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基于SGGC-Net动作捕捉系统解析行走步态的信度与效度

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医用生物力学 2024年第2期39卷 305-311页

作者：朱琳董鹏程沈培鑫陈浩孙建德宋祺鹏山东体育学院研究生教育学院济南250100 山东师范大学信息科学与工程学院济南250300

目的以有标记点三维运动捕捉系统(Vicon)为参照标准,比较基于SGGC-Net的动作捕捉系统(SGGC-Net系统)和SIMI系统解析行走步态的信度和效度。方法招募30名健康大学生,分析其在跑步机行走时的步态特征。应用Vicon系统12台红外摄像头及4台... 详细信息

目的以有标记点三维运动捕捉系统(Vicon)为参照标准,比较基于SGGC-Net的动作捕捉系统(SGGC-Net系统)和SIMI系统解析行走步态的信度和效度。方法招募30名健康大学生,分析其在跑步机行走时的步态特征。应用Vicon系统12台红外摄像头及4台摄像机同步采集运动学数据,获取右侧参与者肩、肘、髋、膝和踝关节三维空间角度。采用组内相关系数(intra-class correlation coefficient,ICC)及其95%置信区间和测量标准误差(standard errors of measurement,SEM)评估信度;采用多重相关系数(multiple correlation coefficients,CMC)和均方根误差(root mean square error,RMSE)评估效度。结果SGGC-Net系统解析上、下肢三维空间角度最大、最小值的ICC范围为0.798~0.990,SEM范围为0.04°~0.95°;SIMI系统的ICC范围为0.650~0.967,SEM范围为0.31°~1.24°。除髋关节最小角度和膝关节最大角度外,SGGC-Net系统解析所有角度的ICC均高于SIMI系统,且SEM均低于SIMI系统。与Vicon系统得出的上、下肢主要关节角度曲线相比,SGGC-Net系统得出的曲线CMC范围为0.945~0.996,RMSE为1.44°~4.65°;SIMI系统的CMC范围为0.815~0.986,RMSE为2.56°~9.99°。除踝关节外,SGGC-Net系统在所有角度上的CMC均大于SIMI系统,RMSE均小于SIMI系统。结论SGGC-Net系统在大多数指标中的信度和效度优于SIMI系统,其在解析行走步态时具有较好的可重复性和准确性,可适用于无标记点情境下的动作捕捉,如运动员动作技术分析与特殊人群的临床步态解析。

关键词：动作捕捉信度效度关节角度行走步态

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轮腿式自动引导小车结构设计与行走步态规划

机械科学与技术 2021年第2期40卷 211-217页

作者：张楠姜文通牛宝山尹阔梅林燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学电气工程学院电子实验中心河北秦皇岛066004

为了提高自动引导小车在存有障碍物的硬质平坦地面上的工作能力,设计了一种新型的轮腿式自动引导小车,并阐述了小车在不同运动模式下的工作原理。对行走模式下的小车进行了运动学分析,得到足端工作空间。以足端的最大工作范围为前提规... 详细信息

为了提高自动引导小车在存有障碍物的硬质平坦地面上的工作能力,设计了一种新型的轮腿式自动引导小车,并阐述了小车在不同运动模式下的工作原理。对行走模式下的小车进行了运动学分析,得到足端工作空间。以足端的最大工作范围为前提规划了足端的运动轨迹,同时规划了车体的运动轨迹,并基于静态稳定裕度原理规划了小车整体的行走步态。利用ADAMS软件对该小车进行运动仿真分析,仿真结果表明所规划运动轨迹和行走步态是可行的。

关键词：自动引导小车轮腿式运动学分析行走步态运动轨迹

网球运动对网球专项生正常行走步态影响的研究

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网球运动对网球专项生正常行走步态影响的研究

作者：田登先广州体育学院

学位级别：硕士

正常的行走步态是身体健康的良好表现,随着科学技术的发展,步态分析技术越来越成熟并运用到各领域。其中,在体育领域里有关步态的研究主要集中在足底压力,专门用于步态分析的较少。因此,本文选取网球运动对网球专项生正常行走步态影响... 详细信息

正常的行走步态是身体健康的良好表现,随着科学技术的发展,步态分析技术越来越成熟并运用到各领域。其中,在体育领域里有关步态的研究主要集中在足底压力,专门用于步态分析的较少。因此,本文选取网球运动对网球专项生正常行走步态影响的研究来进行探索,并为以后了解长期的网球运动是否会对专项生体态的影响提供参考。本文采用文献资料法、对比分析法、数理统计法及实验测试法等研究方法,以广州体育学院2015级22名本科男生为测试对象,其中体育教育专业的网球专项生11名(3年以上的网球训练均以右手持拍)为实验组,非体育教育专业的普通大学生11名(没有系统的网球专项技术学习)为对照组,对网球专项生的正常行走步态进行研究,主要从步态的基础参数、地面接触时相百分比、行走能力、步态时相百分比(单个)、足底压力等方面进行对比分析,结果表明:1、从步态基础参数来看:两组的跨步时间、跨步长、速度、步频存在显著性差异,且实验组的跨步时间减少其他均有增加,跨步长增加、步频加快、速度提高,左脚尤为明显。两组摆动时间、站立时间、单步时间、步长均不存在差异性,但平均值有一定变化幅度,实验组步长增加,其他减少。2、从步态地面接触时相百分比来看:两组在地面接触时相百分比均不存在显著性差异,但实验组的平均值均高于对照组。3、从步态行走能力参数来看:两组的步态行走能力参数中,地面冲击力和脚离地角度存在显著性差异,且实验组地面冲击力和脚离地角度均增加,左脚尤为明显;两组大腿摆动加速度、摆动功均不存在差异性,但实验组的平均值大于对照组。4、从步态时相百分比(单个)来看:两组的八个步态时相百分比均不存在显著性差异。但除了首次触地百分比的平均值是实验组小于对照组之外,其他步态时相百分比的平均值均是实验组大于或等于对照组。5、从足底压力来看:两组正常行走步态足底压力左脚足前区和右脚足前区存在显著性差异,且实验组足前区压力大;两组正常行走步态足底压力左脚足跟区和右脚足跟区不存在差异性,但实验组的平均值小于对照组。通过对网球专项生和普通大学生正常行走步态的对比分析最后总结:长期的网球运动对网球专项生正常行走步态有影响,主要表现在基础参数中,实验组的跨步时间减少、跨步长增加、步频加快、速度提高,左脚尤为明显;在步态行走能力参数中,实验组地面冲击力增大,脚离地角度增加,左脚尤为明显;在足底压力中,实验组正常行走步态中左脚足前区足底压力增大,右脚足前区压力增大,且左脚尤为明显,同时也表明网球运动对身体的平衡能力也有积极影响。

关键词：网球运动网球专项生行走步态步态周期足底压力

不同手机使用任务对大学生行走步态影响的研究

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不同手机使用任务对大学生行走步态影响的研究

作者：康思凡陕西师范大学

学位级别：硕士

研究背景:智能手机的普及给我们带来便利的同时也带来很大的安全风险,大学生作为手机的重度依赖者,走路时使用手机已经随处可见。步行时使用手机作为一项典型的双任务,会增加注意力需求,导致认知分散,情境意识降低,增加意外风险,对步态... 详细信息

研究背景:智能手机的普及给我们带来便利的同时也带来很大的安全风险,大学生作为手机的重度依赖者,走路时使用手机已经随处可见。步行时使用手机作为一项典型的双任务,会增加注意力需求,导致认知分散,情境意识降低,增加意外风险,对步态性能造成影响。在日常学习和生活中,涉及双重任务约束的运动技能学习对大学生更加具有挑战性,所以对于大学生来说具备执行双任务的能力变得越来越重要。研究目的:本文的研究目的是比较大学生在正常行走和使用手机打电话行走、发短信行走和浏览网页行走时的步态变化特征,旨在探讨视觉、听觉、视觉和精细运动技能三种不同类型的双重任务对大学生步态的影响,发现年轻人在执行不同类型的双任务时会如何执行步态,为年轻人双任务步行提出针对性的步行策略建议,以及为一些临床疾病患者的康复训练提供重要的理论依据。研究方法:本研究共招募16名身体健康的普通大学生,其中男生8名、女生8名,使用10台采样频率为200Hz的Qualisys红外运动捕捉镜头、1台高速摄像机和1台采集频率2000Hz的Kistler三维测力台同步采集行走过程中运动学、动力学的数据。实验任务:1)正常行走;2)使用手机发短信行走;3)使用手机打电话行走;4)使用手机浏览网页行走,要求受试者完成四种任务时行走过长8米的走道,实验任务随机进行,每个任务采集三次有效数据,共计12次有效数据。数据处理:通过Visual3D软件构建人体运动模型,对步态阶段进行划分,根据需要导出运动学和动力学数据。采用SPSS23.0分别对正常行走和三种不同手机任务行走的步态参数、关节角度、关节力矩等数据进行重复测量方差分析,对性别之间的差异进行组间比较。最后使用Origin2017绘图软件对正常行走和三种手机使用任务行走的关节运动角度和垂直地面反作用力绘制图形。研究结果:(1)与正常行走相比,使用手机行走时步行速度显著降低,具体表现为,发短信行走降低37%、浏览网页行走降低28%、打电话行走降低21%,步长和步幅缩短、步宽增加、步频降低以及步行时间变长,在不同手机任务中发短信行走的影响最大,打电话行走影响最小。(2)男生使用手机行走在第一次双支撑期、左脚单侧支撑期、第二次双支撑期和左脚摆动期的时间均显著增加,女生使用手机行走在第一次双支撑期和左脚摆动期时间显著增加,在不同手机任务中发短信行走的影响最大,男生和女生的差异并不具有统计学意义。(3)与正常行走相比,男生和女生使用手机行走在左脚跟第一次着地时刻髋关节屈曲角度显著减小,膝关节伸展角度增加,男生踝关节背屈角度减小,女生趾屈角度减小,踝关节男生髋关节角度的变化显著小于女生;使用手机浏览网页和发短信行走在左脚尖离地时刻髋关节伸展角度显著增加,踝关节趾屈角度显著减小;髋关节和膝关节的最大伸展角度显著增加,髋关节最大屈曲角度减小,踝关节最大背屈角度和最小跖屈角度都显著增加。(4)与正常行走相比,使用手机行走时身体重心移动距离增大,在男生组中,浏览网页行走时身体重心移动距离最大;在女生组中,在发短信行走时身体重心移动距离最大,男生的身体重心移动距离普遍高于女生,但是在发短信行走时低于女生。(5)与正常行走相比,男生和女生使用手机行走在右脚尖离地时刻髋关节屈曲力矩减小,膝关节和踝关节力矩也都呈现出下降的趋势,在不同手机任务中发短信行走影响最大,打电话行走影响最小;男生和女生使用手机发短信行走和浏览网页行走在右脚跟着地时刻和左脚尖离地时刻左髋关节力矩和膝关节力矩显著减小,但是踝关节力矩在右脚跟着地时刻增加,在左脚尖离地时刻显著减小。(6)男生和女生使用手机行走时地面垂直反作用的第一次峰值和第二次峰值显著降低,男生在第一次峰值和第二次峰值时不同手机任务之间均不存在显著性差异,女生在第二次峰值时,使用手机发短信行走和浏览网页行走的影响最大,男生和女生使用手机发短信和浏览网页行走谷值均显著增加。研究结论:在步行时执行手机任务会增加受试者的注意力需求,对步态表现造成显著的干扰,步态表现的改变可能是因为自身为了保持稳定而做出的适应;年轻人在双任务步行过程中会改变下肢关节运动模式,着地时的缓冲力和离地时的蹬伸力都会减小;在步行双任务时占用视觉器官和精细运动技能的任务对年轻人步态的干扰最大;男生和女生在步行执行双任务时采取的步行策略存在部分差异;步行时执行双任务年轻人具有很大的自主选择权,会根据不同类型的任务调整步行策略,在执行难度更大的认知任务时会采取较小的步长和步幅等谨慎行走的方式,来弥补双任务对自身稳定的影响。

关键词：手机双重任务大学生行走步态

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正常青年人行走步态的下肢关节动力学研究

正常青年人行走步态的下肢关节动力学研究

作者：李凯大连理工大学

学位级别：硕士

行走是最为常见的一种简单运动,却蕴含了大量人体生命系统信息。行走动作的步态分析不仅有助于人们了解正常步态的控制机理,还为异常步态的诊断与评价提供重要参考依据。步态的关节动力学参数,特别是关节力矩及功率可提供其它步态参数... 详细信息

行走是最为常见的一种简单运动,却蕴含了大量人体生命系统信息。行走动作的步态分析不仅有助于人们了解正常步态的控制机理,还为异常步态的诊断与评价提供重要参考依据。步态的关节动力学参数,特别是关节力矩及功率可提供其它步态参数所不能反映的信息,如关节与肢体间的关系以及肌力变化情况。基于国内尚无关节动力学相关研究的现状,本文对9名正常青年人行走步态的关节动力学参数进行计算,并获得下肢关节力矩三维分量及功率的特征曲线,得到以下结论:(1)现有技术水平下,关节动力学计算过程相对复杂,力台与影像数据需经过滤波、插值、坐标系变换、同步性变换等一系列操作方可得到关节力矩及功率数据。(2)关节力矩在矢状面、额状面内分量的曲线特征与相关研究中的曲线特征基本一致,但峰值有所差异。(3)关节力矩在水平面内分量的曲线形态与相关研究结果存在明显差别,主要是由于实验仪器采样频率过低造成。(4)关节功率曲线特征与相关研究中曲线特征相似,除Kp1、Kp2值偏小,曲线特征基本一致。

关键词：青年人行走步态关节力矩关节功率

躯干右倾者与正常者行走步态时间参数的差异性研究

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云南警官学院学报 2020年第3期 116-121页

作者：任璐邓宏明张晓宇中国刑事警察学院辽宁沈阳110854 内蒙古呼和浩特010070

借助Codamotion三维动作捕捉系统和Footscan足底压力分析系统,获取人体在行走过程中肩峰的运动情况,以及行走步态中各时间参数的变化信息。研究了青年男性中躯干右倾者与正常者在正常步速(1. 1m/s)下行走时步态时间参数的差异性,并通过K... 详细信息

借助Codamotion三维动作捕捉系统和Footscan足底压力分析系统,获取人体在行走过程中肩峰的运动情况,以及行走步态中各时间参数的变化信息。研究了青年男性中躯干右倾者与正常者在正常步速(1. 1m/s)下行走时步态时间参数的差异性,并通过K-means聚类算法计算单一差异性特征以及融合特征在识别躯干右倾者中所发挥的比重。结果表明:在青年男性中,躯干右倾者与正常者的行走步态时间参数,在单支撑相(左、右足)、双支撑相、摆动相占整个步态周期的百分比(左、右足)、右足M3 (第三跖骨区域)和M4 (第四跖骨区域)达到压力峰值的时间差上,存在显著差异。在这些具有差异性的参数特征上,通过左右足摆动相占整个步态周期的百分比,来识别躯干右倾者的准确率是最高的。

关键词：躯干右倾者正常者行走步态时间参数差异性研究

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六足机器人行走步态的协调控制

机电工程 2004年第4期21卷 8-10页

作者：韩建海赵书尚李济顺河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003

利用光电开关作为六足机器人步态检测传感器,使机器人能够按照三角步态进行行走。介绍了六足机器人三角步态的行走原理、步态调整方法和光电开关的硬件电路。

关键词：六足行走机器人行走步态协调控制硬件电路光电开关控制策略

一种新型四足起落架的行走步态规划与控制研究

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一种新型四足起落架的行走步态规划与控制研究

痉挛型脑瘫儿童水平地面行走步态特征的研究分析

第十二届多体动力学与控制暨第七届航天动力学与控制和第十五届全国分析力学联合学术会议

作者：孙浩尹乔之魏小辉陈帅南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室飞行器先进设计技术国防重点学科实验室

直升机作为垂直起降的飞行器,在地面上移动不方便,为了提高直升机在地面的移动能力,并能够二次再起飞,本文设计了一种新型四足起落架(图1),并针对新型四足起落架的结构特点进行了步态规划与控制研究。对其直线行走进行了步态规划设计,... 详细信息

直升机作为垂直起降的飞行器,在地面上移动不方便,为了提高直升机在地面的移动能力,并能够二次再起飞,本文设计了一种新型四足起落架(图1),并针对新型四足起落架的结构特点进行了步态规划与控制研究。对其直线行走进行了步态规划设计,给出了一个六拍的间歇行走步态,一侧两条腿分别迈步—重心移动—另一侧两条腿分别迈步—重心移动的步态周期。并在起落架支腿的工作空间内规划了支腿的足端轨迹,采用D-H法进行了运动学分析,给出了足端点在全局坐标系中的位置,并根据规划的足端轨迹求解了各关节变量,得到了两个作动筒的位移变量,以便于对新型四足起落架的行走采用位置控制策略。在动力学软件ADAMS中建立了行走动力学仿真模型,在MATLAB/Simulink中建立了起落架行走控制模型,通过ADAMS和MATLAB数据接口将行走动力学模型与控制模型进行联合仿真,对基于位置控制的行走步态进行了仿真。分析各液压缸所需推力曲线,设计的液压缸参数符合推力需求。其中新型四足起落架本身有两个缓冲器,在行走过程中地面载荷传递到缓冲器的载荷小于缓冲器气腔的初始弹簧力,缓冲器不会发生压缩,能够保证在行走过程中起落架结构参数固定。进行了单腿的步态空间试验和单腿行走试验,试验结果验证了所设计的液压缸驱动力满足要求,并且设计的基于位置的控制方法能够较好地按照规划的足端轨迹控制起落架进行行走运动(图2),验证了新型四足起落架具备行走能力。

关键词：四足起落架行走步态足端轨迹

来源： cnki会议评论

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医用生物力学 2021年第S1期36卷 476-476页

作者：袁侠王新沈阳体育学院运动人体科学学院沈阳112001 沈阳体育学院运动生物力学教研室沈阳112001

目的应用运动生物力学的方法对痉挛型脑瘫儿童异常步态的各项参数进行分析,找出步行障碍存在的机理。为寻求更有效的改善痉挛型脑瘫儿童行走功能的康复手段提供参考。方法采用美国Motion三维运动捕捉分析系统采集10名痉挛型脑瘫儿童水... 详细信息

目的应用运动生物力学的方法对痉挛型脑瘫儿童异常步态的各项参数进行分析,找出步行障碍存在的机理。为寻求更有效的改善痉挛型脑瘫儿童行走功能的康复手段提供参考。方法采用美国Motion三维运动捕捉分析系统采集10名痉挛型脑瘫儿童水平地面行走运动学参数。

关键词：痉挛型脑瘫行走功能康复手段运动生物力学运动学参数异常步态三维运动捕捉行走步态