步行中下肢关节动力学以及表面肌电的研究综述

步行是我们日常生活中最为普遍的运动,要想深入地了解这项运动,必须对行走过程中控制人体运动的关节力矩进行分析。单纯的运动学或动力学研究不能准确揭示出人体步态所蕴藏的生命信息,因此,从关节动力学角度结合表面肌电研究人体步态已成为当前研究的热点。通过多环节运动的动力学方法可对下肢关节动力学指标进行分析与探讨。目的：综述人体运动中下肢关节力矩、关节功率等关节动力学参数变化,以及肌电相关指标的变化。方法：检索PubMed和中国知网数据库中有关步行时下肢关节动力学的文章。英文检索词为Joint kinetics;Walking;sEMG,中文检索词为“关节动力学;步行;表面肌电。”结果与结论：目前对于人体步行中下肢关节动力学的研究：在研究指标上,单一指标的研究较多,多指标的综合研究不足。在研究对象上,针对青年人群和步行障碍患者的研究比较多,对老年人和儿童的相关报到较少。在研究内容上,针对背部负重行走的步态研究居多,对负重损伤的力学机制研究较少,在研究结果上,一些结论之间相互矛盾,负重影响人体步态的确切机制仍然模糊不清。     

基于动捕系统的机器人步态规划与实验研究

目的 针对机器人行走时髋关节高度与人体髋关节变化规律不相符的现象,提出一种模仿人类步行的步态规划方法,以增强机器人运动的拟人性,减少能耗损失,增强行走稳定性.方法 将动捕系统采集的人体步行数据进行递推平均滤波和savgol_filter函数预处理后得到人体步行样本;对人体步行样本进行几何缩放后生成机器人步行样本,从中提...     

人体水平步行步态的实验和分析

1981年我们进行了人体水平步行步态的实验。四个试验者中有一个是装有单铰假肢的截肢病人。采用电影摄影技术,试验者水平步行时的步态已被记录下来。在论文中,我们讨论了人体水平步行步态的实验和分析方法。考虑到人体步态的周期性,步态实验的数据可以表示成富里哀级数的形式。籍助电子计算机,我们依据自己的实验数据进行了人体水平步行步态分析。同时,将截肢病人的步态与正常人的步态进行了比较。     

基于惯性测量器件的无线步态分析平台

步态定量测量方法应用于许多领域,如临床医学、双足机器人控制等.采用惯性测量单元结合无线传感器网络建立了一个步态分析平台,将两个无线惯性测量单元传感器节点分别绑定在左右双侧脚踝,以同时采集双脚运动过程中的加速度和角速度信号,并将其通过无线方式发送到远程终端.通过模式识别、时间序列分析、阈值检测和零速修正等多种数据融合方法计算步态参数,并通过融合双足传感器数据得到双支撑相、双脚步行周期等重要的双足步态参数,其中双支撑相参数对人体日常动作的识别有重要意义.实验结果显示该研究具有较高的计算精度.     

减重平板步行训练对脑卒中患者步行能力的影响

目的研究减重平板步行训练方法（B卿）对脑卒中患者步行能力的影响。方法将60例脑卒中患者随机分为两组,治疗组采用减重平板步行训练,对照组进行传统步行训练（CGT）。30d后采用Fuugl—Meyer下肢运动量表进评估。结果治疗组患者步行能力显著提高,疗效明显优于对照组（P〈0．01）。结论减重步态治疗训练有利于较好提高脑卒中患者的步行能力。     

无侧摆关节型两足步行机器人转弯步态规划方法的研究

首先介绍了无侧摆关节型两足步行机器人的平衡方法，然后对这类两足步行机器人转弯运动的步态规划进行了详细研究，建立了转弯过程中２只脚不发生干涉的条件以及为维持步行稳定性对重心的约束条件，最后通过对ＮＡＩＷＲ－１两足步行机器人的转弯运动进行计算机仿真，证实了本文所提出的转弯步态规划方法的正确性。     

步态参数的测试

随着生物医学工程的发展，对人体步行过程中步态各参数的测试提出了越来越高的要求，本文着重介绍了目前国内外步态参数测试的各种方法，详细论述了作者采用微机新技术所设计的步态分析仪，测试结果表明，该仪器能实现实时测量人体步行过程中步态各参数，与传统的测试方法相比较，其各项指标都有较大的提高。     

基于再励学习的被动动态步行机器人

为了研究仿人、能量高效的双足机器人步行,研制了由MACCEPA(mechanically adjustable compliance and controllable equilibrium position actuator)柔性驱动器驱动的半被动双足机器人,并实现了其动力学仿真系统.提出一种基于再励学习的步行控制方法.该方法首先采用Q-学习方法学习机器人在理想环境中的稳定步行步态及其控制策略,然后将此步态和控制策略作为模糊优胜学习方法的参考步态和参考控制策略并在线学习模糊网络的优胜值参数.仿真结果表明: 利用学习训练的结果控制柔性驱动器在步行相转换时的动作,机器人可以实现稳定动态步行.     

基于Petri网模型控制的步行机器人的自由步态

为解决步行机器人在复杂环境下的运动问题 ,根据步行运动的特点 ,提出了单腿运动的 Petri网控制模型 ,又以5足步行机为例 ,建立了与其腿数相对应的多腿协调控制模型 ,并制定了相应的控制策略。在此基础上 ,重新提出了有关步行机器人自由步态的有关概念及其运动规划算法 ,定义了保持静稳定行走状态的运动条件和判断方法。最后对 5足步行机在平面不连续落足区内的跨沟运动进行了仿真。仿真结果表明 ,提出的运动控制模型和自由步态能够自动适应运动环境 ,实现离散地形下的步行运动     

人体质心波动与足迹特征的关系

本文对人体质心波动与形成足迹之间关系进行了分析，抽象出人体运动模型并建立步行运动的动力学过程，探讨了质心的波动对步态的影响，从理论上说明当前应用足迹动力形态检验技术的机理，将力学原理与足迹检验方法相结合，深化了足迹检验理论。     

基于强度Pareto进化算法的双足机器人步态规划

为了获得良好的双足机器人步行模式,提出了以步行过程中机器人的稳定性、移动性和能耗为目标的步态规划多目标优化方法.该方法基于倒立摆模型产生基本步态,并使用罚函数法和改进的强度Pareto进化算法(SPEA2)在可行域中求得基于基本步态的Pareto解集,从而找出最优解.最后在Matlab6.5仿真环境下进行步态仿真,并将...     

双足行走机器人步态轨迹规划

 通过对双足机器人行走过程中一些特殊点进行采样分析,对比人类自身行走步态的观察测量值,采用三次多项式插值来计算出双足行走机器人在行走过程中的行走轨迹,按人体比例设定参数,计算得出了1条比较光滑平稳的行走轨迹,使得机器人的行走姿态更像人类的行走.通过模拟测试,结果表明了用三次多项式插值方法是1种规划双足机器人行走步态的较好方法,而且得出的轨迹插值函数比较平滑.     

不同鞋跟高度对肥胖青年女性自然行走步态足底压力分布的影响

为确定肥胖青年女性穿不同鞋跟高度鞋自然行走时足底压力参数变化,运用实验法、文献资料等研究方法,通过Footscan足底压力解析系统对20名平均年龄在（20．1±1．02）岁的肥胖青年女性穿平底鞋和穿不同鞋跟高度鞋行走时的步态进行动力学测量与分析。结果表明：随着鞋跟高度的增加,肥胖青年女性在自然行走的过程中,足底第2跖骨和第3跖骨的峰值压力逐渐增大,足跟内侧和足跟外侧的峰值压力逐渐减小,压力中心轨迹在X轴方向上逐渐增加,在1,轴方向上逐渐减小。     

Computer optimization of a minimal biped model discovers walking and running

Although people's legs are capable of a broad range of muscle-use and gait patterns, they generally prefer just two. They walk, swinging their body over a relatively straight leg with each step, or run, bouncing up off a bent leg between aerial phases. Walking feels easiest when going slowly, and running feels easiest when going faster. More unusual gaits seem more tiring. Perhaps this is because walking and running use the least energy. Addressing this classic conjecture with experiments requires comparing walking and running with many other strange and unpractised gaits. As an alternative, a basic understanding of gait choice might be obtained by calculating energy cost by using mechanics-based models. Here we use a minimal model that can describe walking and running as well as an infinite variety of other gaits. We use computer optimization to find which gaits are indeed energetically optimal for this model. At low speeds the optimization discovers the classic inverted-pendulum walk, at high speeds it discovers a bouncing run, even without springs, and at intermediate speeds it finds a new pendular-running gait that includes walking and running as extreme cases.     

类圆规双足被动行走模型及其稳定性

研究一种两杆三质点类圆规双足被动行走模型,在行走模型上增加支撑脚横向和纵向两个自由度,以该模型为研究对象,求解被动动态行走步态,并分析其局部和全局稳定性.结果表明当模型的雅克比矩阵最大特征值在单位圆内且初始状态在吸引域内时,行走步态稳定.为理解双足行走的运动机理提供指导,同时也为设计稳定、高效的双足机器人提供分析思路.     

仿人机器人未知地面行走控制方法研究

介绍了一种仿人机器人未知地面行走的控制算法 .该算法通过踝关节六维力 \力矩传感器信息感知地面环境 ,确定步态参数 ,利用基于ZMP稳定判据的规划方法进行实时运动规划 ,实现机器人稳定行走 .     

Humanoid Robot 3 -D Motion Simulation for Hardware Realization

In this paper, three dimensions kinematics andkinetics simulation arc discussed for hardware realization ofa physical biped walking-chair robot. The direct and inverseclose-form kinematics solution of the biped walking-chairis deduced. Several gaits are realized with thekinematics solution, including walking straight on levelfloor, going up stair, squatting down and standing up. ZeroMoment Point(ZMP) equation is analyzed considering themovement of the crew. The simulated biped walking-chairrobot is used for mechanical design, gaits development andvalidation before they are tested on real robot.     

有躯干双足机器人被动行走及其稳定器

采用Matlab仿真的方式构建了一个简单的有躯干双足机器人模型,研究了该模型在斜坡上的被动行走,分析了模型步行的稳定性,并设计了一个全状态线性反馈步行稳定器.研究结果表明:无任何驱动器的有躯干双足机器人能够实现沿斜坡而下的被动行走,其步行方式有两种,但均不稳定;设计的全状态反馈稳定器能够较好地稳定模型的被动行走.     

被动行走周期性步态不动点搜索的新算法

为解决机器人被动行走研究中不动点搜索的时间和结果都依赖于初始值的问题,该文研究了形成周期性步态的充要条件,得到不动点处状态变量之间的约束关系,从而将搜索空间从二维降低为一维,并提出了一维空间中不动点搜索的新算法。该算法能在固定的搜索时间内一次性找到所有稳定和不稳定的周期性步态的不动点,而不需要进行初始值的选择。该文通过数值仿真验证了新算法的有效性。     

新型轮腿式机器人研究

设计与研制了一种新型小尺寸、轻体重、多用途的轮腿式机器人,集中了腿式机器人地形适应性强和轮式机器人机动速度高的优点,可在复杂地形条件下以多种行进步态和运动方式完成特殊的机动任务.开发了上位机人机交互系统和基于ARM的嵌入式运动控制系统,实现了多轴伺服运动控制技术,在控制、反馈各环节之间以及机器人视觉系统中采用了无线数据通信方式,实现了机器人的远程遥控.并辅助以超声波探测器阵列,用多传感器信息融合技术配以实时避障算法和数字图像处理技术实现了机器人的自主运动及探测.仿真分析和原理样机实测表明,该机器人具有良好的越野行驶能力和稳定可靠的探测性能,为进一步研究小型多用途机器人理论和实践奠定了基础.