人体中关节的形状分为哪几种？每种可绕什么运动轴做什么运动？

按关节面的形状可分为

1、球窝关节

关节头呈球状，另一骨的关节面呈窝状，包裹着关节头的一部分。因此关节头与关节窝只是松弛地连接，能作屈、伸、内收、外展、环转和旋转运动，是活动性最大的一种关节结构。典型：髋关节。绕额状轴做屈伸运动，绕矢状轴做外展和内收，绕垂直轴做旋转。

2、平面关节

此关节活动的发生继发与其他活动。例如，当你屈曲和伸展肘关节时，没有引起其他的关节运动。然而，腕骨运动不能仅靠一个活动运行。腕骨运动，需要腕关节在屈曲和伸展或外展和内收的前提下进行。

3、椭圆关节

由两个分别是凸和凹的椭圆型关节面组成，可作前后和左右的运动。典型举例：手腕。手腕以额状轴为中心产生屈伸运动，以矢状轴为中心做尺、桡偏。

4、鞍状关节

两个关节面均呈马鞍型，彼此成十字形交叉接合，每一骨的关节面既是关节头，又是关节窝，可作屈、伸、内收、外展和环转动作，比椭圆型关节的活动能力大。

典型：大拇指关节。虽然大拇指能做屈、伸、内收、外展和旋转动作，但是与腕骨运动相似，旋转运动需继发于其他关节活动出现。如果在不屈曲和外展的前提下，你试着转动你的拇指，你发现无法做到。

当拇指内收的时候，请注意下拇指所指的方向；当外展和屈曲拇指时，所指方向大约改变了90度。这种旋转动作并不是主动的，而是关节的形状造成的。尽管大拇指关节不是一个真正的双轴关节因为旋转受限，但是因为主动运动还是绕两个轴发生，因此还是归位此类。

5、滑车(屈戌)关节

一骨凸起的部分嵌在另一骨凹陷的部分，只能作单一平面的屈、伸运动，仿如门铰的操作一样。肘关节中的肱尺关节就是一个很好的实例。

6、车轴关节

桡尺关节，展示了另一种类型的单轴运动—车轴关节。当前臂旋前旋后时，尺骨不动，桡骨头绕于尺骨产生活动。车轴运动其实就是以纵轴为中心在水平面上做运动。

参考资料：

——关节分类 

——关节运动

踝关节假肢的研究是当今假肢研究领域的关健技术之一。本文从生物力学、解剖学和生理学角度出发，分析了踝关节在行走 过程中的步态运动规律、受力特点和生理功能。此外，基于仿生学原理，设计了踝关节假肢的机械结构，完成了假肢产品开发和生产 的前期工作。 关键词： 踝关节；假肢；机械设计 中图分类号:R605 文献标识码：B 引言：根据2006 年国务院残疾人工作委员 踝关节着地缓冲时造成关节损伤。所以韧带模

会抽样调查数据显示，全国肢体残疾人数约为 型的设计是踝关节模型设计的重要组成部分。 [1]

2400 万人。近年来，随着工业、交通业的迅速发 韧带在踝关节运动时起到拉力以保证踝关节稳

展，这一数字正以惊人的速度增加，极大地增加 定性的作用，并且这种力学关系是属于非线性

了社会的负担。在现有医疗水平尚不能使肢体 的，因此采用非线性的压簧模型进行设计，踝关

再生的情况下，为了帮助肢体残疾者恢复一定 节具体运动模型和稳定性模型分别见图2 和图

的生活自理和工作能力，提高其生活质量，为残 3，踝关节稳定性机械结构设计如图4 所示。

疾人开发和研制现代化舒适的假肢产品成为国 22 屈伸运动功能机械结构。屈伸运动是通

内外假肢行业的一项重要任务。 过丝杆、滚子、轴承等转动或传动来实现。踝关 假肢的作用是代偿肢体伤残者所失去的部 节在矢状面的背屈、跖屈运动是通过丝杆在转

分肢体功能，使其恢复一定的生活自理和工作 动过程中带动下面的轴承在规定的角度范围内

能力。在现今假肢行业中,踝关节假肢作为人体 动和防止膝猝屈，也为脚尖顺利抬起提供动力。

大臂和小臂。

臂屈伸主要涉及两个关节的运动，肩关节内收可以锻炼到胸肌（主要是下胸），肘关节伸展可以锻炼到肱三头肌。因此，根据臂屈伸的功能特点，臂屈伸通常被分为两类：一类侧重练下胸，另一种侧重练肱三头肌。举杠铃是项普遍的健身项目。是人类通过臂力将杠铃由下而上举起的运动。标准方式是：站立，将杠铃放在胸部利用臂力及胸部背部肌肉，由双臂举起至双臂伸直，与地面垂直。

1屈伸是在冠状轴上的运动。

2冠状（额状）轴一为左右方向的水平线。

3垂直轴一为上下方向和水平线互相垂直的垂线。

4轴多用于表达关节运动时骨的位移轨迹所沿的轴线。

5关节运动和关节面形状有密切关系，而关节面形状是在人体长期活动中，肌肉作用下逐步获得、形成的。

6人体关节运动一般都是旋转运动，旋转运动经常是绕着某个轴来进行的。

7关节运动有滑动、屈伸、水平屈伸、收展、回旋和环转等运动。

8关节面固定点位置的改变叫做关节运动。

9关节运动方式有滑动、屈、伸、内收、外展、旋转及环转等。

10根据关节的构造不同，各关节的运动方式也不完全一致。

11关节的运动方式和其功能相适应。

由人体解剖学[1]可知，人体上肢的运动主要由肩关节、肘关节和腕关节的相对运动来实现。 依据人体上肢的驾驶动作分析和机器人机构学原理[2]，可将人体上肢系统简化为由3 个连杆(上臂、前臂和手腕) 组成的铰链机构。可用上臂水平屈伸、上臂侧举上臂旋转、前臂弯曲和手腕弯曲(见图1) 表达的5自由度来建立人体上肢运动模型。若以A1、A2、A3、A4、A5 分别代表5自由度，则通过这些自由度

动作就可实现人体上肢对操作域空间目标(操控元件) 的拾取(操作)。其A1 ～ A3 的动作可以实现肩部球面副运动，A4 动作可实现肘部手臂的运动，A5 动作可实现腕部手掌的运动。

  根据机器人机构学及其回转变换矩阵原理[2]，以人体肩部球窝关节中心为坐标原点， 取人体上肢运动空间坐标系(见图2)，其中坐标系o0 x0 y0 z0 为基础坐标系，o1 x1 y1 z1～o5 x5 y5 z5 为各局部坐标系；坐标原点o0 、o1 、o2 重合在肩关节处，o3 建立在肘关节上，o4 建立在腕关节上，o5 建立在掌心上；l1 、l2 、l3分别代表人体上臂长、前臂长和掌心距。根据图2所示的坐标系，采用4 ×4 阶位姿矩阵Qi 表示初始位置时坐标系oi x i y i z i 在坐标系oi - 1 xi - 1 yi - 1 zi - 1 中的位姿，则在图2 初始位置时可以得到相应的4 ×4阶位姿矩阵Q1 ～Q5。从生理学知识及人体的实际动作姿态考虑，本文规定肘关节在x3 o3 z3 平面内与x3 o3 轴呈45°。设A1～A5 绕y0 、z1 、y2 、z3 、z4 的转动角度依次为θ1～θ5，依据变换矩阵原理，即可得到5 自由度上

肢动作的相应回转变换矩阵T1～T5。上肢关节转动后的相应坐标系oi x i y i z i 在oi - 1 xi - 1 yi - 1 z i - 1中的位姿矩阵Pi可表示为Pi = Ti ×Qi，故可得到手部掌心相对于基础坐标系的位姿矩阵

T = T1 ×Q1 ×T2 ×Q 2 ×T3 ×Q3 ×T4 ×Q4 ×T5 ×Q5 (1)

                   (2)

式中: n、o、a 分别表示掌心位置矢量的位姿；p代表从基础坐标系原点指向掌心的矢量。