基于3维动作捕捉的下肢骨折术后步态分析

通过3维动作捕捉系统,采集患者的大腿、小腿、脚部的运动数据,导入到软件中进行步态分析,从而得到患者步态的时空参数和运动学参数.通过试验分析发现:患者的步长变化明显,并且手术后的患肢着地时间低于正常人标准,这说明患者术后没有完全恢复正常步态.通过这些参数的分析,定量分析患者和正常人的差距,有助于医师评估患者的康复状态,从而评定康复强度,制定后续的康复方案.     

基于图象技术的三维步态运动测量

提出一种三维步态运动测量方法，并介绍一个由作者开发的测量系统．该系统基于图象处理和机器视觉技术．人的步态运动学测量包括图象采集、摄象机校准、关节标志检测、空间标志中心的三维坐标重建、运动学参数和图形的计算和输出．该实验系统具有实施成本低、通用性好、测量精度高的特点．     

正常人髌骨RSA运动参数偏最小二乘法建模

中国人膝关节的相关参数不完备,特别是缺少正常中国人膝关节的相关参数。线立体图像分析(RSA)结合有限元的方法是获得膝关节运动参数的有效方法。本文根据所得参数,运用偏最小二乘回归分析方法,建立了膝关节运动参数间的关系,解决多因变量对多自变量的问题。     

基于对角步态下的液压4足机器人能耗研究

移动能耗是液压4足机器人的一项重要性能指标,因此,对不同步态参数下液压4足机器人的移动能耗分析研究具有重要意义. 文中对液压4足机器人进行运动学和动力学建模,利用运动学和动力学模型,根据机构的几何关系得到液压缸运动状态. 规划了摆线函数和三次曲线函数在对角步态下的足端轨迹,对比分析了两种足端轨迹的能量消耗,着重研究了不同步幅、步高、入地角度、周期大小、约束角度以及斜坡角度对移动能耗的影响. 研究结果表明,综合考虑系统的稳定性、冲击力以及速度要求,应选择相对较大的步幅、较大的周期以及较小的入地角度,在满足跨越障碍的情况下,应选择低步高,对整个周期能耗进行考虑,应选择约束入地角度.      

三维惯性传感参数表征下的行人混合步态分类

在行人步态分类研究领域中,传统的基于微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)惯性传感器技术的步态分类方法侧重于对行人单一步态模式进行区分,忽略了两个单一步态模式之间的过渡步态模式,从而降低了行人行走过程中走、跑、停等混合步态的分类精度,还会在时间上造成缺失,进而造成行人航迹推算产生不可估量的定位误差.从人体运动学角度出发分析了行人步态特点,同时利用9轴MEMS惯性传感器采集了行人步态原始数据并对其进行剖析,设定了人体三维惯性传感参数,以供后续分类算法使用.为了进一步提高整体混合步态的分类精度,针对朴素贝叶斯算法对相反过渡步态模式区分精度不高的问题,在其基础上通过加窗判断前后两个步态的连续性,完成了行人混合步态的最终分类.验证结果表明,和传统的样本熵与小波能量相结合方法相比,提出的三维惯性传感参数表征下的行人混合步态分类方法,不仅能区分出行人混合步态中的多种单一步态模式和多种过渡步态模式,同时整体分类精度提高了14.46%,从而有效证明了该方法在行人步态分类领域具有良好的理论价值和应用价值.     

基于差分进化算法下肢康复机构的优化设计

文章针对基于运动轨迹的单自由度下肢康复机器人存在的足部踏板速度突变问题，提出一种平面连杆机构尺度综合的优化方法。对下肢康复机构进行运动学分析，建立正逆解的数学模型，构建机构的凸轮曲线与足部轨迹的运动学关系；采用差分进化算法对下肢康复机构进行尺度综合分析，通过构造优化目标函数优化模型中的各参数，得到一组机构参数的最优解。优化结果表明，采用差分进化算法优化后，可以降低下肢康复机构足部踏板的速度突变，提高装置的稳定性，同时保证足部步态轨迹与正常步态轨迹基本重合。研究结果表明，该优化方法可以为下肢偏瘫患者提供科学的康复训练轨迹，有助于其康复训练。最后，文章提出一种基于层次分析法(analytic hierarchy process, AHP)的下肢功能康复评估指标体系，并建立一种以综合指标为基础的评估方法，该指标能够真实地反映患者在康复过程中的训练效率，使康复训练方式的选择更加科学、高效，更好地满足患者的康复需求。     

单自由度可调下肢康复机器人机构优化设计

为帮助下肢功能障碍患者完成步态康复训练,设计了一种新型下肢康复机器人机构,提出了机构尺度优化综合方法.首先,以一个两自由度平面五杆机构为基本机构,通过逆运动学分析建立五杆机构两个输入之间的函数关系,并以曲柄匀速转动为优化目标进行机构尺度综合;然后,在此机构的基础上引入一凸轮-连杆函数生成机构,通过逆运动学分析与机构尺度综合求解并优化凸轮廓线,实现了五杆机构两个输入之间的函数关系,并减少了机构自由度;最后,在此基础上引入一缩放机构,实现机构轨迹可调.以运动捕捉实验获取的正常人体步态轨迹为目标轨迹,进行机构优化设计,结果表明:优化所得机构在匀速电机驱动下能够很好地模拟正常人体步态轨迹与髋、膝关节运动规律,从而验证了机构与优化方法的有效性.     

下肢外骨骼矫形器运动学分析

基于减重步行训练原理,研究下肢外骨骼矫形器康复系统.针对下肢康复训练机器人不存在固定基座,利用常规的方法进行运动学分析较困难的问题,引入参考坐标系的坐标变换矩阵,建立下肢康复训练机器人运动学模型,推导出步行训练机器人正逆运动学公式.最后规划步态轨迹,利用ADAMS软件进行运动学仿真和双腿外骨骼矫形器样机试验,验证了运动学模型及其推导公式的正确性.     

基于膝关节角度测量装置的脑卒中偏瘫患者步态分析

为探究脑卒中偏瘫患者异常步态和膝关节角度的关系，文章对8名患者和6名正常人的步态参数进行研究。利用自行研制的膝关节角度测量装置采集偏瘫患者和正常人步行时下肢膝关节角度，分析对比2组参数的差异；在此基础上提出膝关节角度测量装置与低频脉冲电刺激仪相结合的方法改善脑卒中偏瘫患者的异常步态。参数分析结果表明，患者步态异常的主要原因是患侧肢体进行屈膝动作时膝关节会出现痉挛状态，表现为患者膝关节角度动态变化曲线不平滑，膝关节角度活动范围和步速小于正常人，部分患者具有膝过伸的现象；患者康复训练结果表明，膝关节角度测量装置不仅可以用于步态分析，还可与其他装置结合用于异常步态的康复和痉挛等级评估。     

基于视频标记的四足动物运动重建方法

文章针对四足动物的运动源数据获取困难的问题,引入简单易用的步态概念,提出一种基于视频标记的四足动物运动重建方法。从视频中标记原始步态信息,并对步态进行形式化描述,进而估算出当前步态的速度信息;从视频中标记原始骨架关键节点,对四足动物的骨架模型进行三维重建;基于步态参数和骨架结构,恢复四足动物的足尖运动轨迹;通过反向运动学方法求解四足动物的腿部运动信息,并近似模拟躯干、头、尾运动,最终重建全身运动。实验证明,该文方法可以快速有效地辅助用户重建视频中四足动物的运动数据,且其重建结果具有一定的视觉真实感。     

人体步态分析与负重外骨骼机器人的动力学仿真

分析和识别穿戴者的步态信息,指导负重外骨骼机器人的机械结构设计,使其能够和穿戴者协调同步行走。设计仿人体下肢生物平台,利用传感器系统实时反馈人的步态数据,设计与建立步态数据库,在ADAMS中建立三维离线式仿真系统,结合步态的运动学数据,进行动力学分析,为机械结构的设计和驱动单元的选型提供了理论依据和数据支持。通过负重外骨骼机器人的穿戴测试,表明机械结构设计合理,可以真实反映关节转矩的变化。     

齿轮连杆机构的通用运动分析算法及程序设计

以型转化理论为依据,将其拓广于齿轮连杆机构的运动分析中。给出了齿轮连杆机构型转化单元数学模型及通用运动分析算法。开发了一个通用运动分析程序ＫＡＧＬ,解决了齿轮连杆机构分析过程中高级杆组求解困难、方法不通用且繁杂等问题,实现了含Ｐ副、复铰及高副的齿轮连杆机构从结构分解到运动分析全过程的自动求解。     

齿轮连杆机构的通用运动分析算法及程序设计

以型转化理论为依据, 将其拓广于齿轮连杆机构的运动分析中。给出了齿轮连杆机构型转化单元数学模型及通用运动分析算法。开发了一个通用运动分析程序ＫＡＧＬ, 解决了齿轮连杆机构分析过程中高级杆组求解困难、方法不通用且繁杂等问题, 实现了含Ｐ副、复铰及高副的齿轮连杆机构从结构分解到运动分析全过程的自动求解。     

平面铰链四杆机构的运动几何学模型

以微分几何学为基础，提出了平面铰链四杆机构的运动几何学模型．对于众多类型的平面四杆机构的运动几何学问题，只需求解最简单的基本机构的位移方程；然后通过角度参量变换模式，便可求得运动几何学参数，为其应用及动态仿真软件的编制提供了理论依据．     

基于影响系数的并联机器人机构运动分析

从单开链 (SOC)入手 ,应用矢量的矩阵表示方法 ,引出了一阶转动及移动、二阶转动及移动影响系数的概念 ,并合并得出了一阶、二阶运动影响系数的表达式 ,该表达式与机构的运动参数无关 ,只与机构的位形有关 ,从而使速度分析、加速度分析能以极简单的显式表达 ,不需任何求导过程 ;进而根据单开链(SOC)与并联机构的联系 ,通过各支路运动输入与输出之间的关系 ,取其只与主动副有关的方程 ,最终得出了并联机构对应于广义坐标的一阶、二阶运动影响系数 ,为并联机器人机构的运动分析奠定了理论基础     

基于过程神经网络的步态模式自动分类

为克服步态辨识中特征向量法存在的步态特征难于提取、计算量大和算法复杂等局限,提出一种基于过程神经网络的步态模式自动分类综合方案.为感知人体步态,在测试者下肢安装加速度传感器来采集步行过程中的时序运动学信息.采用巴特沃斯滤波处理并将其拟合为时变函数直接输入到过程神经网络,利用其对任意连续泛函的逼近能力来实现对不同步态模式...     

液压四足机器人关键步态参数优化

针对四足液压仿生机器人walk步态中足端轨迹规划问题,提出了通过优化步高和步长这两个关键步态参数来提高机器人行走稳定性的方法。通过聚合交叉的方法进行实验设计,用速度和步长及仿真得到的评价函数值进行三维曲面拟合,用速度截取所拟合的曲面得到不同速度下的最优步长。较优的步高确定采用二分法。步高和步长的优化效果用评价函数和Adams仿真进行验证,其中评价函数的构造充分考虑了表征机器人机身姿态平稳性的多组参数;四足机器人行走的仿真实验表明使用所述方法优化后的步态参数进行足端轨迹规划,得到的机器人静步态具有优异的运动性能表现。      

扩展Euclid算法及其在RSA中的应用

RSA以大数因子分解困难性为基础,目前广泛使用的是公钥密码体制.Euclid算法和扩展Euclid算法是求解RSA公钥、私钥的最普遍算法.对IEEE P1363中的扩展Euclid算法进行了改进,消除了扩展Euclid算法中负数的运算,从而减少了RSA占用的计算资源.     

RSA算法缺陷分析

作者在详细介绍RSA算法的基本原理、计算方法和应用技术的基础上,通过几个应用实例,对RAS算法存在的缺陷进行了深入的剖析,并提出了有效的解决方法。