Skip to main content
SUPERVISOR
محمدجعفر صدیق دامغانی زاده (استاد راهنما) محمدتقی کریمی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Marzieh Mojaddarasil
مرضیه مجدراصیل

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Inverse Dynamics and Impact Effects on the Hip Joint Forces of Perthes Subject Walking with Scottish Rite Orthosis
In this thesis we study human joint forces, and especially the hip joint force, in order to understand the cause of hip joint deformation in Perthes disease. In this regard, first a three dimensional dynamic model with 7 links and 18 degrees of freedom is proposed to obtain the human joint forces and the ground reaction force while walking. In the double support phase of walking, in which both feet are on the ground, we are faced with an undetermined problem. Thus, in order to develop a dynamic model which appropriately resembles the actual walking, iired by experimental results, we consider extra assumptions for the distribution of the force between the two feet in the double support phase. Within the framework of these assumptions, inverse dynamics is solved to obtain the joint forces (and specifically the hip joint force) in both single and double support phases. The validity of the proposed theoretical model (which is independent of experimental data) is then verified through some experiments. Then a parametric study is carried out to see the effects of changing the parameters of the orthosis on the hip joint force, avoiding the time and cost requirements of producing different orthoses and carrying out clinical tests. In particular, we investigate how and to what extent the orthosis reduces the hip joint force by keeping the two legs far from each other. Moreover, since it seems that the main reason of hip joint deformation in Perthes disease is the impact applied to the hip joint, we further study the hip joint impact forces while walking and jumping. In this vein, by developing dynamic models, we see how some parameters can affect these impulsive forces. In particular, we look into four parameters: the elasticity of the shoe, the leg configuration before impact, the stiffness of the joint, and the angle between the two legs. Keywords: Perthes disease, Hip joint, Scottish rite orthosis, Inverse dynamics, Single and double support phases, Impact dynamics, Shoe elasticity, Leg configuration before impact, Joint stiffness.
در این پایان‌نامه، به تحلیل نیروی وارد بر مفاصل و به خصوص مفصل ران به منظور بررسی علت تغییر شکل استخوان ران در بیماری پرتس، پرداخته شده است. در این راستا ابتدا یک مدل دینامیکی سه بعدی 7 عضوی با 18 درجه آزادی از راه رفتن انسان برای محاسبه‌ی نیروهای مفاصل و نیروی عکس‌العمل زمین در هنگام راه رفتن، ارائه شده است. در فاز دو‌تکیه‌گاهی راه رفتن، که هر دو پا بر روی زمین قرار دارند، با یک مسئله‌ی نامعین رو به‌رو هستیم. در این پایان نامه برای ارائه‌ی یک مدل دینامیکی منطبق بر راه رفتن واقعی انسان، فرض‌های اضافی را با الهام از نتایج آزمایشگاهی، برای توزیع نیرو بین دو پا در فاز دو‌تکیه‌گاهی به دست آورده‌ایم. در چهارچوب این فرض‌ها، دینامیک معکوس راه رفتن در هر دو فاز تک‌تکیه‌گاهی و دوتکیه‌گاهی، برای محاسبه‌ی نیروهای مفاصل (به‌خصوص مفصل ران)، حل شده است. مدل دینامیکی تئوری به دست آمده با نتایج حاصل از تست آزمایشگاهی، اعتبار سنجی شده و به این ترتیب روشی برای محاسبه‌ی نیروی عکس العمل زمین و نیروهای مفاصل به شکل کاملاً مستقل از نتایج آزمایشگاهی ارائه گردیده است. در نهایت، برای مطالعه‌ی پارامتری به ازای مقادیر مختلف پارامترهای ارتز مورد استفاده در بیماری پرتس، با اعمال گیت‌های مختلف راه رفتن به دست آمده از طراحی مسیر به مدل دینامیکی، تأثیر باز بودن دو پا از یکدیگر در هنگام راه رفتن بر مقدار نیروی وارد بر مفصل ران بیماران پرتس، بدون نیاز به صرف هزینه و زمان جهت طراحی و ساخت ارتزهای مختلف و تست‌گیری متعدد از آن‌ها، بررسی شده است. همچنین با توجه به آنکه به نظر می‌رسد علت اصلی تغییر شکل استخوان ران در بیماری پرتس، ضربه‌ی وارد بر آن است، در این پایان‌نامه، به مطالعه‌ی آثار برخورد بر ضربه و نیروی اعمالی به مفصل ران به هنگام راه رفتن و پریدن، و همچنین مطالعه‌ی تأثیر پارامترهای مؤثر بر کاهش ضربه به نحوی که برای طراحی و ساخت ارتز مناسب و عملی باشند، پرداخته شده است. در این راستا، با ارائه‌ی مدل‌هایی برای بررسی اثر ضربه هنگام راه رفتن و پرش جفت پا، به طور خاص به بررسی چهار پارامتر فنریت کفش، وضعیت پا در هنگام برخورد، مقاومت مفصل و باز بودن دوپا از یکدیگر هنگام برخورد، پرداخته‌ایم. کلمات کلیدی: بیماری پرتس، مفصل ران، ارتز اسکاتیش رایت، دینامیک معکوس، فاز تک تکیه‌گاهی و دوتکیه‌گاهی، دینامیک ضربه، فنریت کفش، وضعیت پا در هنگام برخورد، مقاومت مفصل.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی