上、下楼梯步态参数变化特征研究

目的采集上、下楼梯过程中健康人体下肢运动学、动力学功能参数,为外骨骼助行器实现上、下楼梯这一运动形式的步态轨迹设计和驱动元件选型提供数据支持。方法设计常规楼梯实验装置,利用三维运动捕捉系统和三维测力台系统同步测量方法测量上、下楼梯时踝、膝、髋关节运动信息,应用SPSS统计软件和Origin绘图软件分析下肢运动特点,并对比分析上、下楼梯时下肢的功能参数。结果通过实验获得健康青年人在上、下楼梯时下肢关节在矢状面关节角度、关节力矩随步态变化规律及活动极限值,上楼时踝、膝、髋关节角度依次为-10.66°~13.26°、6.85°~88.92°、1.31°~50.18°,下楼时踝、膝、髋关节角度依次为-37.42°~27.18°、9.83°~95.53°、8.01°~31.62°。上、下楼梯时所需最大踝、膝、髋关节力矩依次为1.788、1.121和0.946 N·m/kg。结论上、下楼梯时人体下肢步态参数随步态变化趋势与关节运动范围显著不同。助行器步态规划要针对上、下楼梯单独设计,驱动元件的选型上要满足上、下楼梯时各关节的最大力矩需求。     

跨越水平障碍物时的步态特征

目的 观察水平跨障肢体动作相关的步态特征,以优化跨障策略,降低跌倒风险。     

楼梯行走足底压力与表面肌电参数研究

目的探究上下楼梯时的足底压力和表面肌电参数,为动力式助行器足部结构设计、动力元件选型和安装位置分布提供理论支撑。方法招募10名健康男性青年进行楼梯行走,利用运动捕捉系统、足底压力系统和表面肌电系统采集足底压力的峰值压强、压力中心轨迹(COP轨迹)和各块下肢肌肉的肌电参数。结果与平地行走相比,楼梯行走时站立相时间占整个步态周期的百分比增大;上楼时前足部分峰值压强增大,下楼时足趾区域的峰值压强减小;楼梯行走时,股直肌、股二头肌、内外侧腓肠肌对人体稳定性起主要作用。结论在设计动力式助行器足部结构时应充分考虑足底压力的分布情况,选择动力式助行器动力元件的安装位置和型号时应考虑主要肌肉的作用。     

湿滑环境下第一跖趾关节弯曲对人体行走步态稳定性的影响

第一跖趾关节弯曲在足部运动中的作用重大,但已有的研究主要侧重其活动范围与相关足部疾病的临床治疗。为探究第一跖趾关节弯曲对人行走步态稳定性的影响,研究者招募了6名健康男性青年进行第一跖趾关节约束(FMJC)和赤足(BF)的平地行走试验。采集并分析了时空参数、下肢关节角度、足-地接触力(GRF)和利用摩擦系数(UCOF)。结果表明,第一跖趾关节约束后髋、膝关节会产生相应的补偿运动,从而使约束前后步态无明显改变,但滑跌概率显著增大。     

穿戴式下肢外骨骼对人体步态特性的影响研究

本文拟探明穿戴式下肢外骨骼对人体下肢相应关节参数与肌肉运动学、动力学参数的影响变化,进而为优化其结构、提高其系统性能提供科学依据。本文通过采集受试者的行走数据,以人体下肢各关节在矢状面上的关节角度作为下肢外骨骼仿真分析的驱动数据,运用人体生物力学分析软件Anybody分别建立了人体模型(即未穿戴下肢外骨骼的人体模型)和人-机系统模型(即穿戴下肢外骨骼后的模型),并对比分析了两种情况下人体下肢运动时的运动学参数(关节力、关节力矩)及肌肉参数(肌肉力、肌肉激活程度、肌肉收缩速度、肌肉长度)的变化情况。实验结果表明,人体穿戴下肢外骨骼后行走的步态满足正常步态,但会出现个别肌肉力突增的现象;下肢主要肌肉的最大肌肉激活程度均未超过1,说明肌肉均未出现疲劳或损伤状况;股直肌的最大肌肉激活程度增加最多(0.456),半腱肌的最大肌肉激活程度增加最少(0.013),提示下肢外骨骼最容易引起股直肌疲劳或损伤。通过本文研究结果说明,为避免出现个别肌肉力突增导致人体下肢损伤,在设计下肢外骨骼时,要特别注意人体体段长与下肢外骨骼杆长的一致性和运动的平稳性。