人在平地與跑步機上行走時下肢關(guān)節(jié)運動差異性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及人們對生活質(zhì)量要求的提高，運動生物力學(xué)在體育、醫(yī)療、人機工程、步態(tài)識別、航天領(lǐng)域扮演著越來越重的角色。步態(tài)研究是目前以及今后生物力學(xué)研究的重點之一，而很多關(guān)于步態(tài)信息的獲取都是借助跑步機平臺來完成的，但是忽略了平地與跑步機上運動時的差異，本文針對跑步機上行走與平地行走時下肢關(guān)節(jié)生物力學(xué)特征的共性及差異性展開以下研究：
　　首先，基于拉格朗日方程建立下肢在矢狀面內(nèi)的三自由度生物力學(xué)模型，并結(jié)合歐拉方程推導(dǎo)考慮關(guān)節(jié)

2、摩擦?xí)r下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)反力及力矩的解析表達式；研究開發(fā)與 FAB系統(tǒng)相結(jié)合的無線步態(tài)相位信息檢測系統(tǒng)，完成硬件電路和軟件的開發(fā)研究；研究并完成步態(tài)運動學(xué)及部分動力學(xué)參數(shù)的測量實驗方法；基于插值法、拉依達準(zhǔn)則及函數(shù)模型系數(shù)修正的方法完成實驗數(shù)據(jù)的處理。
　　其次，進行基于SimMechanics的下肢生物力學(xué)半物理仿真平臺研究。以下肢關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的數(shù)學(xué)解析模型為動力學(xué)模型的輸入量，完成下肢動力學(xué)的理論計算和基于SimMechan

3、ics的仿真模型數(shù)據(jù)的獲取，通過對比半物理仿真模型輸出的關(guān)節(jié)反力和力矩與實驗測量的下肢關(guān)節(jié)反力和力矩數(shù)據(jù)，驗證人體下肢運動生物力學(xué)理論模型和半物理仿真模型的正確性，描述下肢關(guān)節(jié)反力、關(guān)節(jié)力矩特征。
　　最后，研究平地行走與跑步機上行走時下肢各個關(guān)節(jié)運動學(xué)、動力學(xué)參數(shù)的共性和差異性，分析產(chǎn)生差異的原因；建立基于Gauss函數(shù)、Fourier函數(shù)及Sin函數(shù)的髖、膝、踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角數(shù)學(xué)模型；針對跑步機上行走的特征，探究跑步機上行走與平地行