人體下肢運動力學分析與建模.pdf

1、研制下肢假肢是為了改善殘疾人的生活質(zhì)量和促進醫(yī)療福利事業(yè)的發(fā)展，同時智能假肢也是機器人學和生物醫(yī)學工程領域深受關注的研究方向。智能下肢假肢通過檢測穿戴者的運動狀態(tài)來控制假肢運動，從而提高步態(tài)的靈活性、協(xié)調(diào)性和安全性。我國下肢殘疾者人數(shù)眾多，國內(nèi)在智能下肢假肢的研究水平上也明顯落后于歐美發(fā)達國家，因此為肢體殘疾人提供性能優(yōu)良、價格低廉的假肢器械是殘疾人事業(yè)發(fā)展的重要任務。
　　 人體下肢運動分析和建模是研究假肢的重要內(nèi)容，本文緊密

2、圍繞國家自然科學基金資助項目“膝上假肢的運動力學信息獲取與多運動模式控制方法研究(60705010)”，主要做了以下幾個方面的工作：
　　 建立人體下肢運動生物力學信息獲取系統(tǒng)，利用表面電極獲取下肢運動肌電信號；利用多軸加速度傳感器來檢測大腿和小腿的傾角，獲取肢體的姿態(tài)以及膝關節(jié)角度和角速度；下肢的腳與地面之間接觸狀態(tài)和作用力等信息采用足底安裝壓力傳感器的方式檢測。
　　 根據(jù)人體的結構和運動學的分析，建立人體下肢運動數(shù)

3、學模型。比較動力學建模中通常采用的拉格朗日法、牛頓-歐拉法等的優(yōu)缺點，選用拉格朗日建模方法，從系統(tǒng)能量角度出發(fā)構建人體下肢的動力學模型，并進行動力學分析，得到關節(jié)力矩。
　　 基于Matlab/SimMechanics仿真工具箱人體下肢運動系統(tǒng)建模，選取了平地行走、上坡、上階梯三種不同的運動模式，每種運動模式下分為擺動期和支撐期兩個階段，建立相應的模型，以各關節(jié)的角位移、角速度、角加速度為輸入，仿真得到各種運動模式下髖關節(jié)和膝關

4、節(jié)力矩。在平地行走模式下，將求解拉格朗日方程所得到的關節(jié)力矩與Matlab/SimMechanics建模仿真所得的力矩進行比較，兩者基本吻合，證明了建立的模型比較合理。
　　 運用數(shù)學統(tǒng)計方法對下肢運動參數(shù)進行分析，首先應用新閾值消噪方法對肌電信號進行消噪處理，用平均值法提取特征向量，利用回歸分析的方法研究表面肌電信號與關節(jié)力矩之間的關系，通過數(shù)據(jù)分析，表明關節(jié)力矩與表面肌電信號近似成線性關系，在此基礎上得出了關節(jié)力矩與表面肌電