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机械科学与技术 2024年第9期43卷 1551-1558页

作者：马晓子牛永刚霍洪峰赵虎河北师范大学体育学院石家庄050024 安阳师范学院体育学院河南安阳455000 安阳市体能训练与评价重点实验室河南安阳455000 河北省人体运动生物信息测评重点实验室石家庄050024

为分析健康青年男性启动步态的下肢生物力学特征,使用BTS-SMARTDX运动捕捉系统测试,基于OpenSim模拟仿真出肌力的变化,结果表明:gait2392模型可以准确模拟健康青年男性的启动步态;在APA阶段,支撑侧踝关节背屈、膝关节屈曲,启动侧髋关节... 详细信息

为分析健康青年男性启动步态的下肢生物力学特征,使用BTS-SMARTDX运动捕捉系统测试,基于OpenSim模拟仿真出肌力的变化,结果表明:gait2392模型可以准确模拟健康青年男性的启动步态;在APA阶段,支撑侧踝关节背屈、膝关节屈曲,启动侧髋关节外展;支撑侧踝关节背屈肌、启动侧髋关节外展肌相互协调,完成加载启动侧、卸载支撑侧的任务;在卸载阶段,以膝关节屈曲为主导带动下肢运动,跖屈肌执行蹬伸功能;在执行阶段,以膝关节伸展为主导向前摆动,股直肌执行屈髋和伸膝双功能。研究结果可以为下肢助力外骨骼设计与研究提供帮助。

关键词：启动步态 OpenSim 肌力生物力学

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四足机器人启动步态设计及稳定性分析

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机械科学与技术 2016年第8期35卷 1169-1175页

作者：韩晓建商李隐杨涌北京航空航天大学机械工程机自动化学院北京100191

为保证四足机器人在以离线规划的对角步态行走过程中的稳定性,通过分析机器人行走的数学及力学模型而设计一种由静止状态启动至稳定运行过程的多步变步长启动步态,首先建立了从启动到稳定运行过渡过程中四足机器人的运动学模型,使用MAT... 详细信息

为保证四足机器人在以离线规划的对角步态行走过程中的稳定性,通过分析机器人行走的数学及力学模型而设计一种由静止状态启动至稳定运行过程的多步变步长启动步态,首先建立了从启动到稳定运行过渡过程中四足机器人的运动学模型,使用MATLAB软件计算求得机器人启动过程中各个关节的运动节律角度数据,并在adams动力学仿真分析软件中进行了物理样机模型的对角步态行走测试。仿真分析及样机试验结果验证了,该启动步态能够有效的防止机器人因单步启动时姿态偏角过大所造成的冲击并保证行走时的平稳性。

关键词：四足机器人启动步态姿态偏角稳定性

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OpenSim环境下女性老年人启动步态的下肢生物力学特征研究

OpenSim环境下女性老年人启动步态的下肢生物力学特征研究

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第十三届全国体育科学大会

作者：马晓子李晓璨霍洪峰河北师范大学体育学院

研究目的:随着中国老年群体数量日趋增加,老年人在启动步态过程中跌倒发生率较高,老年人跌倒后生活不能自理对个人及社会经济造成负担。本文通过测试得到的启动步态时间、下肢关节角度变化以及根据OpenSim建模模拟出下肢肌群肌肉力量变... 详细信息

研究目的:随着中国老年群体数量日趋增加,老年人在启动步态过程中跌倒发生率较高,老年人跌倒后生活不能自理对个人及社会经济造成负担。本文通过测试得到的启动步态时间、下肢关节角度变化以及根据OpenSim建模模拟出下肢肌群肌肉力量变化,对比分析老年人、年轻人启动步态特征,进而探讨出老年人在启动步态时的下肢神经肌肉控制策略和动作控制策略,从而为提升老年人健康水平、预防老年人跌倒提供依据。研究方法:本研究选取10名女性年轻人、10名女性老年人进行启动步态测试,测试步骤为:受试者着紧身服装,由一名经过多次培训的研究生,根据Davis模型要求在受试者身上粘贴marker点,同时在臀大肌、股直肌、股二头肌长头、胫骨前肌、腓肠肌内侧、腓肠肌外侧粘贴肌电片,粘贴完毕后通过快速行走确定marer点和电极片粘贴牢固度和佩戴舒适度,粘贴完毕后要求受试者双侧裸足位于不同测力台之上,双臂位于体侧,两眼正视前方,进行1次静态标定测试,再同样采取此站立姿势,听到测试人员发出"准备"口令后受试者不再出现晃动,在发出"开始"口令后受试者正常迈出优势侧至优势侧足跟落于下一个测力台上为启动步态结束时刻,每位受试者分别测试4次,最终采取2次可用数据进行后期处理;本研究使用BTS SMART-DX三维红外运动捕捉分析系统、BTS P-6000三维测力台和BTS FreeEMG300无限表面肌电系统同步采集启动步态的运动学数据、动力学数据、肌电数据。采集完毕数据后,在OpenSim软件中,使用测试启动步态的数据在gait2392模型进行缩放、逆向运动学、剩余残差计算、计算肌肉控制,将测试得到的运动学、动力学坐标X、Z轴转换成与OpenSim软件相同坐标,导入转换坐标后的运动学文件,根据静态标定数据缩放出年轻人个性化肌肉骨骼模型,随着年龄增长老年人相关的肌肉参数与年轻人不同,在缩放之前调整老年人的肌肉参数,根据静态标定数据缩放出老年人个性化肌肉骨骼模型,在建立的个性化肌肉骨骼模型基础上根据启动步态数据进行逆向运动学、剩余残差计算、计算肌肉控制。使用缩放模型后的marker点误差值验证缩放个性化肌肉骨骼模型的可靠性,通过计算肌肉控制法计算出下肢肌肉力数据,根据前人研究将启动步态分为三个阶段:预期姿势调整阶段(Anticipatory Postural Adjustments Phase,简称APA阶段)、卸载阶段、执行阶段,采用独立样本T检验不同年龄组启动侧时间、关节角度变化、峰值肌力数据,实验结果以P启动步态时间高于年轻组(P启动侧髋关节、膝关节、踝关节屈伸变化角度与年轻组差异不具有显著性(P>0.05);在卸载阶段,老年组启动侧髋关节屈曲变化角度、膝关节屈曲变化角度、踝关节跖屈变化角度低于年轻组(P启动侧膝关节屈曲变化角度高于年轻组(P启动侧髂肌、腰大肌、股直肌、臀中肌中束、股二头肌短头、股直肌、股内侧肌、股外侧肌、股外侧肌、腓肠肌内侧、胫骨前肌峰值肌力高于年轻组(P启动侧臀大肌上束、臀大肌中束、臀大肌下束、半膜肌、股二头肌长头、比目鱼肌、胫骨后肌峰值肌力低于年轻组(P启动侧髂肌、腰大肌、股直肌、臀中肌中束、股二头肌短头、股直肌、腓肠肌内侧峰值肌力高于年轻组(P启动侧臀大肌中束、臀大肌下束、半膜肌、股二头肌长头、股内侧肌、股外侧肌、股中间肌、比目鱼肌、胫骨后肌、胫骨前肌峰值肌力低于年轻组(P启动侧臀大肌上束、臀大肌中束、臀大肌下束、半膜肌、胫骨后肌峰值肌力低于年轻组(P启动步态;老年人启动步态双支撑相时间增加,较年轻人启动缓慢;在预期姿势调整阶段,老年人启动侧采用以屈肌模式为主导的髋关节策略和踝关节策略维持站立;在卸载阶段,老年人启动侧以膝关节屈曲为主导向前移动,比目鱼肌和腓肠肌内侧协调完成下肢的蹬伸;在执行阶段,老年人启动侧以膝关节伸展为主导完成下肢摆动,启动侧下肢肌力曲线呈

关键词：启动步态老年人 OpenSim

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足弓类型对启动步态特征的影响研究

足弓类型对启动步态特征的影响研究

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第十二届全国体育科学大会

作者：马晓子霍洪峰河北师范大学

研究目的:目前研究主要是不同足弓类型对动态循环步态的影响,在形成循环步态之前需要有一个让身体从静态的站立姿势转换成稳态步行的过渡期即启动步态,启动步态可以分为三个阶段:预期姿势调整阶段、前掌离地阶段、执行阶段。启动步态的... 详细信息

研究目的:目前研究主要是不同足弓类型对动态循环步态的影响,在形成循环步态之前需要有一个让身体从静态的站立姿势转换成稳态步行的过渡期即启动步态,启动步态可以分为三个阶段:预期姿势调整阶段、前掌离地阶段、执行阶段。启动步态的目的不止为了推进人体向各个方向行走,还为了在转换姿势的一步之内使人体进入稳定的行走步态,因此启动的第一步对后期稳定的行走起着关键作用。在转换姿势过程中需要全身的器官协调完成良好的姿势控制,而足是人体下肢运动的重要结构,具有支撑体重、缓冲震荡和推进人体向各个方向运动等的功能。足弓是足的重要组成部分,足弓形态的异常会对人体造成不同的损伤模式,对足的功能造成影响。本文主要探讨出不同足弓类型对启动步态生物力学特征的影响。研究方法:通过实验选取36名20-25岁的在校女大学生,用三维足型扫描仪测量出足弓类型,在进行测量时要求受试者赤脚,两眼目视前方,双手位于体侧,尽量不要出现晃动,最后将受试者分为三组:正常足弓组(n=12)、低足弓组(n=12)和高足弓组(n=12)。步态的动力学测量采用Footscan高频足底压力测试板进行测试,测试要求受试者双脚赤脚位于足底压力板上,听到测试人员发出"准备"的指令时,让受试者意识到不要再出现晃动,双脚赤脚站立在足底压力板上,手臂自然垂直在身体两侧,两眼目视前方,等发出"开始"的指令,正常迈出启动腿,受试者以自然放松的姿势走在足底压力板上,左右侧均要为启动腿和支撑腿,每一侧分别测量3次,得出数据之后保存。测试主要选取指标为双侧足各个区域的冲量,预期姿势调整阶段、前掌离地阶段、执行阶段分别占启动时间的百分比。使用SPSS25.0统计分析软件,采用独立样本T检验和单因素方差分析两种方法分别对得到的数据进行处理,P启动侧(P启动侧(P启动侧(P启动侧时,正常足弓组足底第1-3跖骨的冲量显著性高于高足弓组和低足弓组(P启动侧时,低足弓组的足弓区域冲量显著性高于正常足弓组和低足弓组(P启动侧时,正常足弓组预期姿势调整阶段占启动时间的百分比与高足弓组相比差异不具有显著性(P>0.05),正常足弓组预期姿势调整阶段占启动时间的百分比与低足弓组相比差异性不具有显著性(P>0.05);下肢一侧作为启动侧时,正常足弓组的前掌离地阶段占启动时间百分比显著性高于高足弓组(P启动时间百分比显著性高于低足弓组(P启动时间百分比显著性高于低足弓组(P启动侧时,正常足弓组执行阶段占启动时间的百分比与高足弓组相比差异不具有显著性(P>0.05),正常足弓组执行阶段占启动时间的百分比与低足弓组相比差异不具有显著性(P>0.05)。研究结论:(1)下肢在启动时,足底压力向支撑侧累积。(2)下肢一侧作为启动侧或支撑侧时,与正常足弓组相比,高足弓组和低足弓组前足内侧承受压力的累积减少,机体接收到触觉感受器的反馈能力降低,高足弓组和低足弓组的姿势控制能力比正常足弓组差。(3)在启动步态中,前掌离地阶段时间最短,与正常足弓组相比,高足弓组、低足弓组的前掌离地阶段时间减少。

关键词：启动步态足弓时相冲量

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