4.生物运动学
运动生物力学
运动生物力学运动生物力学名解：●运动生物力学的定义：运动生物力学是研究人体运动力学规律的科学●静载荷：静载荷是逐渐加于物体上的，其特点是在这种载荷作用下，物体各部分不产生加速度或产生可以忽略的很小的加速度。
●动载荷：动载荷所引起的加速度显著。
动载荷又分冲击载荷和交变载荷。
●载荷的表现形式：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转和复合载荷。
●应变：是量度物体形变程度的量，分为线应变和剪应变。
●应力：物体在受到外力作用而变形时，其内部各质点间的相互作用力发生变化。
这种由于外力作用而引起的固体内各质点之间相互作用力的改变量，简称为内力。
单位面积上的内力称为平均应力，当面积趋近于0时平均应力的极限称为应力。
单位面积上的内力称为平均应力，当面积趋近于0时平均应力的极限称为应力。
●强度：结构破坏前所能承受的变形；结构破坏前所能承受的载荷；结构在破坏前所能贮存的能量；●刚度：弹性范围内曲线的斜率表示结构的刚度。
考虑力量和速度的组合效应。
●生物运动偶两个相邻骨环节之间的可动连接叫做生物运动偶。
●生物运动链：生物运动偶的串联式连接叫做生物运动链。
●运动的自由度：一个物体在空间运动，描述物体运动状态的独立变量的个数，叫做这个物体运动的自由度。
●约束：运动受到限制，称为约束。
每增加一个约束就减少一个自由度。
●生物运动偶：两个相邻骨环节之间的可动连接叫做生物运动偶。
●生物运动链取决于生物运动偶，生物运动偶的运动能力又取决于关节的构造和肌肉的控制作用。
●动作结构概念：每个完整的特定动作，都有固有的特点，各个动作成分之间都有着固定的联系，这是一个动作区别于另一个动作的特征，动作的这种固有特点和固定内在联系叫做动作结构。
动作结构包括运动学特征和动力学特征。
●空间特征是指位置坐标，运动轨迹，关节角度等。
●运动轨迹：动点随着时间在空间连续占有的几何位置。
●时间特征：是指运动开始时刻，结束时刻，运动持续的时间，动作的频率和节律。
●节律：动作中各个动作成分所占的时间比例。
运动生物力学复习资料
●运动生物力学是生物力学的一个重要分支，是研究体育运动中人体机械运动规律的科学。
它是将体育运动中人体（或器械）复杂的运动形式及变化规律结合力学和生物学的原理进行研究的一门科学。
●根据力学观点，人体运动可以描述为：在神经系统控制下，以肌肉收缩为动力，以关节位支点，以骨骼为杠杆的机械运动。
●运动生物力学的任务：1.改进运动技术。
根据人体的形态机能特点，研究最合理、最有效的运动技术，以求达到最好的运动成绩。
2.改善训练手段。
通过改善训练手段可增加运动训练的适应性，并能提高运动成绩。
2.预防运动损。
预防运动损伤是生物力学研究的一大基本任务，从运动损伤发生的机制，到其检测与研究方法，相关应用研究越来越普及与深入。
3.运动康复与健康促进。
运动损伤的性质和康复治疗有赖于生物学、运动手段和力学的综合知识，而运动生物力学恰恰能够很好地提供完整的视角。
3.设计与改革运动器材。
运动生物力学理论与方法的运用在改革运动器材方面起着举足轻重的作用，它通过改良各项运动器材来帮助运动员实现运动成绩的提高。
●运动生物力学的测量方法有：运动学测量、动力学测量、人体测量及肌电图测量。
运动学测量参数---肢体的（角）位移、（角）速度、（角）加速度等。
运动学参数---主要界定在力的测量。
人体测量参数----人体环节的长度、围度及惯性参数如质量、转动惯量。
肌电图参数----测量肌肉收缩时的神经支配特性。
●人体动作结构--运动时所组成的各动作间相互联系、相互作用的方式或顺序称为动作结构。
●人体动作结构特征1.运动学特征---时间特征、空间特征、时空特征。
2.动力学特征---力的特征、能量特征、惯性特征。
●动作系统---大量单一动作按一定规律组成为成套的动作技术，这些成套的动作技术称为动作系统。
●动作系统的分类及特点1.周期性动作系统---是指以周期性循环的规律出现的动作组合的成套连续动作。
跑，泳特点---反复性和连贯性、节律性、交互性、惯性作用。
运动生物力学基本理论完整
运动生物力学的基本理论概述运动生物力学biomechanics应用力学原理和方法研究生物体的外在机械运动的生物力学分支。
狭义的运动生物力学研究体育运动中人体的运动规律。
按照力学观点,人体或一般生物体的运动是神经系统、肌肉系统和骨骼系统协同工作的结果。
神经系统控制肌肉系统,产生对骨骼系统的作用力以完成各种机械动作。
运动生物力学的任务是研究人体或一般生物体在外界力和内部受控的肌力作用下的机械运动规律,它不讨论神经、肌肉和骨骼系统的内部机制,后者属于神经生理学、软组织力学和骨力学的研究范畴(生物固体力学)。
在运动生物力学中,神经系统的控制和反馈过程以简明的控制规律代替,肌肉活动简化为受控的力矩发生器,作为研究对象的人体模型可忽略肌肉变形对质量分布的影响,简化为由多个刚性环节组成的多刚体系统。
相邻环节之间以关节相连接,在受控的肌力作用下产生围绕关节的相对转动,并影响系统的整体运动。
对于人体运动的研究最早可追溯到15世纪达·芬奇在力学和解剖学基础上对人体运动器官的形态和机能的解释。
18世纪已出现对猫在空中转体现象的实验和理论研究。
运动生物力学作为一门学科是20世纪60年代在体育运动、计算技术和实验技术蓬勃发展的推动下形成的。
70年代中H.哈兹将人体的神经-肌肉-骨骼大系统作为研究对象,利用复杂的数学模型进行数值计算,以解释最基本的实验现象。
T.R.凯恩将描述人体运动的坐标区分为内变量和外变量,前者描述肢体的相对运动,为可控变量;后者描述人体的整体运动,由动力学方程确定。
这种简化的研究方法有可能将力学原理直接用于人体实际运动的仿真和理论分析。
由于生物体存在个体之间的差异性,实验研究在运动生物力学中占有特殊重要地位。
实验运动生物力学利用高速摄影和计算机解析、光电计时器、加速度计、关节角变化、肌电仪和测力台等工具量测人体运动过程中各环节的运动学参数以及外力和内力的变化规律。
在实践中,运动生物力学主要用于确定各专项体育运动的技术原理,作为运动员的技术诊断和改进训练方法的理论依据。
运动生物力学总复习资料
1. 生物力学：是研究活体系统机械运动规律科学2. 运动生物力学：是研究体育运动中人体机械运动规律科学3. 动作技术原理：是指完成某项动作技术根本规律，它适用于任何人，不考虑运发动性别、体型、运动素质开展水平与心理素质等个体差异，是具有共性特点一般规律。
4. 最正确动作技术：是考虑了个人身体形态、机能、心理素质与训练水平来应用一般技术原理，以到达最理想运动成绩，即它既具有共性，也具有个性特征运动技术5. 运动生物力学任务：1. 研究运发动身体构造与机能生物力学特征，为运发动选材提供理论依据2. 研究各项动作技术确立，动作技术原理，建立动作技术模式来指导教学与训练3．结合运发动个人身体形态、机能与运动素质等特点，研究适合个人最正确动作技术方案与进展动作技术诊断注：运动生物力学开展简史〔第6到10页〕要看看6. 质点：具有质量，但可忽略其大小、形状与内部构造而视为几何点物体7. 刚体：由相互间距离始终保持不变许多质点组成连续体8. 运动相对性：物体运动取决于参考物体选取性质叫做运动相对性9. 参考系：描述物体运动时选作为参考物体或物体群叫做参考系〔或参照系〕坐标系：指设置在参考系上数轴，是参考系数学抽象，它在性质上起着参考系作用，而在数量上又能准确描述坐标系三要素：参照原点，参照方向，参照单位10. 惯性参考系：把相对于地球静止物体或相对于地球做匀速直线运动物体作为参考标准参考系叫做惯性参考系，又称为静坐标或静系11. 非惯性参考系：把相对于地球做变速运动物体作为参考标准参考系叫做非惯性参考系，又叫动参考系或动系12.把人体简化为质点，按质点运动轨迹可分为直线运动与曲线运动13.直线运动分为匀速直线运动与变速直线运动曲线运动分为圆周运动与斜抛物体运动14. .按机械运动形式可将人体运动分为平动、转动与复合运动〔把人体简化为刚体〕15.质点绝对运动：运动着质点〔动点〕相对于静参考系运动相对运动：动点相对于动参考系运动牵连运动：动参考系相对于静参考系运动16.运动描述方法：在运动生物力学中，对运动描述采用运动方程、图像法与表格法17.运动学量特征：〔一〕瞬时性〔二〕矢量性〔三〕相对性〔四〕独立性18. 独立性是指物体在空间运动时，在各个方向上独立保持自己运动性质1.力三要素：影响力作用效应因素有力大小、方向与作用点2.人体运动内力与外力区别：假设将人体看作一个力学系统，那么人体内部各局部相互作用力称为人体内力如果把人体看成一个力学系统，那么来自人体外界作用于人体力称为人体外力3.牛顿运动定律及其应用4.动态支撑反作用力大于体重，称超重现象5.动态支撑反作用力小于体重，称失重现象6.动量定理在体育运动中运用〔70—72页〕1.力偶：大小相等、方向相反、作用线互相平行但不重合两个力作用在物体上，物体同样会产生转动，这一对力称为力偶2.力偶矩：力与力偶臂乘积称为力偶矩3.力平移原理〔了解〕4.平衡力学条件：当物体保持平衡时，作用在物体上一切外力相互平衡，也就是物体所受合外力为零，所受合外力矩为零5. 下支撑静力性动作稳定性判定：〔1〕支撑面〔2〕重心上下〔3〕稳定角〔4〕平衡角〔5〕稳定系数6. 平衡动作定性分析：1.根据平衡物体重心于支撑点位置关系，平衡种类可分为：〔1〕上支撑平衡：支撑点在重心上方平衡〔2〕下支撑平衡：支撑点在重心下方平衡2.平衡物体受到外力作用偏离其平衡位置时，根据物体保持其平衡可能性分为：\〔1〕稳定平衡〔2〕不稳定平衡〔3〕有限度稳定平衡7. 人体平衡特点：〔1〕人体不能处于绝对静止状态〔2〕人体内力在维持平衡中作用(3)人体补偿动作〔4〕人体具有自我控制、调节与恢复平衡能力〔5〕人体平衡受心理因素影响〔6〕人体平衡动作消耗肌肉生理能8. 体重心位置：据测定，站立时，人体重心一般在身体正中面上第三骶椎上缘前方7厘米处9. 响重心因素：性别、年龄、体型、生理活动、专项10．人体运动过程移动规律：做大幅度体前屈动作或体操“桥〞动作时，人体重心可以移出体外，重心移动方向总是与环节移动方向一致，并且重心移动幅度取决于环节移动幅度，环节运动幅度大，重心移动幅度也大；并且其环节质量愈大，那么重心移动幅度愈大11.转动惯量：是描述物体转动时保持原来转动状态能力物理量。
运动生物力学名词解释
运动生物力学名词解释
运动生物力学是一门研究人体运动的全面系统的科学，它以力学的观念来研究人体的运动和性能。
该学科的研究将其研究对象单独分类为四种，分别是关节运动学、肌肉动力学、肌腱动力学和骨骼动力学。
关节运动学是运动生物力学中首先研究的一门学科，其研究对象是人体的关节系统。
通过对关节系统定义和研究，可以解释人类运动的力学原理，例如膝关节和肩关节等，以及活动运动时的各种力学力的作用情况，以及它们之间的关系。
肌肉动力学是研究人体运动的核心学科之一，它的研究对象是肌肉的力学特性及其对于人体运动的影响。
肌肉动力学中的主要内容包括肌肉的质量、力学力量、持续力量等，可扩展为肌肉的生理、结构、动力学特性及其对运动的影响等。
肌腱动力学是研究成人体运动过程中肌腱力学特性的学科。
它涉及到肌腱的力学特性，在运动过程中的拉力和张力，以及它们对运动的影响。
通过对肌腱力学特性的了解，可以更好地理解人类体内的运动机制，提高运动的安全性和精确度。
骨骼动力学是研究人体运动的核心学科之一，它的研究对象是骨骼的动力学行为，以及其对人体运动和力学性能的影响。
在骨骼动力学研究中，研究者关注骨骼的力学特性，例如对骨骼的物理力学测量，并利用计算机模拟骨骼在各种条件下的受力行为，以及骨骼运动时的动力学性能。
运动生物力学是研究人体运动的一门多面向的学科，它涉及到从关节运动学到肌肉动力学、肌腱动力学以及骨骼动力学等方面的学科，以及它们之间的联系。
目前，运动生物力学在运动、康复和免疫治疗等多领域发挥着重要的作用，为人体的正常功能发挥着支持作用。
4.生物运动学
生物运动学－运动动作的分类
非周期性组合动作的特点 动作具有相对独立性 动作具有复杂性和稳定性 在各单一动作之间要有严密的人为联系
不固定动作的特点
它是各种复杂动作的任意组合 这种组合不是固定的，而是随时需要改变的
在整个运动过程中要求根据客观形式随时变化动作，而不能 按照预定的程序行事
生物运动学－人体动力学分类
生物运动学－爬行运动分析
爬行运动模式分类（以蛇为例）
螺旋状运动 直线运动 腹部运动 侧向运动
生物运动学－爬行运动分析
爬行运动模式的特点
一种几乎所有的蛇 都有的滑行运功模 式，其特征是在滑 动的过程中，身体 的每一部分都有相 似的运动轨迹。 一种大蛇(如 蝰蛇等)接近 猎物或滑过 光滑的表面 时所采用的 特殊滑行方 式 蛇在通过狭窄的直线通道或 放在极光滑的表面上时采用 的模式。在非常光滑的环境 中，用这种滑动模式需要很 大的推进力，因为此时推进 力的效率非常低。 生活在沙漠中的响尾蛇在滑行和像 螺线管似的抬起并推进身体时所采 取的滑动方式。在身体与滑过的表 面之间不产生滑行运动，它的动力 学特征是身体通常从上部接触地面， 因而它在诸如沙地的环境下运动时 的滑动摩擦阻力小，运动效率高。 这是一种能够适应沙漠环境的运动 模式。
生物运动学－人体动力学分类
几何模型
根据汉纳番(Hanavan)的人体简化模型， 人体被分为15个(刚体)单元，通过14个铰 链连结起来
B1：椭圆形截面的柱体，代表上躯干 B2：椭圆形截面的柱体，代表下躯干 B3和B5：椭圆形截面的截锥体，代表上臂 B4和B6：椭圆形截面的截锥体，代表前臂 B7和B9：圆形截面的截锥体，代表大腿 B8和B10：圆形截面的截锥体，代表小腿 B11：椭球体，代表头部 B12和B13：椭球体，代表手 B14和B15：椭球体，代表脚 腰关节(A1)、肩关节(A2A3)、肘关节(A4和A5)、 髋关节(A6和A7)、膝关节(A8和A9)、颈关节(A10)、 腕关节(A11和A12)以及踝关节(A13和A14)
生物力学的名词解释
生物力学的名词解释生物力学是研究生物体运动和力学特性的学科，结合生物学和力学的原理来探索人类和其他生物的运动机制。
生物力学的研究范围包括运动的力学分析、力的产生与传递、力的影响和适应等方面。
下面将对几个与生物力学相关的名词进行解释，以便更好地理解这一学科：1. 动力学：动力学是生物力学中的一个关键概念，指的是研究物体运动时的力和加速度之间的关系。
动力学与牛顿定律有关，通过分析物体受到的作用力和力的方向、大小以及物体的加速度，可以揭示运动的原理。
2. 力：力是物体之间相互作用的结果，产生运动或改变形态的原因。
在生物力学中，力是研究的重要要素，可以通过力的大小、方向和施加点来分析生物体的运动和力的效果。
3. 稳定性：稳定性是指生物体在运动过程中保持平衡和稳定的能力。
通过分析重心的位置、支撑基础的大小和形状以及运动轨迹等因素，可以研究生物体稳定性的影响因素。
4. 生物力学模型：生物力学模型是用来模拟生物体运动和力学特性的数学或物理模型。
通过建立适当的模型，可以研究生物体的运动规律、力的作用方式以及力的影响。
5. 骨骼系统：骨骼系统是人类和其他动物体内支撑和保护身体的重要结构。
它由骨骼、关节和肌肉组成，具有承载体重、提供稳定性和运动功能的作用。
生物力学研究中，骨骼系统对于运动和力的传递起着重要的作用。
6. 力矩：力矩是力绕给定点旋转的物理量。
在生物力学中，力矩用来表示力对物体产生转动效果的能力。
通过力矩的计算和分析，可以了解力对生物体运动和姿势的影响。
7. 步态分析：步态分析是研究人体行走和奔跑过程的运动学和动力学特性的分析方法。
通过记录和分析步态参数，可以揭示人体运动和力学特性的规律，有助于康复治疗和运动训练。
8. 生物力学应用：生物力学在医学、运动训练、康复治疗等领域有广泛的应用。
例如，在人工关节设计中，通过生物力学分析可以优化关节的结构和运动特性。
在体育科学中，生物力学可以帮助运动员提高技术水平和减少运动伤害。
生物学运动系统模型-概述说明以及解释
生物学运动系统模型-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述生物学运动系统模型是对生物体运动系统的一种模拟或描述。
生物体的运动系统涉及到骨骼、肌肉、关节以及神经系统等多个方面，而生物学运动系统模型则是通过对这些组成部分进行建模，以实现对生物运动的仿真和研究。
生物学运动系统模型可以帮助我们深入理解生物运动的机理和规律。
通过对生物体的骨骼结构、肌肉活动、力学特性等进行数学建模，我们可以模拟出生物体的运动过程，并通过模型来预测和解释不同条件下的运动行为。
此外，生物学运动系统模型还可以应用于医学和工程领域。
在医学领域，通过建立生物运动系统模型，我们可以研究人体运动相关的疾病，如运动损伤、肌无力等，并探索有效的治疗手段。
在工程领域，生物学运动系统模型可以为机器人和仿生学领域提供指导，帮助设计出更加智能和高效的机械系统。
本篇文章将从生物学运动系统模型的概念和构建方法入手，介绍这一领域的基本原理和技术，以及其在不同领域中的应用前景。
通过对生物学运动系统模型的深入了解，我们能够更好地理解和研究生物体的运动行为，为相关领域的发展提供有力支撑。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应该包括对整篇文章大纲的概括和各个部分的简要介绍。
对于本篇文章，可以编写如下内容：文章结构：本文将重点研究生物学运动系统模型的构建方法和应用前景。
文章分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将概述生物学运动系统模型的概念，并介绍文章的结构和目的。
正文部分将详细讨论生物学运动系统模型的概念以及构建方法。
结尾部分将探讨生物学运动系统模型的应用前景，并对全文进行总结。
希望上述内容能够对你的文章编写有所帮助！如需修改或补充，请告诉我。
1.3 目的本文的目的是介绍生物学运动系统模型的概念和构建方法，探讨其应用前景。
将通过对该主题进行深入研究，总结出生物学运动系统模型的重要性和价值，以及它在科学研究和实践中的应用潜力。
首先，我们将会介绍生物学运动系统模型的概念，包括其定义、特点和相关理论基础。
《运动生物力学》习题与答案
《运动生物力学》习题与答案（解答仅供参考）一、名词解释：1. 运动生物力学：运动生物力学是研究生物体（主要是人）在运动过程中的力学规律及其应用的科学，它综合了生物学、力学和解剖学等多学科的知识。
2. 动力链：动力链是指人体在进行运动时，各个关节和肌肉以特定的顺序和方式协同工作，形成一个连续的能量传递和动作执行系统。
3. 关节活动度：关节活动度是指关节在正常生理范围内能够完成的最大运动范围，包括屈曲、伸展、内收、外展、旋转等多个方向的运动。
4. 动作经济性：动作经济性是指在完成特定任务时，人体消耗最少的能量并达到最佳运动效果的能力。
5. 反应时间：反应时间是指从刺激出现到个体开始做出相应动作的时间间隔，是评价运动员反应速度和灵敏性的重要指标。
二、填空题：1. 运动生物力学的主要研究内容包括运动技术分析、______、运动伤害预防和康复等。
答案：运动性能提升2. 在运动过程中，肌肉的收缩形式主要有两种，即______和______。
答案：等长收缩、等张收缩3. 影响人体运动能力的因素主要包括身体素质、技术水平、______和心理因素等。
答案：运动装备4. 在跳跃运动中，蹬地阶段的主要目的是为了产生足够的______以克服重力。
答案：垂直力5. 在跑步过程中，脚跟着地会对膝关节产生较大的冲击力，因此许多教练建议采用______的着地方式。
答案：前脚掌或中足部三、单项选择题：1. 下列哪项不属于运动生物力学的研究内容？A. 运动技术分析B. 生物体能量代谢C. 动作经济性D. 运动伤害预防答案：B. 生物体能量代谢2. 在跳跃运动中，以下哪种肌肉的作用是使膝关节伸展？A. 股四头肌B. 股二头肌C. 缝匠肌D. 腓肠肌答案：A. 股四头肌3. 关于动作经济性的描述，以下哪个说法是错误的？A. 动作经济性是指在完成特定任务时，人体消耗最少的能量并达到最佳运动效果的能力。
B. 提高动作经济性可以减少运动员的疲劳感和受伤风险。
2024年机械运动知识点总结
2024年机械运动知识点总结____年机械运动知识点总结机械运动是机械工程领域的一个重要研究方向，涉及到机械系统的设计、运动学分析、动力学分析、控制等方面。
随着科技的不断发展，机械运动领域也不断更新和演进。
以下是____年机械运动领域的一些重要知识点总结：一、机械运动基础知识1. 运动和力学基本概念：位置、位移、速度、加速度、力、力矩等。
2. 运动学分析方法：正逆解分析、坐标系选择、运动链分析等。
3. 动力学分析方法：惯性力、惯性力矩、动力学方程等。
4. 锁定和非锁定机构：平面机构、空间机构、运动配对、运动律等。
二、机械运动控制1. 传统控制方法：PID控制、模糊控制、遗传算法控制等。
2. 自适应控制方法：自适应模糊控制、自适应神经网络控制等。
3. 智能控制方法：深度强化学习控制、深度强化学习路径规划等。
4. 嵌入式控制系统：嵌入式硬件平台、实时操作系统、通信接口等。
三、机械运动设计与优化1. 机构设计：结构设计、材料选择、连接方式等。
2. 机械传动设计：齿轮传动、带传动、链传动等。
3. 机构优化设计：遗传算法优化、粒子群算法优化等。
4. 多目标优化：多目标函数、多解决方案、多权衡等。
四、机器人运动学与动力学1. 机器人运动学：正逆解分析、正逆运动分析、位姿变换等。
2. 机器人动力学：惯性参数估计、动力学建模、动力学仿真等。
3. 机器人轨迹规划：规划算法、避障算法、动力学约束等。
4. 机器人控制方法：基于模型的控制、基于学习的控制、自适应控制等。
五、仿生机械运动1. 生物运动学研究：鱼类游泳、鸟类飞行、昆虫行走等。
2. 仿生运动机制研究：肌肉、关节、骨骼等结构模拟。
3. 仿生机器人设计：仿生材料、仿生传感器、仿生控制等。
4. 仿生运动优化：自适应仿生算法、进化算法优化等。
六、高速运动控制1. 快速动态分析：高速响应、快速加减速、动态稳定性等。
2. 快速运动控制：高带宽伺服控制、快速采样控制、快速反馈控制等。
服装仿生设计理论知识点
服装仿生设计理论知识点服装仿生设计是一门综合性的学科，涉及到服装、设计、生物学等多个领域的知识。
它以生物学中的形态、结构及功能为灵感，将其应用于服装设计过程中，以实现更加舒适、环保、创新的设计理念。
以下将介绍一些服装仿生设计的理论知识点。
1. 生物形态学生物形态学是生物学的一个分支，研究生物体的形态结构及其变化规律。
在服装仿生设计中，了解生物形态学有助于把握生物体的形态特征，从而将其转化为服装设计中的元素。
例如，研究鸟类的羽毛结构，可以借鉴其轻盈、保暖、防水等特点，将其应用于户外运动服装设计中。
2. 生物材料生物材料是指生物体内的有机、无机物质及其复合材料。
了解生物材料的特性和性能，对于开发新型的服装材料很有帮助。
例如，利用蜘蛛丝的高强度和柔软性，可以开发出高性能的纺织材料，用于制作高科技功能性服装。
3. 生物色彩及纹理生物界有许多独特的色彩和纹理，这些特征对服装设计师来说是一种无穷的灵感。
例如，蝴蝶的鲜艳色彩和翅膀上的斑纹、花朵的纹理等，都可以用于服装图案的设计。
通过研究生物色彩和纹理，可以帮助设计师创造出更有吸引力和独特性的服装作品。
4. 生物运动学生物运动学研究生物体的运动规律和动作机制。
在服装仿生设计中，运用生物运动学的原理，可以设计出更符合人体运动特点的服装。
例如，运动披肩的设计可以借鉴鸟类展翅飞翔的动作，使得运动员在运动中更加自由舒适。
5. 生物环境适应性生物在不同环境条件下具有很强的适应能力，通过研究生物的环境适应性，可以设计出更适应不同环境的服装。
例如，鱼类的鳞片结构提供了良好的水流动力学性能，可以应用于游泳服的设计，减少水阻力，提高游泳速度。
6. 生物能源利用生物体能够通过吸收、转化和利用能源来维持生命活动。
在服装仿生设计中，可以借鉴生物体对能量的利用方式，设计出具有自动调温、光能发电、运动驱动等特点的智能服装。
例如，模仿鸟类毛绒细小的羽毛结构，设计太阳能充电服装，实现户外活动中的免电充电。
运动生物力学
知识点：1，同一物体绕许多平行轴的转动惯量，以绕通过质心的轴的转动惯力量最小。
2，田径运动员在起跑线上处于“各就位”姿势时，所选的起跑器属于惯性参照系。
3，运动器械飞行时绕其纵轴以一定的角速度旋转，可产生定向作用，增强飞行的稳定性。
4，在体育运动中有广泛的应用，各种上旋、下旋、侧旋球的特殊轨迹的形成都是源于马格努斯效应。
5，人体运动的运动学特征包括：时间特征、空间特征、时空特征；动力学特征包括：力的特征、能量特征、惯性特征。
6，流动的阻力可分为：摩擦阻力、压差阻力、兴波阻力和惯性阻力。
7，力矩是度量力对物体作用时产生转动效果的物理量。
8，对于粘弹性材料，若令应力保持一定，物体的应变随时间的增加而增大，这种现象成为蠕变。
9，运动生物力学研究的核心是人体运动动作。
10，起跳动作的实质是使运动员如何获得尽可能大的垂直速度。
11，肌肉结构的力学模型由收缩成分、并联弹性成分、串联弹性成分三部分组成。
12，根据力和力矩由不同方向施加于物体上，可将载荷分为：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转和复合载荷。
13，根据平衡的稳定程度可把平衡分为：稳定平衡、不稳定平衡、有限度的稳定平衡和随遇平衡。
14，转动运动中描述角量的物理量有：时间、角位移、角速度、角加速度。
15，人体惯性参数是指人体整体及环节的质量、质心位置、转动惯量以及转动半径。
16，转动惯量是度量转动物体惯性大小的物理量。
问答：1，肌电测量时的注意事项有哪些？（1）电极必须固定稳妥。
表面电极安置部位要准确，同一个受试者、同一块肌肉在几次测量中必须将电极安置在同一位置。
（2）不同项目受试者的同一肌群的肌电图可能不同。
（3）同一项目不同受试者的准备活动的时间、运动量要统一。
（4）同一受试者进行多组测试时，要掌握好组间间隔。
（5）要充分考虑皮肤阻抗、体重、环境温度等对测量结果的影响。
2，骨骼肌三元素模型各元素生理作用机制？（1）收缩成分。
由肌小节的肌球蛋白和肌纤蛋白微丝组成，在静息状态下其应力为零，但长度可以自由伸缩。
生物医学工程基础历年真题及答案
生物医学工程基础历年真题及答案生物医学工程基础1.简述生物力学的研究对象、内容、基本方法和主要特点（20’）定义：生物力学是解释生命及其活动的力学，是力学与医学，生物学等多种学科相互结合、相互渗透而形成的一门新兴交叉学科。
研究对象：力与生物体运动、生理、病理之间的关系。
研究目的：通过生物力学的研究，用力学分析的手段了解、研究、利用、治疗、保护并配合创造生物。
另有仿生学、听诊器、血压计等都利用了生物力学的原理。
研究内容：（1）生物运动学：任务是分析动物的运动。
用一个有限的自由度系统的运动模拟动物的运动，在此基础上研究动物的能量，力与位移、速度与加速度之间的关系。
2）生物流体力学：研究血液、各种体液等流体的特性及生物体内的流体情况，研究生物与空气、水之间的相对运动。
3）生物固体力学：研究生物体内形状稳定部分的受力特性和变形性，以及一些医疗体育器械的强度和变形情况。
4）综合问题：同时考虑多项介质的相关影响。
研究方法：用解析方法或数值方法求解数学模型。
用试验方法测定物理模型或实物试件。
对现场举行分析研究。
特点：另外，生物力学在研究方法上有有别于其他各种物理问题或工程问题的研究方法：①生物力学的试验有“在体”和“离体”之分。
②一部分生物材料（如肌肉）能产生主动力，因此不能用常规的材料试验方法对他们进行研究。
③在体实验分麻醉态和非麻醉态。
2.简述细胞力学的研究内容、实验手段及其应用和发展趋势。
（10’）研究内容：实验手段：应用：①仿生学。
在对生物了解的根蒂根基上研究生物的长处，举行发明发明。
②体育竞技等。
通过对生物所做的力学分析，可以更好地发挥生物的效能。
③对疾病的治疗：听诊器、血压计、人体器官（人工心脏、假肢）等基于生物力学。
④从力学的角度改造生物，可以指导运动员的训练等。
发展趋势：主要集中在细胞-分子力学、骨力学、血液动力学、组织工程方面。
宏-微观结合的趋势明显，如骨力学，生物流变学，组织工程等研究开始深入到细胞-分子水平。
运动生物力学总结
任 务 1.研究运动员身体结构 （骨骼、关节、肌肉）和机能 （神经系统等）的生物力学特性。
2. 研究人体运动技术的规律，确立动作技术原理。 3. 结合运动员个人的身体形态、机能和运动素质等的特 点，研究适合个人的最佳动作技术方案和进行动作技术 诊断。
4. 探索预防运动创伤和康复手段的力学依据。
5. 设计和改进运动器械。（工欲善其事、必先利其器）
人体运动的空间参数（轨迹、位移、路程）
（一） 轨迹：
（二） 位移/路程/角位移 角位移：描述人体转动的空间物理量，它是人体整体或环节绕某轴转动 路程：是指物体从一个位置移到另一个位置时的实际运动路线的长度， 时转过的角度。一般规定顺时针转动的角位移为负，逆时针转动的角位 也是质点运动勃迹的全长。路程是标量，它只是表明大小而不表明运动 移为正。路程是标量，它只是表明大小而不表明运动方向的量值。 方向的量值。
• 如果物体同时受到若干个外力的作用，那么物体的加速度就由这
些外力的合力产生，其方向与合外力的方向一致。
• 若将合外力分解为水平分力和垂直分力，那么，水平分力只产生 水平加速度，垂直分力只产生垂直加速度。因而牛顿第二定律的 分量式为：
F
x
mi a ix
F
y mi ຫໍສະໝຸດ iyFz mi aiz
泳或者跑中提倡适宜的较稳定的速度。在体操或者举重中尽量避
免频繁地改变运动速度减少不必要的负荷。
牛顿第二运动定律(加速度定律）及其应用
要使物体运动状态发生变化，就必须对物体施加 力。当—物体受到的合外力不为零时，物体运动的加 速度与合外力成正比，与其质量成反比，加速度的方 向与合外力的方向一致，用公式可表示为：
有支点无实体轴的转动 人体局部肢体或整体绕通过 人体内部的非实休轴的转动， 即为有支点无实体轴的转动。 如花样滑冰运动员冰上旋转、 投掷铁饼、链球的旋转动作 以及篮球运动员的转体动作 等。支点又可分固定和不固 定的两种。支点又可分固定 和不固定的两种。
运动生物力学的概念
一．运动生物力学得概念：运动生物力学得概念就是研究体育运动中人体及器械机械运动规律得科学。
二．动能与势能得正确利用(高水平运动员动作得特征）：1、高水平运动员在完成投掷动作时有效地利用了助跑速度。
2、高水平运动员超越器械动作时间短，身体背弓大器械被充分引向身体后方。
3、高水平运动员较好得利用了身体得动能及肌肉得弹性势能。
三．人体运动得形式：如果将人体简化为质点，人体运动可分为：直线运动与曲线运动。
如果将人体简化为刚体，人体运动可分为：平动，转动与复合运动。
2、斜抛物体得运动：1、定义：运动轨迹为抛物线2、斜抛运动得构成：水平方向：匀速直线运动竖直方向：竖直上抛运动四．牛顿第一定律（惯性定律）：1、定义：任何物体，在不受力作用时，都保持静止或匀速直线运动状态。
2、应用（保持跑速，动作连贯）牛顿第二定律及其应用1、定义F=ma 2：几点注意1、a就是运动学量F就是动力学量，她们都就是矢量力就是产生运动得原因，并且加速度方向与力得方向一致。
2、牛顿第二定律中得物体就是被当做质点得3、加速度与力同时出现同时消失，反应得就是瞬时关系。
应用：加速跑，超重，失重，弯道跑五．牛顿第三定律及其应用：1、定义Fab=-Fba 2、应用：加速跑，起跳，投掷链球六．动量与冲量1、动量：K=mv 2、冲量：I=Ft 动量定理在体育中得应用1：落地缓冲动作：要减少对人体得冲力，就得延长力得作用时间。
七．人体平衡得力学条件人体平衡得力学条件就是人体所受得合外力为零与合外力矩为零。
表达式为：∑F=0，∑M=0 如：燕式平衡，单杠支臂悬垂八．人体重心得概念：1、概念：人体全部环节所重力得合力得作用点，就叫人体重心2、研究人体重心得意义：评定一个体育动作得质量，分析其技术特征与纠正错误动作等。
都需要从人体重心得变化规律去分析，无论就是动力性得动作还就是静力性得姿势，探索其运动规律时，都离不开人体重心。
3、特点：人体中心不想物体那样恒定在一个点上，不仅在一段时间内，要受肌肉与脂肪得增长或消退等因素得影响，即使在每一瞬间，也要受呼吸，消化，血液循环等因素得影响，特别就是在体育运动中，要受人体姿势变化得制约，随姿势得改变，有时甚至移出体外。
运动生物力学学科概述
研究、设计和改进运动器械
为提高运动成绩提供条件 如：刘翔征战雅典奥运会时的跑鞋
撑杆跳项目的撑杆 泳衣 水立方
研究运动损伤的原因和预防措施
确立合理的技术动作防止运动器 系损伤 损伤后，选择合理的生物力学康 复手段 如：教材所述（掷标枪）
梅布里奇杰出贡献奖的设立
用24只固定照相机拍摄一匹马奔 跑状态并测量马的步长和四足腾 空现象，其后又拍摄人的走和跑 等基本动作连续照片。 1901年，发表《运动中的人体 的图像集》。奠定了运动生物力 学参数摄影分析测量的方法基础
人体惯性参数的测量
• 20世纪初德国解剖学家菲舍尔 (Fischer)采用尸体解剖测量了人 体环节惯性参数,基于此建立了人 体质量分布模型, 奠定了人体运 动定量分析的基础。
测量技术
总的趋势
发展方向：系统综合和微型微观 永恒主题：方法和技术的研究创新
三、测量技术的先进性
高速影像系统获取运动学参数，应用三 维测力系统获取动力学参数，采用肌电 图法记录肌肉产生的电信号等。
李建设,王立平.足底压力测量技术在生物力学研究中的 应用与进展[J]北京体育大学学报，2005，28（2）： 191-193 试论运动技术诊断方法学的发展特征，体育科学研究 ，2005年第1期 肌电测量技术的应用，中国临床康复，2006年第41期
苏联现代生物力学的奠基人谢切 诺夫在著作《人体功能运动概论 》中提出“人体运动装置的结构 是骨杠杆，产生杠杆运动的是肌 肉张力及其神经支配”。
❖20世纪30年代英国生理学家希 尔(Hill)测量了肌肉收缩张力与速 度的关系, 建立了希尔方程。希 尔关于肌肉收缩的经典性工作,奠 定了肌肉力学的理论基础。
海洋生物运动学中的流体力学分析
海洋生物运动学中的流体力学分析在海洋环境中，海洋生物的生存与运动受到流体力学的影响。
流体力学研究的是流体的运动规律以及与它们相互作用的物体受力情况。
在海洋生物学中，流体力学的应用可以帮助我们更好地理解海洋生物的运动方式、适应环境的特征以及相应的生物力学适应性。
一、流体力学与海洋生物运动流体力学是研究流体物质运动规律的学科，而海洋生物运动则是指海洋中各种生物的运动方式。
流体力学通过分析流体的运动、速度、压力等参数，可以帮助我们理解海洋生物的运动方式及其背后的原理。
例如，海洋中的鱼类通过调整鳍的运动来产生推进力，流体力学可以帮助我们解析其运动的效率和流体的流动方式。
二、海洋生物的运动方式海洋生物以其独特的适应性和多样的运动方式而闻名。
流体力学分析可以帮助我们更好地理解这些运动方式。
例如，观察海豚的跃出水面的过程，我们可以发现它们通过将尾部用力推动，产生了一个涡流，并且在跳出水面后借助水的阻力以及重力的作用再次回到水中。
对于这个过程，流体力学可以帮助我们解释海豚是如何通过采用这种独特的运动方式来节省能量的。
三、流体力学在海洋生物研究中的应用流体力学在海洋生物研究中起着重要作用。
例如，通过分析海洋中的微小生物本身的形态结构和外部环境，可以利用流体力学的原理来探究微小生物的运动规律和特点。
此外，流体力学还可以帮助我们揭示海洋生物的摩擦阻力与速度之间的关系，了解海洋生物在不同流体环境中的适应性。
同时，流体力学的研究也可以告诉我们海洋生物在不同流速和压力下的运动策略。
例如，鲸鱼等大型海洋生物在面对强大的水流冲击时如何保持平衡和稳定，这需要流体力学的分析。
四、海洋生物的生物力学适应性流体力学的分析帮助我们认识到海洋生物在演化过程中对环境的适应性。
生物力学适应性是指生物体的形态、结构和运动方式等发生的变化，以适应特定的环境需求。
通过分析海洋生物在不同流速、流动性和压力条件下的运动方式，我们可以了解到它们与环境的相互作用关系，探究其为了生存和繁衍适应环境所做出的改变。
运动生物力学_运动生物力学概述
• 中华人民共和国成立之后，1956-1958年间苏联专家 贝柯夫在北京体育学院外交部研究班曾讲授过有关人 体重心的计算及有关运动技术分析的机能解剖学内容。
• 3）力学量在人体内的传递是通过肌肉、骨 骼、关节链壮系统之间的相互作用来完成 的。
• 4）国内拥有自主知识产权的运动生物力学 测量与分析系统很少，且技术水平不高。
• 5）影像分析中人体关节点的智能判别技术 问题、人体质量几何分布的个体化模型问 题等，尚未解决。
运动生物力学的发展简史
• 古希腊的哲学家和自然科学家阿里亚里斯 多德（公元384-322年）就对生物体的运动 发生了兴趣，注意在日常生活中观察人和 运动的力学问题。
5、运动生物力学是研究人体运动力学 规律的科学，它是体育科学的重要组 成部分。
二、运动形式
两种运动形式： 一种是简单的、低级的运动形式。例如，物 理运动、化学运动、机械运动等。 另一种是复杂的、高级的运动形式。例如， 生物运动，人还有更高级的运动及其产物， 即思维。
三、人体运动的复杂性
人体运动是自然界最复杂的现象之一，活 的人体就其本质是一个开放的、复杂的巨 系统。
二、运动生物力学课程任务
深刻理解体育动作的生物力学原理，探索 运动技术的力学规律。
扩大知识视野 学习从事运动技术科学研究的生物理论和
方法。
三、运动生物力学的课程内容
运动生物力学绪论 人体运动器系的生物力学特性 人体惯性参数 人体平衡的生物力学 人体运动的运动学 人体运动的动力学 人体运动的流体力学 人体基本动作结构的生物力学 运动生物力学的研究方法和测量技术 运动生物力学教学实验
生物学中的运动学探究
生物学中的运动学探究生物学是研究生物体结构、功能、生命过程、分类、演化等方面的科学，运动学作为生物学的一个分支，主要研究生物体运动的规律和特点以及运动所涉及的物理量和单位。
在本文中，我们将探究生物学中运动学的一些重要内容，并且探讨运动学在生物学中的应用。
一、生物运动的分类生物运动可以分为主动运动和被动运动两种。
主动运动是生物体靠自身的能量和活动产生的运动，如人类的行走、奔跑等；被动运动是生物体通过周围环境的作用导致的运动，如空气的吹动导致的树叶摆动等。
不同的生物在生态环境和生存方式方面的差异会导致它们所表现出的特殊的运动方式和生物运动类型。
例如，水生生物需要适应于水中的运动环境，它们常常会有鳍、鳃等方式适应于水环境的运动；空中生物需要适应于空气的运动，它们常常会有翅膀或刹车等适应性结构，允许它们在大气中飞行、滑翔或者停止运动。
二、运动学的重要概念生物学中，运用运动学的方法研究生物运动的规律和特点，需要理解几个重要的概念：速度：速度是物体在规定时间内所经过的距离与此段时间之比。
加速度：加速度是描述物体运动变化情况的物理量，它是物体单位时间内速度改变量与时间之比。
力学功：作用于物体的力量在一定距离上所做的功。
角速度：表征转动物体单位时间内角位移的大小。
力矩：表征力对物体的转动效应。
重心：表示物体内部质量分布的中心位置。
上述物理概念在运动学中都是十分重要的，并且在不同的生物运动案例中也会有特殊应用。
例如，在运动过程中，动物可以通过施加不同的力量在不同的时间内产生不同的加速度，从而实现不同的运动效果。
在运动或者转动的过程中，物体所受到的各方向力量会产生不同的力矩，推动生物体的运动。
三、运动学在生物学中的应用生物学中运动学的应用不仅仅局限于理论研究，还包括实际生活中的很多方面。
以下是一些典型的应用案例：1.生物运动学在工业设计中的应用生物工程学常常将运动学原理应用于机器人和其他工业设备的设计中，这些工业设备可以通过运用生物运动学的技术，更好地适应于工作环境和任务需求。
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生物运动学－爬行运动分析
爬行运动模式分类（以蛇为例）
螺旋状运动 直线运动 腹部运动 侧向运动
生物运动学－爬行运动分析
爬行运动模式的特点
一种几乎所有的蛇 都有的滑行运功模 式，其特征是在滑 动的过程中，身体 的每一部分都有相 似的运动轨迹。 一种大蛇(如 蝰蛇等)接近 猎物或滑过 光滑的表面 时所采用的 特殊滑行方 式 蛇在通过狭窄的直线通道或 放在极光滑的表面上时采用 的模式。在非常光滑的环境 中，用这种滑动模式需要很 大的推进力，因为此时推进 力的效率非常低。 生活在沙漠中的响尾蛇在滑行和像 螺线管似的抬起并推进身体时所采 取的滑动方式。在身体与滑过的表 面之间不产生滑行运动，它的动力 学特征是身体通常从上部接触地面， 因而它在诸如沙地的环境下运动时 的滑动摩擦阻力小，运动效率高。 这是一种能够适应沙漠环境的运动 模式。
生物运动学－跳跃运动分析
膝部力矩变化 在起跳时，由于膝部肌肉的猛烈收缩而在该部分也出现了力 矩的变化 此处力矩之所以有方向性的变化，是因为惯性力作用的结果
生物运动学－步行运动分析
目的：研究动物的步行姿态及其运动稳定性
步行姿态的研究方法：步行姿态的研究通常要借助高速摄像机， 通过连续记录的照片来分析、研究行进时足的起落顺序和步行 姿态
生物运动学－爬行运动分析
运动机构
日本学者Hirose把蛇看成是一种主动索状机构（Active Cord Mechanism） ACM借助自身的致动器完成弯曲运动 从运动学的角度，ACM与多关节操作系统相似 它的几何形状可以借助于向量分析或齐次变换来确定 它的运动学可以用诸如牛顿—欧拉方程来分析
人体作为生物系统的典型代表，研究人体动力学具有普遍的指导 意义。 计算模型
由于人骨十分坚硬，故在运动中可以不考虑它的变形而作为 刚体看待，关节则可看成铰链 人体可以简化为一个刚体－铰链系统 解剖学研究表明人体中可作为刚体看待的骨有81块： 头部(1）、颈椎(7)、胸椎—肋骨构架(1)、腰椎(5)、骶 椎—尾锥—骨盆构架(1)、肱骨(2)、尺骨(2)、挠骨(2)、 腕骨构架(2)、掌指骨(30)、股骨(2)、胫骨(2)、腓骨 (2)、跗骨构架(2)、跖趾骨(20) 这些骨通过关节连结起来成为一个链式结构，即一个具有有 限个自由度的系统
运动动作的生理学分析
各种运动是按主观意志进行的，主观意志包括现实的考虑以及过去长期积 累在大脑记忆系统中形成的程序 在力所能及的情况下，动作的客观效果一般可以满足主观意志的要求 由于骨骼肌是在神经系统的控制下完成动作的，所以神经系统对动作的完 成和质量都起着决定性的作用
随意运动是以各种各样的刺激所引起的感觉为开始，以脑的活动为中继，以 肌运动为终结的一种反射活动。随意运动是后天获得的条件反射，而且可以 通过不断的训练得以提高。
Hale Waihona Puke 生物运动学－步行运动分析稳定性研究
不仅需要研究步态的时间特性，也需要研究步态的空间特性 研究发现：
多足低等动物在爬行移动过程中大部分足经常着地，借此保持其静态 稳定性 把足增大并在步行中适当地重叠足的着地时问，可保证四足或两足步 行仿生系统的稳定性（在走动玩具中常采用这种方式增加稳定性） 在自然界的行走动物中，其足往往小到可近似为一点。为了保证其低 速时的稳定性，其重心的垂直线经常落在由着地的足所确定的支撑面 内。 在高速运动时，无论是研究两足还是四足系统的稳定性问题，必须建 立步行系统的数学模型，考虑采用静态稳定性以外的机构（如：人在 跑步时手需要按一定规律摆动；动物奔跑时，尾巴需要采用一定的姿 态与奔跑运动协调）。
生物运动学－人体动力学分类
运动分析的目的 建立链式系统的运动控制方程，求解运动方程，解决如下问题： 已知力场，求出系统的运动规律（各点的位移、速度、加速度） 已知运动规律，求各部分的应力 已知一部分力（或应力）与运动规律，求另一部分力与运动规律 由于每个关节均被肌肉所约束，所以每个关节既能传递拉力和压力，也能传 递剪力和弯矩。 运动分析方法－拉格朗日(Lagrange)法 建立链式系统运动方程比较简单有效的方法是拉格朗日(Lagrange)法 对于15个运动单元构成的系统，可以得到48个方程所构成的拉格朗日方程 组：
生物运动学－运动动作分析
运动动作分析的目的 探讨运动动作的机理（即动作产生的原因、动作过程和动 作的后果） 了解各种运动动作的规律 比较各种运动的差异和优劣 研究各种运动的发展规律及其运动的稳定性和适应性 为设计仿生系统的运动动作提供指导 运动动作的根本机理是：骨骼肌根据大脑指令产生收缩，在 收缩力和外力的共同作用下使动物产生特定的静止姿态或运 动状态，从而实现了在时间和空间上具有一定特点的运动动 作。 一个完整的运动动作分析包括三个方面的内容：即动作的结 构分析，动作的解剖分析和动作的生理分析。
生物运动学
运动动作分析
运动动作的分类
人体动力学分析
跳跃运动分析
步行运动分析
爬行运动分析
生物运动学－概述
研究对象：生物体（主要指动物）的宏观运动 研究方法： 把解剖学、生理学和力学结合起来，研究生物运动的空间 特征和时间特征，分析这些特征与生物体的内力、外力、 能量和功率之间的关系。 生物运动学是一门古老而年轻的学科 高速摄影技术和计算机技术的发展和普遍使用，有力地推 动了生物运动学的研究 使生物运动分析从定性转向定量成为可能 研究目的：通过对生物体运动学的分析，从中得到启发，继 而为创造仿生系统以及肌和神经系统的康复治疗奠定基础。
动力学分析：动物体各部分运动时，力与速度、加速度之间的关系 功率分析：动物体在运动过程中会消耗大量的功率，以跑步为，其 功率消耗包括如下几个方面：克服地面摩擦和克服空气阻力要消耗 的功率；加速时克服惯性力的作用要消耗的功率；骨、肌、韧带之 间的摩擦也要消耗功率。
直接测定一个动物所发出的功率值 的确非常因难。不过人们知道，动 物的能量来自其自身化学能的消耗， 不管它吃什么样的食物，每产生单 位数量的化学能都要消耗大体上数 量相当的氧气。动物消耗的氧气来 源：吸入的氧和体内储存的氧。因 此，可以通过动物消耗氧气的总质 量来确定动物在长时间运动下的能 量消耗。按照耗氧情况可以推算出 动物功率—速度之间的关系。
生物运动学－爬行运动分析
爬行运动的形态学
蛇爬行运动的三种主要身体形态：
以三角波和弧形 波（复合曲线） 运动时，肌的收 缩和松弛运动的 变化率不连续 以正弦波模式运 动时，需要相当 复杂的肌收缩运 动
(a)滑动时身体运动曲线 (b)沿身体轴的肌收缩情况
生物运动学－小结
通过对生物体运动学的系统分析，为我们设计、再 现仿生系统的运动功能提供了理论依据。
生物运动学－人体动力学分类
几何模型
根据汉纳番(Hanavan)的人体简化模型， 人体被分为15个(刚体)单元，通过14个铰 链连结起来
B1：椭圆形截面的柱体，代表上躯干 B2：椭圆形截面的柱体，代表下躯干 B3和B5：椭圆形截面的截锥体，代表上臂 B4和B6：椭圆形截面的截锥体，代表前臂 B7和B9：圆形截面的截锥体，代表大腿 B8和B10：圆形截面的截锥体，代表小腿 B11：椭球体，代表头部 B12和B13：椭球体，代表手 B14和B15：椭球体，代表脚 腰关节(A1)、肩关节(A2A3)、肘关节(A4和A5)、 髋关节(A6和A7)、膝关节(A8和A9)、颈关节(A10)、 腕关节(A11和A12)以及踝关节(A13和A14)
生物运动学－运动动作分析
运动动作的解剖学分析
各种运动都是通过肌协同动作实现的 对于肌能力的发挥，除了神经调节因素外，肌本身的形态和结构，肌与骨 之间的相对位置等都起很大的作用 肌的两端通过腱和骨相连，当肌收缩时，它所产生的拉力即通过腱传到骨 上，使骨发生运动并在运动过程中做功 骨相当于连杆，腱相当于接头，关节相当于绞链
生物运动学－运动动作的分类
非周期性组合动作的特点 动作具有相对独立性 动作具有复杂性和稳定性 在各单一动作之间要有严密的人为联系
不固定动作的特点
它是各种复杂动作的任意组合 这种组合不是固定的，而是随时需要改变的
在整个运动过程中要求根据客观形式随时变化动作，而不能 按照预定的程序行事
生物运动学－人体动力学分类
爬行运动的形态学
动物针对所处的环境及不同的生理需要等会采用不同的标准运动模式，进 行有规则的运动 动物的运动形态是人类工程学(Ergonomics)中运动分析要研究的主要内容， 在设计仿生系统的运动规则时也需要重点研究 蛇体由彼此相连的200～400个椎骨组成，通过附着在关节上的致动肌使其 肌－骨架链产生左右弯曲运动
d L L Fj j 1, , 48 dt x j x j
广义坐标
拉格朗日函数：系统动能与势能之差
广义力
方程中所有量均是相对全局 坐标系描述的
生物运动学－人体动力学分类
运动分析方法－凯恩(Kane)方法 凯恩(Kane)方法：可以避免拉格朗日法求导的困难 根据凯恩法，可以得到48个方程所构成的方程组：
生物运动学－运动动作的分类
固定动作 不固定动作 单一动作 静力性动作 动力性动作 周期性组合动作 非周期性组合动作 混合性组合动作 平移动作 转动动作 复杂动作
动作
组合动作
静力性动作 身体处于静止状态时的动作，如起跑准备、体操落地 对静力性动作分析的重点是研究其重心、平衡和稳定性 平衡分稳定的平衡、不稳定的平衡和临界平衡三个状态 周期性组合动作的特点 动作的反复性和连贯性 动作的节奏性 动作的交叉性 周期性动作，如跑步、游泳、 速度滑冰等
生物运动学－运动动作分析
运动动作的结构分析
对动作结构的分析就是分析在各个力的相互作用下，该动作的形式、外貌、 性质以及它与前后动作之间的关联。通常包括：
运动学分析：对动作的时间和空间演变规律的分析
a. 矢状面上的轨迹
b. 水平面上的轨迹
人体坐标系