?ست مفصل Hدر آ?نغ?ا??لبا . • :WKح?رک?تویژه? Kک???ه? ح?رک?ت ?ست مفصل Kدر آ?نغ?ا??لبا . 12 رویکرد حرکتهای ویژه()eigenmovements •)amplitudes: Kinematic scaling  (t • هر کدام از درایه های بردار فوق نشانگر مشخصه زمانی حرکت در راستای بردار ویژه(حرکت ویژه) متناظر هستند. • هر مفصلی که مقدار ویژه بزرگتری دارد، اینرسی بیشتری نیز دارد. • برای یک ”انسان استاندارد“ با جرم 70 کیلوگرم و قد 170سانتی متر و ا?ندازه لینکهای ا?ستاندا?رد داریم: 13 ]W [WAWH WK ‏ (t) [ A (t)  H (t)  K (t) ]T الگوی کینماتیکی حرکت ویژه Aبرای ”انسان استاندارد“ • الگویی مشابه چرخش کل بدن حول مچ پا flexion ،مفصل مچ پا و مفصل ران و extensionمفصل زانو • شیفت CGبه سمت جلو 14 الگوی کینماتیکی حرکت ویژه Hبرای ”انسان استاندارد“ • الگویی مشابه خم کردن تنه به جلو به همراه جابجایی مخالف بخشهای باال و پائین بدن • شیفت CGبه سمت عقب 15 الگوی کینماتیکی حرکت ویژه Kبرای ”انسان استاندارد“ • الگویی مشابه نشستن با ‏flexionزانو و حرکت انتقالی عمودی بخش تنه به سمت پائین 16 • با جاگذاری رابطه( )4در رابطه()2 و در نظر گرفتن رابطه( )3داریم: • ):  (tبردار dynamic scaling amplitudesبرای گشتاورهای داخلی ) (t • :بردار dynamic scaling amplitudesبرای گشتاورهای خارجی • فایده تجزیه و تحلیل معادله حرکت حرکتهای ویژه ،تبدیل بردار دینامیکی کوپل شده رابطه( )2به سه معادله حرکت اسکالر مستقل و ساده( )5می باشد. 17 نحوه محاسبه گشتاور Tهر مفصل • برای محاسبه گشتاور از طریق داده های کینماتیکی ثبت شده ،از رابطه مقابل استفاده می شود. • با مقایسه گشتاور مچ پا که مستقیما ً ثبت شده است و گشتاور محاسبه شده مچ پا مشاهده می شود که خطای تخمین برای افراد مختلف 2 الی 4درصد می باشد. 18 نحوه محاسبه سایر بردارها • نحوه محاسبه بردار دامنه های کینماتیک: • نحوه محاسبه بردار دامنه های دینامیکی گشتاورهای داخلی: • در رابطه مقابل درایه مربوط به گشتاور داخلی مفصل مچ پا از مقدار اندازه گیری شده مستقیم با force platformجا گذاری می شود و گشتاورهای داخلی مفصل ران و مفصل زانو به کمک مقادیر کینماتیکی محاسبه شده اند. 19 ) (t) W 1 (t سهم حرکت ویژه هر مفص?ل درجابجایی ‏CGوCP • سهم حرکت ویژه هر مفصل درجابجایی bi(CGبرای هر مفصل بر حسب مشخصات لینکها و ... تعیین می شود) • سهم حرکت ویژه هر مفصل درجابجایی CP 20 ‏CG ‏H ‏X ‏CG ‏K ‏X ‏CG ‏A ‏X ‏CG ‏X ‏X CP  X ACP  X KCP  X HCP مدل کنترل فیدبک • سیستم کنترل فیدبک زوایای فعلی مفاصل را به گشتاورهای اصالح کننده مفاصل تبدیل می کند. • مدل مناسبی که در گذشته ارائه شده است مدل خطی ویسکو- االستیک فنر مانند با جمع آثار دو حلقه فیدبک است.یک حلقه با تأخیر(اکتیو) و یک حلقه بی تأخیر(پسیو) • سختی و ویسکوزیته حلقه پسیو خیلی کوچکتر از مقادیر متناظر حلقه اکتیو است .پس اینجا حلقه پسیو را حذف و یک حلقه اکتیو با تأخیر“مؤثر“ در نظر گرفته می شود. 21 مدل کنترل فیدبک • ویژگی اصلی مدل استفاده شده در بررسی حاضر :هر حرکت ویژه با حلقه فیدبک خودش به طور مستقل کنترل می شود. • در فضای حرکتهای ویژه :گشتاورهای اصالح کننده مفاصل با و زاویه مفاصل با داده می شود. ‏ • با توجه به فرض باالی صفحه ،دامنه دینامیکی اصالح کننده در هر حرکت ویژه به طور کامل تنها با دامنه کینماتیکی همان حرکت تعیین می شود. 22 مدل کنترل فیدبک • توصیف حلقه فیدبک برای هر حرکت ویژه: • و یا: • : KiSس??ختیمربوط ب???ه? ح?رک?تویژه? i • : KiVویسکوزیته? مربوط ب???ه? ح?رک?تویژه?i ‏i • : iتأخیر مربوط به حرکت ویژهi ‏0 • :تعیین کننده postureمناسب بدن برای ایستادن 23 مدل کنترل فیدبک • با صرفنظر کردن از تأخیر در رابطه()12 داریم: • رابطه فوق ،فرم مرسوم مدل فیدبک full- stateمی باشند که از روابط()4و()6و(:)7 • Swو Vwب???ه? ت???رتیبماتریسه?ایس??ختیو ویسکوزیته? در ف???ضایح?رک?ته?ایویژه? ا?ند. ماتریسه?اییق??طریب???ه? ت???رتیبب???ا درا?یه? هایKiSو ( KiVب???ه? خ?اطر ک???نترلمستقلح?رک?ته?ایویژه?) • 24 KiS/1و KiV/1به ترتیب مقادیر ویژه ماتریسهای هستند .بردارهای ویژه این دو همان و حرکتهای ویژه هستند. نتایج • نحوه ارزیابی کنترل فیدبک مستقل حرکتهای ویژه :بررسی می کنیم که آیا مدل فیدبک رابطه( )13با دقت تغییرات زمانی جابجایی CPدر هر حرکت ویژه را توضیح می دهد یا نه • چگونگی بررسی فوق :محاسبه پارامترهای بهینه(تأخیر زمانی KiS ،و ( KiVبرای مدل رگرسیون( )13برای هر حرکت ویژه به نحوی که میانگین مربع خطا Eiبین XiCPمحاسبه شده با داده های آزمایشی و روابط()6و( )8و XiCPمحاسبه شده توسط رابطه( )13می نیمم شود. • می نیمم کردن = Eiماکزیمم کردن ضریب تعیین می باشد. 25 که Viواریانس XiCP نتایج • برای هر تأخیر زمانی تعیین شده KiS ،و KiVبا رگرسیون خطی بدست می آیند. • تأخیر بهینه ای که ماکزیمم ضریب تعیین R2را می دهد ،تأخیر مؤثر حلقه فیدبک برای حرکت ویژه مورد نظر در یک فرد معین و دامنه اغتشاش اعمالی مشخص است. • تأخیر بهینه بدست آمده :خیلی متفاوت برای حرکتهای ویژه مختلف و تقریبا ً مستقل از دامنه اغتشاشات(لذا تأخیر بهینه مربوط به همه دامنه های اغتشاشات متوسط گیری شد) 26 نتایج • با میانگین گرفتن بر روی همه دامنه اغتشاشات و همه افراد، ضرایب تعیین R2برای پارامترهای رگرسیون بهینه برای حرکتهای ویژه AوHو Kبه ترتیب برابرند با: • با توجه به این که ضرایب تعیین فوق تقریبا ً برابر 1هستند ،مدل رگرسیون قابل قبول بوده است و فرضیه کنترل حرکتهای ویژه با حلقه های فیدبک مستقل ،تأیید می شود. 27 نتایج • در شکل مقابل نزدیکی مقادیر منحنی برازش شده CPبه منحنی ‏CPکه به طور آزمایشی بدست آمده است ،برای همه حرکات ویژه مشاهده می شود. • به تعادل رسیدن منحنیهایCPوCG نیز پس از اعمال اغتشاش ،تنها به کمک فیدبک مستقل حرکات ویژه مشاهده می شود. 28 نتایج • با توجه به شکل مقابل بهره های فیدبک به جز ویسکوزیته مربوط به حرکت ویژه (Aکه کمی با افزایش دامنه کم می شود) از دامنه اغتشاشات مستقلند. • در نتیج?ه برای هر فرد و برای ه?ر حرک?ت ویژ?ه ،روی همه دامن?ه های اغتشاشات بهره ها متوسط گیری می شوند. 29 نتایج • بررس?یها نشان داده ان?د ک?ه پار?امترهای مقدار ویژ?ه ،تأخیر زمان?ی ،س?ختی و ویس?کوزیته برای ه?ر فرد به طور آماری در حرکتهای ویژه Aو Kمستقل از هم تغییر? می کنند. • ول?ی پارامت?ر س?ختی در حرک?ت ویژ?ه Kب?ه طور? قاب?ل توجهی ب?ه مقدار ویژ?ه و تأخی?ر ز?مان?ی Kوابس?ته اس?ت(.ب?ا افزایش مقدار? ویژه یا کاهش تأخیر زمانی افز?ایش می یابد. 30 مقایسه بین نتایج این مدل و مدل فیدبک ‏full-state • در روش فیدبک ، full-stateگشتاورها از طریق رابطه ز?یر? محاسبه می شوند: • ماتریسهای Sو Vرا می توان با تخمین پارامترهای بهینه بهینه رابطه( )14و یا استفاده از ر?ابطه( )15بدست آورد. 31 مقایسه بین نتایج این مدل و مدل فیدبک ‏full-state • در? روش کنترل حرکات ویژ?ه ،گشتاوره?ا از طری?ق روابط زیر بدست می آیند. • مشاهده ش?د ک?ه دق?ت ر?وش کنون?ی خیل?ی بهتر از? روش فیدبک full-stateمی باشد. 32 بررسی حفظ پایداری postureبا روش ارائه شده • پایداری تعادل برای ه??ر حرکت ویژه به طور مستقل آنالیز می شود. • برای ه?ر حرک?ت ویژ?ه پارامترهایی ک?ه تخمی?ن زده شده ان?د در رابطه روبرو جا گذاری می شوند تا معادله حلقه بسته آن بدست آید: • مقادی?ر ویژ?ه روبرو هستند: ریش?ه های معادله • معادل?ه مورد نظ?ر بینهای?ت ریشه دارد و برای پایداری بای?د هم?ه ریشه ها جزء حقیقی نا مثبت داشته باشند. 33 بررسی حفظ پایداری postureبا روش ارائه شده 34 بررسی حفظ پایداری postureبا روش ارائه شده • مشاهده م?ی شود ک?ه اندازه ناحیه پایداری ب?ا کاه?ش تأخی?ر حلق?ه فیدبک افزای?ش و ب?ا افزای?ش اینرس?ی حرکت ویژه افزایش می یابد. • مقدار ویژه Hاز مقدار ویژهA خیل???ی کوچکت??ر اس???ت(.اینرسی <Hاینرسی )A • مقادیر آزمایش?ی بدس?ت آ?مده در ناحیه پایداری قرار دارند. 35 بررسی حفظ پایداری postureبا روش ارائه شده • ب?ا توج?ه ب?ه وابس?تگی کام?ل محدوده پایداری ب?ه تأخی?ر و مقدار ویژه ه?ر حرک?ت ویژ?ه ،وابس?تگی ضرای?ب بهره ب?ه ای?ن پارامترها مورد انتظار است. • ام?ا برای حرک?ت ویژ?ه Aوابس?تگی س?ختی و ویس?کوزیته ب?ه تأخیر و مقدار ویژه مشاهده نشد. • برای حرک?ت ویژ?ه ،Hس?ختی و ویس?کوزیته ب?ه نحوی تغیی?ر م?ی کنند تا با تغییر تأخیر و مقدار ویژه ،همچنان در ناحیه پایداری بمانیم. 36 فواید مدل ارائه شده • عل?ی رغ?م وجود تأخی?ر در کنترل فیدبک ،پایداری تعادل برای مدل مکانیکی سه مفصله ارائه شده حفظ می شود. • دق?ت ای?ن روش در توجی?ه حف?ظ تعادل بدن نس?بت به روشهای فیدبک full-stateو فیدب?ک ( joint-levelک?ه در آ?ن ضرایب س?ختی متقاب?ل و ویس?کوزیته متقاب?ل ص?فر در نظ?ر گرفت?ه م?ی شوند) بیشتر است. • پارامترهای ای?ن مدل از مدل فیدب?ک full-stateکمت?ر است6(. پارامتر در مقابل 18پارامتر) 37 فواید مدل ارائه شده • ب?ا توج?ه ب?ه ای?ن ک?ه کنترل مس?تقل حرک?ات ویژ?ه فراین?د کنترل مدل مکانیکی سه مفصله م?ا را بسیار ساده ت?ر کرد ،معقول است ک?ه این پیشنهاد را ارائه کنیم که CNSهم از همین مکانیسم کنترلی بهره می برد. • Representationدا?خل?یمشخص?اتمکانیک?یهر ح?رک?تویژه? و ً ?حتما??الدر مخچ?ه? ذخیره? می پ???ارا?مترهایحلق?ه? ف???یدب?کمربوط ب???ه? آ?ن ا ش??ود. • چون امکان کنترل ه?ر حرک?ت ویژ?ه ب?ه طور مس?تقل برای CNSفراهم م?ی شود CNS ،توانای?ی ک?نترل مس?تقل ه?ر حرک?ت ویژ?ه از طریق فیدفوروارد را نی?ز خواه?د داشت(.شواهدی در ک?نترل م?س?تقل حرکات ویژه برای خم ک?ردن اختیاری تنه م?شاهده شده است) 38 نمونه ای از سؤاالت فراوان حل نشده • چگون?ه CNSس?یگنالهای حس?ی مختل?ف از مودالیته های مختل?ف? را ب?ا ه?م ترکی?ب م?ی کن?د ت?ا س?هم ه?ر? حرک?ت ویژه را در وضعیت فعلی بدن تخمین بز?ند؟ • چگون?ه نیروهای اص?الح کننده در? پاس?خ ب?ه انحراف? هر حرکت ویژ?ه از وضعیت تعادلیش ،تولید می شوند؟ 39 از توجه شما سپاسگزارم 40