1
Biomechanica van het menselijk
bewegen
Inhoud
1 Hoofdstuk 1: Inleiding tot de biomechanica ................................................................................... 3
1.1 Definities.................................................................................................................................. 3
2 Hoofdstuk 2: meetsystemen ........................................................................................................... 5
2.1 Meten van beweging (kinematica) .......................................................................................... 5
2.1.1 Directe meettechnieken .................................................................................................. 5
2.1.2 Beeldvormingstechnieken ............................................................................................... 6
2.1.3 Verwerking kinematische gegevens ................................................................................ 6
2.2 Meten van kracht en druk ....................................................................................................... 7
2.3 Meten van spieractiviteit ........................................................................................................ 8
3 Hoofdstuk 3: Antropometrie en materiaaleigenschappen ............................................................. 9
3.1 Inertiële eigenschappen .......................................................................................................... 9
3.2 Massamiddelpunt .................................................................................................................. 10
3.3 Eigenschappen spierweefsel ................................................................................................. 12
3.3.1 Structurele organisatie spierweefsel ............................................................................. 12
3.3.2 Kracht- lengte relatie ve spiercel ................................................................................... 12
3.3.3 Wet van Hill ................................................................................................................... 12
3.3.4 Momentarm spier en mechanisch voordeel ................................................................. 13
3.3.5 Dwarsdoorsnede spier en relatie met kracht ................................................................ 13
3.3.6 Bi-articulaire spieren ..................................................................................................... 13
3.4 Eigenschappen bot en kraakbeenweefsel ............................................................................ 14
3.4.1 Eigenschappen bot ........................................................................................................ 14
3.4.2 Buigbelasting ................................................................................................................. 15
3.4.3 Eigenschappen van kraakbeen ...................................................................................... 16
4 Hoofdstuk 4: 2D en 3D kinematica van menselijke beweging ...................................................... 17
4.1 Biomechanische modellen en vrijheidsgraden ..................................................................... 17
Verschillende modellen ................................................................................................................. 18
4.2 2D kinematica ........................................................................................................................ 19
4.2.1 Berekenen van segmenthoeken en gewrichtshoeken .................................................. 19
4.2.2 Bepalen o.b.v. een segmenthoek o.b.v. coördinaten.................................................... 19
4.2.3 Bepalen van een gewrichtshoek op basis van coördinaten .......................................... 19
4.2.4 Bepalen van snelheid en versnelling ............................................................................. 20
, 2
4.3 Toepassing van 2Dkinematica op gangpatroon .................................................................... 21
4.3.1 Gangcyclus ..................................................................................................................... 21
4.3.2 Ruimte- en tijdsparameters........................................................................................... 22
4.3.3 Samengestelde parameters........................................................................................... 22
4.4 3D kinematica ........................................................................................................................ 23
4.4.1 Globale en lokale assenstelsels ..................................................................................... 23
4.4.2 Conventional gait model ............................................................................................... 23
5 Hoofdstuk 5: krachtwerking in menselijk lichaam ........................................................................ 25
5.1 Krachtwerking bij menselijke beweging ................................................................................ 26
5.2 Biomechanische modellen .................................................................................................... 28
5.2.1 Krachtwerking en invers dynamische analyse (IDA)...................................................... 28
5.2.2 Free body diagram opstellen ......................................................................................... 29
5.2.3 Optellen en ontleden van krachten............................................................................... 30
6 Hoofdstuk 6: Statica en evenwicht ................................................................................................ 31
6.1 Statica en dynamica............................................................................................................... 31
6.1.1 Statisch evenwicht en stabiliteit.................................................................................... 31
6.1.2 Vergelijkingen van statisch en dynamisch evenwicht ................................................... 31
6.2 Hefboomwerking in het menselijk lichaam ........................................................................... 32
7 Hoofdstuk 7: Arbeid, energie en vermogen .................................................................................. 33
7.1 Vormen van arbeid en energie .............................................................................................. 33
7.2 Energiebesparende mechanismen tijdens menselijke beweging ......................................... 34
7.2.1 Inverted pendulum model bij wandelen ....................................................................... 34
7.2.2 Spring-mass model bij lopen ......................................................................................... 34
7.3 Efficiënt en inefficiënt bewegen............................................................................................ 34
8 Hoofdstuk 8: Momentum .............................................................................................................. 35
8.1 Lineair momentum (≈translatie) ........................................................................................... 35
8.2 Angulair momentum (≈rotatiebeweging) ............................................................................. 35
8.3 Behoud van het totaal angulair momentum tijdens locomotie ............................................ 35
8.3.1 Rol van beenzwaai, thorax en pelvis rotatie bij behoud van angulair momentum tijdens
gang 35
8.3.2 Invloed wandelsnelheid op behoud van angulair momentum tijdens gang ................. 36
8.3.3 Behoud angulair momentum tijdens robot gestuurd stappen ..................................... 36
, 3
1 HOOFDSTUK 1: INLEIDING TOT DE BIOMECHANICA
1.1 DEFINITIES
Biomechanica Toepassing van de principes van de mechanica
(steunen op wetten van Newton) op biologische
systemen.
Kine: biomechanisch onderzoek = analyse van
de vorm en functie van musculoskeletaal
systeem van de mens
Kinesiologie Bewegingsleer (biomechanica, LO,
inspanningsfysiologie, motorisch leren, pedagogie en
sportpsychologie)
Kinematica Beschrijving van het bewegingspatroon/
geobserveerde beweging d.m.v. kwalitatieve
waarden
Bv. lineaire (translaties) of angulaire positie
(rotaties), verplaatsing, snelheid en versnelling
Kinetica Oorzaken bv. krachten en krachmomenten
- Statica Geen versnellingen
- Dynamica Versnellingen
Neuromechanica Samenwerking tussen spierwerking, zintuigen,
motorische patronen en hersensmechanismen
om een gecoördineerde beweging te
produceren
- Op complex terrein
- Geconfronteerd met onverwachte
verstoringen
Biomechanische principes spelen rol bij:
- Sportprestaties verbeteren
- Sportuitrusting op punt stellen
- Sportletsels voorkomen
- Ergonomie
- Revalidatie en rehabilitatie
- Fysieke fitness behouden
- Interventies plannen
- Orthesen en prothesen ontwerpen
, 4
- Neurale controle
- CZS
- Infoverwerking,
selectie van strategie,
planning
bewegingsuitvoering,
commando’s
uitsturen
- Mechanische controle
- Musculoskeletaal
systeem
- Bew= evenwicht tss
spierkrachten en
andere interne en
externe krachten
- Massa, inertie,
fysiologie
- Collectieve output
- Bewegingsapparaat
- Neuraal + mechanisch
- Actie= combi bew.
Coördinatie+
houdingsregulatie
Biomechanica van het menselijk
bewegen
Inhoud
1 Hoofdstuk 1: Inleiding tot de biomechanica ................................................................................... 3
1.1 Definities.................................................................................................................................. 3
2 Hoofdstuk 2: meetsystemen ........................................................................................................... 5
2.1 Meten van beweging (kinematica) .......................................................................................... 5
2.1.1 Directe meettechnieken .................................................................................................. 5
2.1.2 Beeldvormingstechnieken ............................................................................................... 6
2.1.3 Verwerking kinematische gegevens ................................................................................ 6
2.2 Meten van kracht en druk ....................................................................................................... 7
2.3 Meten van spieractiviteit ........................................................................................................ 8
3 Hoofdstuk 3: Antropometrie en materiaaleigenschappen ............................................................. 9
3.1 Inertiële eigenschappen .......................................................................................................... 9
3.2 Massamiddelpunt .................................................................................................................. 10
3.3 Eigenschappen spierweefsel ................................................................................................. 12
3.3.1 Structurele organisatie spierweefsel ............................................................................. 12
3.3.2 Kracht- lengte relatie ve spiercel ................................................................................... 12
3.3.3 Wet van Hill ................................................................................................................... 12
3.3.4 Momentarm spier en mechanisch voordeel ................................................................. 13
3.3.5 Dwarsdoorsnede spier en relatie met kracht ................................................................ 13
3.3.6 Bi-articulaire spieren ..................................................................................................... 13
3.4 Eigenschappen bot en kraakbeenweefsel ............................................................................ 14
3.4.1 Eigenschappen bot ........................................................................................................ 14
3.4.2 Buigbelasting ................................................................................................................. 15
3.4.3 Eigenschappen van kraakbeen ...................................................................................... 16
4 Hoofdstuk 4: 2D en 3D kinematica van menselijke beweging ...................................................... 17
4.1 Biomechanische modellen en vrijheidsgraden ..................................................................... 17
Verschillende modellen ................................................................................................................. 18
4.2 2D kinematica ........................................................................................................................ 19
4.2.1 Berekenen van segmenthoeken en gewrichtshoeken .................................................. 19
4.2.2 Bepalen o.b.v. een segmenthoek o.b.v. coördinaten.................................................... 19
4.2.3 Bepalen van een gewrichtshoek op basis van coördinaten .......................................... 19
4.2.4 Bepalen van snelheid en versnelling ............................................................................. 20
, 2
4.3 Toepassing van 2Dkinematica op gangpatroon .................................................................... 21
4.3.1 Gangcyclus ..................................................................................................................... 21
4.3.2 Ruimte- en tijdsparameters........................................................................................... 22
4.3.3 Samengestelde parameters........................................................................................... 22
4.4 3D kinematica ........................................................................................................................ 23
4.4.1 Globale en lokale assenstelsels ..................................................................................... 23
4.4.2 Conventional gait model ............................................................................................... 23
5 Hoofdstuk 5: krachtwerking in menselijk lichaam ........................................................................ 25
5.1 Krachtwerking bij menselijke beweging ................................................................................ 26
5.2 Biomechanische modellen .................................................................................................... 28
5.2.1 Krachtwerking en invers dynamische analyse (IDA)...................................................... 28
5.2.2 Free body diagram opstellen ......................................................................................... 29
5.2.3 Optellen en ontleden van krachten............................................................................... 30
6 Hoofdstuk 6: Statica en evenwicht ................................................................................................ 31
6.1 Statica en dynamica............................................................................................................... 31
6.1.1 Statisch evenwicht en stabiliteit.................................................................................... 31
6.1.2 Vergelijkingen van statisch en dynamisch evenwicht ................................................... 31
6.2 Hefboomwerking in het menselijk lichaam ........................................................................... 32
7 Hoofdstuk 7: Arbeid, energie en vermogen .................................................................................. 33
7.1 Vormen van arbeid en energie .............................................................................................. 33
7.2 Energiebesparende mechanismen tijdens menselijke beweging ......................................... 34
7.2.1 Inverted pendulum model bij wandelen ....................................................................... 34
7.2.2 Spring-mass model bij lopen ......................................................................................... 34
7.3 Efficiënt en inefficiënt bewegen............................................................................................ 34
8 Hoofdstuk 8: Momentum .............................................................................................................. 35
8.1 Lineair momentum (≈translatie) ........................................................................................... 35
8.2 Angulair momentum (≈rotatiebeweging) ............................................................................. 35
8.3 Behoud van het totaal angulair momentum tijdens locomotie ............................................ 35
8.3.1 Rol van beenzwaai, thorax en pelvis rotatie bij behoud van angulair momentum tijdens
gang 35
8.3.2 Invloed wandelsnelheid op behoud van angulair momentum tijdens gang ................. 36
8.3.3 Behoud angulair momentum tijdens robot gestuurd stappen ..................................... 36
, 3
1 HOOFDSTUK 1: INLEIDING TOT DE BIOMECHANICA
1.1 DEFINITIES
Biomechanica Toepassing van de principes van de mechanica
(steunen op wetten van Newton) op biologische
systemen.
Kine: biomechanisch onderzoek = analyse van
de vorm en functie van musculoskeletaal
systeem van de mens
Kinesiologie Bewegingsleer (biomechanica, LO,
inspanningsfysiologie, motorisch leren, pedagogie en
sportpsychologie)
Kinematica Beschrijving van het bewegingspatroon/
geobserveerde beweging d.m.v. kwalitatieve
waarden
Bv. lineaire (translaties) of angulaire positie
(rotaties), verplaatsing, snelheid en versnelling
Kinetica Oorzaken bv. krachten en krachmomenten
- Statica Geen versnellingen
- Dynamica Versnellingen
Neuromechanica Samenwerking tussen spierwerking, zintuigen,
motorische patronen en hersensmechanismen
om een gecoördineerde beweging te
produceren
- Op complex terrein
- Geconfronteerd met onverwachte
verstoringen
Biomechanische principes spelen rol bij:
- Sportprestaties verbeteren
- Sportuitrusting op punt stellen
- Sportletsels voorkomen
- Ergonomie
- Revalidatie en rehabilitatie
- Fysieke fitness behouden
- Interventies plannen
- Orthesen en prothesen ontwerpen
, 4
- Neurale controle
- CZS
- Infoverwerking,
selectie van strategie,
planning
bewegingsuitvoering,
commando’s
uitsturen
- Mechanische controle
- Musculoskeletaal
systeem
- Bew= evenwicht tss
spierkrachten en
andere interne en
externe krachten
- Massa, inertie,
fysiologie
- Collectieve output
- Bewegingsapparaat
- Neuraal + mechanisch
- Actie= combi bew.
Coördinatie+
houdingsregulatie
