基于足底压力传感器的能耗建模实验研究

考察足底特殊解剖学结构部位压力传感器的压力数据以及衍生变量，分析其与人体运动速度以及能耗之间的相关关系，并建立回归模型．选取20名健康男性大学生志愿者，以不同速度在跑台上行走，每一速度测量时间至少6min，测量每一速度下2min的足底压力数据以及稳定状态下2min的能耗数据．整个足底压力的峰值以及峰值斜率，足底第三趾跖关节处的压力峰值以及峰值斜率与运动速度以及能耗具有较高程度的线性相关关系．足底压力峰值斜率是估算人体行走速度以及能耗的比较敏感的指标．     

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。     

支持向量机在不同性别人群足底压力分析识别中的应用

研究不同性别人群足底压力分布对性别进行分析识别,利用足底压力步态分析系统对20名男性和20名女性正常行走的足底压力分布数据进行测量,提取足底各区压强峰值特征,使用支持向量机对不同性别人群的足底压强峰值进行训练并进行验证。结果表明:利用支持向量机对左足、右足及左右足的足底压强峰值特征建立的数学模型对性别具有较好的分析识别能力,识别正确率在80%以上,为利用犯罪嫌疑人足迹所反映的步态特征分析性别提供了实验依据。     

不同年龄健康人平地行走时足底压力对比分析

针对年龄因素对成年人平地自然行走时足底压力的影响进行研究.采用三维测力台系统,对20名不同年龄段的健康成年人在平地自然行走时的地面反力进行数据采集,经归一化处理后得到足底压力在前后、左右、竖直3个方向上的力-时间曲线图,运用统计学方法对步态特征量进行统计分析,把不同年龄段人平地自然行走时的足底压力分布进行对比分析.结果表明,不同年龄段人在平地自然行走时的足底压力分布存在一定程度上的差异性:老年组在竖直方向和前后方向上的步态时间参量要小于青年组,这可能是由于老年人行走时步长较小,使得身体重心经过髋关节的时刻要早于青年人.     

不同跟高的增高鞋垫对人体足底压力和稳定极限的影响研究

在足迹检验过程中,常遇到嫌疑人伪装作案鞋的情况,其中穿着增高鞋垫升高鞋跟高度,使鞋底压痕不完全同于真实情况是其中一种。由于基层技术人员的时间、经验不足等主客观原因,不真实的步法特征非但无法提供有价值的线索,还会误导侦查。针对这种情况,通过使用Footscan足底压力测试系统与Novel鞋垫系统统计30名某公安院校学员穿运动鞋及穿有增高鞋垫的运动鞋行走时的压力参数,比较二者在足底7个分区的压力分布、峰值压强、冲量、足底压力中心、接触时间以及稳定极限,说明穿用增高鞋垫前后机体在足底压力分布和稳定极限上的差异。以此为精确刻画嫌疑人特点提供途径,为公安机关侦查破案提供帮助。     

不同速度下功能性踝关节不稳者步态前后对比分析

以9例患有单侧功能性踝关节不稳(FAI)的体育学院男学生为研究对象,采用Zebris足底压力测量系统,研究两种速度下FAI步态参数差异,建立功能性踝关节不稳者评价体系.用SPSS非参数检验常速与慢速行走的受伤侧、非受伤侧、双侧的步态参数并进行分析.研究发现:未受伤侧均对受伤侧有代偿作用,双侧行走时的步宽在两种行走速度中与受伤时均有较大差异.     

足底压力分布年龄差异分析

目的:通过对不同年龄段人群行走时足底压力分布的记录和分析,解释步态特征的年龄差异本质,为足迹年龄分析提供科学依据。方法:利用FOOTSCAN足底压力分析系统采集20、30、40、50四个年龄段人群的足底压力数据,并进行比较。结果:通过对数据的观察分析发现,足底各区压强作用时间和大小伴随年龄的推移发生规律性改变。结论:科学实验证明行走步态特征的年龄差异确实存在,并且变化规律能够为足迹年龄分析的方法提供依据。     

一种行走辅助型下肢外骨骼的设计与实现

使用体重支撑的方式可以提高行走辅助外骨骼穿戴的舒适性,设计以棘轮棘爪组合机构为核心的单向离合装置来减轻设备重量。通过对步态的分析,以转矩模式下的PID电流控制为内环,增加了足底压力传感和座椅传感构成的外环反馈控制,实现智能化的人机交互过程。最终实现外骨骼重量12.5 kg,站立时辅助支撑约10 kg,行走中平均辅助支撑约3 kg,续航时间大于2小时。     

6～7岁肥胖儿童自然行走时的步态与足底压力分析

运用实验法、数理统计等研究方法,通过二维测力平板(Foot scan 7.0 USB2 gait system)和高速摄像机(Fastec Imaging)对东北师范大学附属小学32名6~7岁小学生平地自然行走时的足底压力与步态特征进行测量与分析,探究肥胖儿童与体质量正常儿童自然行走时的相关参数指标的差异情况。结果表明,肥胖儿童步态周期、双支撑时间、步宽明显大于体质量正常儿童,而体质量正常儿童摆动时间、足放平时间、单步长和相对步长明显大于肥胖儿童。肥胖儿童与体质量正常儿童足底各区域峰值压强、冲量值从大到小的顺序存在差异,压力中心轨迹在X轴方向上摆动范围较大,在Y轴方向上摆动范围较小,左右足的步向角大于体质量正常儿童,而足跟着地角小于体质量正常儿童,应引起社会各界的关注与重视。     

在跑台上以不同的速度和坡度慢跑时足底压力分布的性别比较

旨在探讨在跑台上以不同的速度和坡度跑步时足底压力分布的性别差异,采用Medilogic Insole Measurement足底压力测试系统(德国)测量足底各区的压强峰值及接触时间等足底压力参数。受试者男女各18名。跑台速度设定为:1男生:2.5 m/s、3.3 m/s和3.8 m/s;2女生:2.2 m/s、2.5 m/s和3.3 m/s。男女坡度相同,均为0%、5%和10%。首先,跑台的坡度设为0%,受试者先以2.5 m/s的速度跑步,继而速度渐进,再换以不同的坡度完成实验;女生初始速度为2.2 m/s。1当速度为2.5 m/s时,男女两性足底各区域的压强峰值均随着坡度的增加而增加,在足跟区、足前区及足内侧区的性别差异非常显著(P0.01);2速度为3.3 m/s时,男性足底压强峰值仍与坡度成正比,而女性足底各区域压强峰值的变化却不太明显。同时,除在足跟区、足前区及足内侧区的性别差异非常显著外(P0.01),在坡度为5%与10%之间时足外侧区的性别差异显著(P0.05);3在2.5 m/s和3.3m/s时,足前区、足内侧区及足外侧区的接触时间均有非常显著的性别差异(P0.01),且女性足底各区域接触时间的变化率较男生大;当速度为3.3 m/s时随着坡度的升高,其接触时间的变化率更大,而男性在这两个速度下的时间变化不太明显。另外,在速度为3.3 m/s,坡度为10%时,男女两性在足跟区的接触时间差异显著(P0.05)。结论:1当速度为2.5 m/s时,足跟区、足前区及足内侧区均存在显著的性别差异。当速度为3.3 m/s时,女性足底各区域压强峰值的变化不太明显;2当速度为2.5 m/s和3.3 m/s时,足前区、足内侧区及足外侧区的接触时间均存在着非常显著的性别差异。女性足底各区域接触时间的变化率较男性大。通过对不同的速度和坡度跑步时男女两性足底压力分布的性别差异,可能为不同性别运动损伤的预防提供参考。     

人体背部负重对坡道行走步态的影响

为了研究背部负重对于坡道行走步态的影响并分析受试者面临的滑倒危险性,4名健康受试者先后在10°斜坡上完成了不负重上坡和下坡、负重上坡和下坡条件下的试验。每人在每种条件下都进行3次试验。通过步态分析系统得到步态周期、步长、摆动相所占比例、脚跟触地时小腿角度和所需最大摩擦因数等步态参数,并且进行了统计分析。试验结果表明:负重后所需最大摩擦因数没有增大,而是明显减小;受试者在负重后会自动调节步态参数,从而降低所需最大摩擦因数,减小滑倒的危险;不同的受试者,由于行走习惯和肌肉强度等生理条件不同,在同样的环境中和同样的负重条件下面临的滑倒危险不相同。     

负载横移扰动下人体步态频率变化特性

为了研究人体行走时适应负载横向动态干扰的机制,从而设计可靠的穿戴式机器人辅助策略,提出采用基于双自由度受迫振动模型构建人-负载耦合系统。基于机械振动原理分析人-负载耦合系统特性,给出不同行走频率对人和负载位移的影响,提出人体通过调节行走频率适应负载横移扰动影响的假设;搭建负载横向动态干扰人体行走实验平台,获得实验对象无负重行走以及负载横向扰动下的肌肉协同特征及腿部激励频率,并与仿真结果进行对比分析。实验结果表明：负载横移扰动下人体行走是一个适应性调整并最后进入动态稳定的过程。其中,在负重情况下的人体上肢躯干摆动幅度比无负重情况下摆动增幅大60%,人体通过调整行走频率以及相关肌群肌肉协同策略来减少负载横向动态干扰带来的上肢躯干摆动影响。在负重情况下,不同行走速度的步态频率均趋向于人-负载耦合系统的固有频率,设定常速频率与固有频率相同,慢速下行走到达稳态时腿部激励频率上升4.30%,快速下腿部激励频率下降2.71%,负重下的行走控制策略与无负重下的行走控制策略相比发生了改变,以适应负载横移扰动带来的影响。     

人体足底受力测试及其分析

研究人体在不同条件下左右脚的受力和所受压力的平衡情况.采用Kistler测力鞋垫,选择部分军人和学生进行轻载和负重条件下的行军、跑步、跳跃等项目的测试;利用pedar-mobile分析系统,对采集的足底力学数据进行分析;对人体足底的受力向脚踝简化并进行分析计算.在行军、跑步时人体双脚的受力和所受压力基本平衡,而在跳跃时非常不平衡,但经过训练后可以得到明显改善.该研究对于科学培训空降兵、运动员的落地位姿及人体足部着地造成的损伤机理研究具有重要意义.     

蹦床运动员基本技术动作的足底压力分布研究

以上海市蹦床队11名一线运动员为研究对象,通过视频与足底压力同步测试的研究方法,对蹦床运动员的预跳和5个蹦床项目最基本的技术动作进行测试,获取蹦床运动员在完成测试动作过程中的足底压力数据,通过统计学方法对数据进行整理与分析,并结合蹦床运动特点来分析和讨论蹦床运动员在完成不同类型基本技术动作过程中足底压力的分布的特点及触网起跳过程足底压力分布的一般规律。研究结果显示蹦床运动员在完成不同类型的技术动作触网阶段技术动作相同。在触网过程中受试者足底压力表现为足第五趾骨区和足跟区压强峰值最高。蹦床运动员压力中心在水平方向表现在压网阶段压力中心相对稳定,起网阶段偏移明显,影响起网阶段压力中心偏移的主要原因是蹬伸时刻双足用力不均衡。     

青年与中年人赤足行走足底压力参数的比较

运用Footscan足底压力步态分析系统,采集青年人、中年人赤足行走足-地接触动态图像数据,比较分析足底不同区域压力分布及压力中心（COP）轨迹线形态特点与变化规律。结果表明,青年人与中年人足底各部位压强排列顺序比较稳定,反映出足部生理结构的相对稳定性;中年组除五跖外各部位的压强呈现明显下降趋势,而足底各部位与地面的接触时间、接触面积呈现明显增加趋势,反映出中年人五跖利用率提高,而运动机能逐渐退化、行走速度变慢,足部控制与身体平衡能力降低;二者COP轨迹线坐标变量具有较好的稳定性,中年人平均COP轨迹线分布范围变小,整体形态趋于平缓,曲线曲率减小并向一条直线靠拢,反映出中年人行走更平稳,身体摆动及重心波动小。     

25～27岁肥胖男青年自然行走时足底压力分析

为探究肥胖男青年与体质量正常青年自然行走时足底压力参数变化情况,以东北某大学非体育专业25~27岁16名男性研究生为研究对象,其中肥胖男青年8人为肥胖组,体质量正常男青年8人为对照组,运用实验法、文献资料等研究方法,通过二维测力平板(Foot scan 7 USB2 gait system)对自然行走时的步态进行了动力学测量与分析。结果表明:肥胖男青年自然行走时足部的最后离地区域是第2~5趾骨,而体质量正常男青年是第1趾骨;肥胖男青年在足弓部位的接触时间明显早于体质量正常男青年,离地时间却晚于体质量正常男青年;肥胖男青年第5跖骨压强、足弓压强、足跟接触面积、足弓压强负荷率、足弓外侧压强负荷率和足弓冲量明显大于体质量正常男青年;而体质量正常男青年第1趾骨压强、第1趾骨冲量、足跟内侧压强负荷率明显大于肥胖男青年;肥胖男青年足底特定区域的最大峰值压强、压强负荷率、冲量、接触面积与体质量、脂肪占身体的质量分数呈显著正相关。     

书包重量对小学生身体姿态的影响

为探究不同书包重量(指总质量)对小学生身体姿态的影响,选取416名小学生为调查对象,进行书包重量的问卷调查,并随机选取36名小学生分别背负0%BW(body weight,体质量)、10%BW、15%BW重量的书包进行自然行走,利用Simi°Motion 7.5运动解析系统提取受试者的身体姿态指标,并利用重复测量方差分析讨论不同负重下小学生的身体姿态差异.结果显示:7～12岁年龄段的小学生身高、体质量、书包的重量随着年龄的增长呈现出显著性变化,由于增长幅度存在差异,9岁男生及8～10岁女生的书包负担更大;身体姿态随着书包负荷的增大而产生显著性变化,当书包重量大于体质量的10%时,部分身体姿态就开始发生明显的变化;当书包的重量大于体质量的15%时,身体姿态均发生显著性变化.因此,建议将小学生书包重量控制在体质量的10%以内,尤其是10～12岁小学生.     

人机携行外骨骼系统行走过程动力学分析

为研究人机携行外骨骼系统行走过程中各关节的力矩,以人机携行外骨骼系统为研究对象,对负重行走过程进行动力学分析,用光学捕捉系统采集人机携行外骨骼系统负重30 kg,不同行走速度下的试验数据.以SINESQR函数为基函数,通过MATLAB平台对试验数据进行拟合,得到各特征角的运动方程.利用达朗贝尔原理建立各关节的力矩方程,通过MATLAB平台进行分析计算,得到在负重30 kg,行走速度为3、4.8、6 km/h下各关节力矩随时间的变化.研究结果为后续人机携行外骨骼系统质心平衡研究提供了理论基础.     

基于Footscan足底压力步态分析系统的足迹动力形态特征研究

目的研究人体行走过程中足迹动力形态特征及步法特征中各类特征的可靠性及对特征价值进行评析。方法以步态分析技术与足迹检验理论和方法为基础,运用先进的Footscan足底压力步态分析系统,对动力形态特征形成的不同时期足底与承受客体相互间的作用过程和作用方式进行定量的研究。结果利用Footscan系统对足迹动力形态特征的研究方...     

糖尿病人群自然步态下足底压力分布研究

为研究糖尿病和足病患者足底压力变化的特征和差异,采用鞋垫式足底压力检测系统测量了自然步态下糖尿病非足病患者(DM,n=83)和糖尿病足病患者(DF,n=32)的足底压力.分析发现,与健康对照组(NC,n=55)相比,DM、DF组的冲量百分比和峰值压力主要在第二至第五跖骨区(M2—M5)有所升高,多数足区增幅分别在50%～80%和60%～100%之间,明显向前足跖骨区转移;DF组在足跟中部(HC)、足跟外侧(HL)的冲量百分比降幅为15%～30%.与DM组相比,DF组冲量百分比和峰值压力在中足区(MF)均有所升高.对于包络压力中心点95%椭圆置信面积,NC组DM组DF组.研究糖尿病人群足底压力特征,有助于加强对糖尿病足的临床预防和鞋垫设计.