25～27岁肥胖青年男性自然行走步态运动学分析

运用实验法、文献资料法和数理统计等研究方法，通过艾利尔录像解析系统对东北师范大学非体育专业25—27岁16名研究生进行自然行走时的步态测试，目的在于揭示肥胖青年和体重正常青年在自然行走过程中足底各分区着地时双支撑时期、单只撑时相、足放平的时间、步长、步宽以及不同着地时期髋、膝、踝关节角度等参数哪些存在差异部分，哪些存在着一致部分。探究运动学各项主要参数与脂肪、脂肪含量、身高、年龄等的相关性。结果表明，肥胖男青年双支撑时相、双支撑时相百分比、足放平的时间均比体质量正常男青年长，步宽比正常男青年宽，且与体质量、肥胖程度呈显著正相关，而步态周期、支撑时相与正常男青年基本一致。但肥胖青年的单只撑时相、步长均小于正常青年，且与体质量、肥胖程度呈显著负相关。足跟着地瞬间，踝关节的角度明显大于正常青年，膝关节角度明显小于正常青年，且与体质量、肥胖程度呈显著正相关。足趾离地时，肥胖青年髋关节角度大于正常青年。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

蹬痕形成和变化的生物力学基础研究

目的蹬痕是起足阶段的主体痕迹,全面了解和掌握其形成过程和机理以及特征变化规律是深入挖掘足迹信息的前提,也是准确进行足迹分析的重要保障。方法利用足底压力测量系统采集人体平地自然行走时足-地相互作用的时间、空间和力学参数,对足与地面接触的全过程进行量化分析,对蹬痕形态特征进行直观观察和比较研究。结果不同年龄人群由于生理机能和运动能力等差异,起足动作、蹬痕反映均有明显差异。结论通过综合分析蹬痕形成过程足-地相互作用的生物力学参数和足迹步态特征,有助于正确理解和应用蹬痕分析年龄等人体自然条件,为侦查提供更加准确的方向。     

股骨头坏死运动员术后步态与足底压力研究

中国体操是夺金大项,但由于训练量和个人体质等原因,体操运动员损伤很多,尤其是髋关节损伤。分析异常步态形成的原因,为康复评定提供依据是目前该领域的研究热点。观察患侧股骨头坏死的退役运动员一例,进行步态与足底压力测试,对比手术后10年的步态与正常人步态。并进行双侧赤脚拄拐与不拄拐的对比分析,分析异常步态形成的原因,为康复评定提供依据。研究对象为退役体操运动员一例。实验采用OPTPJUMP步态分析系统及Zebris测力板,分别进行赤脚拄拐与不拄拐的步态实验。实验铺设两米的步道,两侧为OPT-PJUMP步态分析系统采集装置,采集赤脚不拄拐与拄拐的步态实验数据,采集两组数据。足底压力实验采用Zebris测力板,受试者赤脚不拄拐和拄拐行走,分别使患侧足和健侧足踏在测力板上一次,采集患侧足和健侧足数据各两组。受试者实验数据表明,受试者支撑时相大于正常人,摆动时相小于正常人;受试者步长平均为54.25cm,介于正常人的50-70cm之间;患侧拄拐与不拄拐前后峰值变化差异大,健侧拄拐与不拄拐前后峰值差异不大;足底压力中心轨迹曲线两侧赤脚时从后跟至脚前段二三跖骨再转向第一趾。     

负载型四足步行平台静步态行走虚拟模型控制

为实现负载型四足步行平台静步态柔顺行走,减小控制方法的复杂程度,提出了一种基于机体虚拟模型的步行平台静步态行走控制方法。将平台静步态行走控制分为支撑阶段足端力的求解、摆动腿的运动控制及机体运动控制三部分。对于静步态行走支撑阶段中存在的三足及四足支撑阶段,分别在平台整体受力分析基础上,通过添加相应的约束条件,实现了其各方向的力可控。通过在摆动腿足端实际位置与理想位置之间添加虚拟的弹簧阻尼元件实现了足端轨迹跟踪准确性及足端着地时的柔顺性。通过在机体实际位置及期望位置之间添加相应的虚拟弹簧阻尼元件,结合平台机体轨迹规划实现其静步态行走。并通过机动平台平地及爬越台阶静步态行走仿真验证了控制算法的有效性。     

基于多特征融合的复杂路况步态识别方法

为了满足盲道草地等复杂路况下对步态相位进行识别的需求,提出了一种多特征融合的步态识别方法。首先搭建了包括Peadr-x分布式足底压力鞋垫和姿态采集装置的多特征信息采集的软硬件系统,并用该系统获取足底压力信号和大腿角度信号。其次,取足底平均压力、压力中心点(COP)和大腿角度信息作特征。最后用有向无环图支持向量机(DAG SVM)的方法识别五个相位的步态特征:支撑前期、支撑中期、支撑后期、摆动前期、摆动中期、摆动后期。实验证明在复杂路况下该方法对步态相位的识别率可以达到93%以上。     

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.     

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.     

青年人自然行走过程中起落脚位置特征

为研究青年人自然行走过程中起落脚位置特征及其在步态分析中的作用,采集了57名18～24岁的青年男性穿着同种实验鞋10次自然行走的足底压力数据,计算步态运动过程中落脚与起脚相对位置描述参数以及压力中心轨迹线在冠状面上的变化幅度,并测量实验鞋穿用两个月后前后边缘磨损最重点的位置,最后对实验所得数据进行分析。结果表明,同一人多次行走过程中,起落脚相对位置无显著差异;且起落脚位置与鞋底前后边缘磨损最重点位置以及压力中心轨迹线在冠状面上的变化幅度之间均存在相关关系。可见,青年人自然行走状态下,落脚与起脚相对位置有较好的稳定性;鞋底前后边缘磨损最重点位置能够反映受试人员起落脚的位置;起落脚位置偏内的人步态运动过程相对更加平稳。     

基于虚拟模型的四足机器人控制策略

为提高四足机器人在对角小跑(Trot)步态下的行走稳定性,并减小控制策略的复杂程度,提出了一种基于虚拟模型的四足机器人控制策略;将四足机器人控制策略分为支撑相及机身运动控制、摆动腿相运动控制及足端轨迹规划三部分;在Trot步态下行走时支撑相中存在的前后对角支撑足,在分析四足机器人支撑足受力情况后,并添加相关的约束条件,实现了四足机器人足端力及力矩可控;并通过在四足机器人机身的质心位置添加相应的虚拟弹簧阻尼组件,实现了四足机器人姿态和高度控制;通过在摆动腿足端实际位置与环境之间添加虚拟的弹簧阻尼组件并结合足端轨迹规划实现了四足机器人柔顺行走以及足端轨迹跟踪精确性;通过Matlab和CoppeliaSim建立联合对比仿真验证了控制策略的有效性和优越性。     

足底驱动截瘫助行的仿真研究

为了研究足底驱动助行方式运用于截瘫患者着地行走中的可行性,该文分析了足底驱动式辅具相比于髋-膝关节驱动式助行辅具在行走训练中的优势。研究通过仿真、对比分析和实验验证的方法,对正常行走步态和早期康复患者存在的滑步步态进行了关节角度变化分析,论证以滑步步态为依据设置足底驱动助行辅具的可行性;建立了正常步态和滑行步态的运动学模型,采用足底驱动方式虽使整体的运动复杂性增加,但同时将允许髋关节实现更多的活动模式;对正常步态和滑行步态的驱动力矩进行了评估,表明滑行步态所需要的驱动力更小,符合早期康复患者的移动特征。采用足底驱动式助行策略的辅具在适应截瘫患者差异性步态方面较髋-膝关节驱动式助行存在较佳效果,因此将提高辅具的易用性和适配性,应可视为下肢功能较弱或康复进度不理想患者的另外一种可供选择的助行方式。     

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。     

改进的谱特征和足底边缘距离的步态识别

针对足底压力分布一般呈非线性变化,使用压力点特征来描述步态信息的鲁棒性不高、很难取得较好的应用效果,提出一种改进的谱特征与足底边缘距离特征相结合的静态触觉步态识别方法.该方法首先对压力测试板采集的裸脚静止足底压力图像进行预处理,包括提取关键帧数据、分区域等;其次,将Laplace谱特征、足跟部和脚前掌部分边缘轮廓到整足的几何中心点的欧式距离以及整足的几何中心点坐标作为最终的识别特征;最后,利用一对一的支持向量机(SVM)对30人的步态数据进行步态识别实验,以左、右脚都正确识别作为最终的识别结果,实验结果表明该方法能取得较高的识别率.     

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。     

基于速度矢量的6足机器人三角间歇步态规划与分析

为提高大惯量6足机器人行走的稳定性与连续性,提出了基于速度矢量的三角间歇步态.该步态以三角间歇步态为基础,统一映射平动与转动速度矢量为绕旋转中心转动,达到6足机器人全方向行走且速度平滑切换的目的.首先,由旋转中心理论计算中心坐标,在足端工作空间约束下计算最大旋转速度;其次,对摆动相采用足端0冲击摆线轨迹规划,支撑相采用增量式轨迹规划以便于编程计算连续运动指令实现变速度矢量运动;最后,在虚拟样机和物理模型上进行不同步态的对比实验.结果表明采用基于速度矢量的三角间歇步态晃动幅度与方差最小,提出的方法可保证大惯量6足机器人连续稳定的全方位运动.