人體步態(tài)模型實驗研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、步行是人類日常生活中重復最多而又復雜的一種整體性運動,行走的方式和風格稱之為步態(tài)。一個人的步態(tài)是自身結(jié)構(gòu)與功能,運動調(diào)節(jié)系統(tǒng),個人行為及心理活動在行走時的外在表現(xiàn)。廣義地講,步態(tài)反映了一個人身體素質(zhì)和精神素質(zhì)的水平。研究人在行走過程中的步態(tài)特征不僅對于了解人體運動規(guī)律,發(fā)現(xiàn)肢體間的協(xié)調(diào)配合決策具有重要的意義,而且在臨床診斷、康復醫(yī)療、人機工程學、體育科學以及仿生機構(gòu)與類人機器人等領域都具有重要的意義。本文受到國家自然科學基金“下肢康復訓

2、練機器人關鍵技術研究”項目的資助,針對人體步態(tài)模型的研究方法、研究過程和研究結(jié)論進行了詳細論述和分析。 在綜述分析了國內(nèi)外有關人體步態(tài)運動測量方法的基礎上,提出了一種檢測骨盆四自由度運動的新方法,對其進行了理論分析,推導了求解人在跑步機上行走時骨盆沿空間三個坐標軸的平移運動和繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)運動的數(shù)學模型。在此基礎上,提出了一套用于同時測量骨盆運動,下肢髖、膝、踝關節(jié)旋轉(zhuǎn)運動以及步態(tài)時相的人體步態(tài)運動測量方案,并進行了相關理論分析

3、。 研制了步態(tài)測量實驗平臺,以健康男性青年為對象進行了步態(tài)實驗研究,對步態(tài)時相,骨盆四自由度運動和髖、膝、踝關節(jié)旋轉(zhuǎn)運動進行了圖形描述,并對各個步態(tài)運動特征進行了歸納分析。 在實驗研究與步態(tài)圖形描述的基礎上,對骨盆沿相對坐標系x軸和y軸的運動采用了正弦函數(shù)進行模型描述;對骨盆沿相對坐標系z軸的運動采用了擴展指數(shù)函數(shù)進行模型描述;根據(jù)髖關節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度曲線特征,將S型Sigmoid函數(shù)進行了擴展,并將擴展后的函數(shù)作為髖關節(jié)轉(zhuǎn)

4、角曲線的回歸模型對其描述:對膝關節(jié)旋轉(zhuǎn)運動的模型描述采用了分段函數(shù)形式,節(jié)點兩側(cè)的曲線分別采用正弦函數(shù)和擴展Gaussian函數(shù)進行模型描述;運動曲線較復雜的踝關節(jié)旋轉(zhuǎn)運動采用復合分段函數(shù)形式建模,節(jié)點間的曲線均采用擴展Sigmoid函數(shù)進行模型描述。對擬合函數(shù)進行了殘差分析,分析結(jié)果驗證了采用以上模型對人體步態(tài)運動進行定量分析的可行性。 對步態(tài)模型中的幅值和相位變量與身高和行走速度的關系進行了相關分析,將相關性顯著的特征變量進

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