本文關(guān)鍵詞：樓梯行走下肢生物力學特性研究

  更多相關(guān)文章： 樓梯行走 表面肌電信號 足底壓力 步態(tài)分析

【摘要】：擬人行走裝置可以提升肢體殘疾人、老年人等弱勢群體的運動能力,該類裝置的結(jié)構(gòu)設計、行走步態(tài)規(guī)劃、平衡能力控制、智能化實現(xiàn)等已經(jīng)成為眾多學者關(guān)注的焦點,對各種環(huán)境的適應性也是其重要性能之一。隨著城市化進程加劇,樓梯行走已經(jīng)成為人們普遍的活動形式,擬人行走裝置樓梯行走步態(tài)規(guī)劃、動作控制問題也應得到關(guān)注。本文利用表面肌電信號、足底壓力及步態(tài)分析手段探究樓梯行走時下肢步態(tài)和肌肉力學特性,旨在為提高擬人行走裝置的環(huán)境適應性提供理論基礎。本研究以健康青年男性為研究對象,在試驗用樓梯上完成上、下樓梯行走試驗,并將平地行走試驗作為對照組,采集行走過程中時-空參數(shù)、動力學參數(shù)及運動學參數(shù),應用SPSS和ORIGIN軟件對所得參數(shù)進行統(tǒng)計、篩選、分析,繪制功能參數(shù)一時間曲線,得出一些量化結(jié)果,對上下樓梯同平地行走三種路況下表面肌電參數(shù)、足底壓力參數(shù)進行單因素方差分析,揭示樓梯行走與平地行走的差異。通過行走試驗和理論分析,本文得出以下主要結(jié)論:對上、下樓梯時人體下肢時空參數(shù)、關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)力矩、地面支反力等運動學與動力學參數(shù)分析得出上、下樓梯時髖、膝、踝三個關(guān)節(jié)運動規(guī)律;對比得出下樓比上樓需要更長的雙支撐時間和更大的關(guān)節(jié)運動范圍來完成行走,上樓需要較大的踝關(guān)節(jié)背屈力矩,下樓需要較大的膝關(guān)節(jié)屈曲力矩,兩路況所需髖關(guān)節(jié)力矩相差不多;上、下樓梯時地面支反力均呈雙峰型,兩路況下各時相身體重心加速度變化情況不同。通過樓梯行走足底壓力參數(shù)隨步態(tài)變化曲線分析得出上、下樓梯功能參數(shù)隨步態(tài)變化規(guī)律;上、下樓梯與平地三種路況行走足底壓力參數(shù)組間與組內(nèi)分析得出:樓梯行走時足部初始觸地位置為跖骨區(qū)域,不同于平地行走的足跟先著地的行走姿勢引起足弓區(qū)域壓力壓強顯著增大、前足雙峰型壓力、壓強時間曲線,平地行走為單峰型曲線,承重期X-COP左右擺動強烈、Y-COP在前足區(qū)域擺動激烈。上、下樓梯時單側(cè)下肢肌肉原始表面肌電信號圖得出各時相肌肉激活規(guī)律:上樓時肌肉發(fā)力時序為先后側(cè)肌肉,其次為小腿前側(cè)肌肉,最后為大腿前側(cè)肌肉,下樓時肌肉發(fā)力時序為先脛骨前肌及內(nèi)側(cè)腓腸肌、后側(cè)其余肌肉、前側(cè)其余肌肉;上、下樓梯、平地三路況表面肌電信號參數(shù)對比得出:樓梯行走下肢肌肉激活程度顯著大于平地行走時。以上研究結(jié)果可以用于指導上、下樓梯步態(tài)軌跡的規(guī)劃,為關(guān)節(jié)驅(qū)動裝置的選型提供基礎依據(jù),并通過足底壓力的合理控制提高擬人行走裝置的平衡控制,為上、下樓梯時關(guān)節(jié)運動的精細化控制提出指導意見,最終提高擬人行走裝置在樓梯這一路況下行走的平穩(wěn)性、可靠性。
【關(guān)鍵詞】：樓梯行走 表面肌電信號 足底壓力 步態(tài)分析
【學位授予單位】：天津科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R318.01;TH789
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 前言9-16
• 1.1 課題來源及研究背景9-10
• 1.2 人體下肢運動生物力學研究動態(tài)10-13
• 1.2.1 關(guān)于運動生物力學應用現(xiàn)狀的研究10-12
• 1.2.2 關(guān)于生物力學研究方法的研究12-13
• 1.2.3 與樓梯行走相關(guān)的基礎研究13
• 1.3 現(xiàn)有研究中存在局限性13-14
• 1.4 研究目的及意義14-15
• 1.5 研究內(nèi)容及框架結(jié)構(gòu)15-16
• 2 運動生物力學測量技術(shù)及步態(tài)分析概述16-26
• 2.1 測量系統(tǒng)及步態(tài)分析簡介16-20
• 2.1.1 運動捕捉技術(shù)的發(fā)展及VICON設備簡介16-17
• 2.1.2 足底壓力測量系統(tǒng)概述及鞋墊、力板系統(tǒng)簡介17-19
• 2.1.3 肌電圖測量技術(shù)發(fā)展及表面肌電遙測系統(tǒng)簡介19-20
• 2.2 步態(tài)分析基本概念介紹20-26
• 2.2.1 關(guān)節(jié)運動平面20-21
• 2.2.2 上下樓梯步態(tài)周期劃分21-22
• 2.2.3 步態(tài)分析的功能參數(shù)22-24
• 2.2.4 動力學參數(shù)24-25
• 2.2.5 ACOF與UCOF25-26
• 3 研究方案26-33
• 3.1 研究的技術(shù)路線26-27
• 3.2 試驗方案27-30
• 3.2.1 受試者及測試肌肉選取27-28
• 3.2.2 試驗環(huán)境搭建28-29
• 3.2.3 試驗過程29-30
• 3.3 數(shù)據(jù)處理及分析方法30-33
• 3.3.1 原始數(shù)據(jù)預處理30-32
• 3.3.2 研究方法分析32-33
• 4 上下樓梯運動學及動力學參數(shù)分析33-45
• 4.1 時-空步態(tài)參數(shù)分析33
• 4.2 運動學參數(shù)分析33-38
• 4.2.1 踝關(guān)節(jié)角度-時間變化特征34-35
• 4.2.2 膝關(guān)節(jié)角度-時間變化特征35-36
• 4.2.3 髖關(guān)節(jié)角度-時間變化特征36-37
• 4.2.4 上下樓梯最大關(guān)節(jié)角度對比分析37-38
• 4.3 動力學參數(shù)分析38-44
• 4.3.1 上下樓梯過程中臺階測力臺力值分析38-41
• 4.3.2 踝、膝、髖關(guān)節(jié)力矩變化分析41-44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 5 上下樓梯表面肌電及足底壓力參數(shù)隨步態(tài)變化分析45-63
• 5.1 足底壓力功能參數(shù)特征分析45-54
• 5.1.1 壓力發(fā)生時序及作用時間45-46
• 5.1.2 峰值壓強46-52
• 5.1.3 壓力中心軌跡52-54
• 5.2 表面肌電參數(shù)分析54-62
• 5.2.1 下肢肌肉激活時序分析54-58
• 5.2.2 平均幅值分析58-60
• 5.2.3 峰值分析60-61
• 5.2.4 肌電積分分析61-62
• 5.3 本章小結(jié)62-63
• 6 總結(jié)與展望63-66
• 6.1 研究主要完成工作63
• 6.2 研究創(chuàng)新點63-64
• 6.3 研究結(jié)果64
• 6.4 研究應用前景64-65
• 6.5 后期研究開展方向65-66
• 7 參考文獻66-72
• 8 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文情況72-73
• 9 致謝73-74
• 附錄74

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐春錦;;樓梯設計若干問題分析和建議[J];鋼鐵技術(shù);2004年05期

2 曉楓;樓梯:奢華中尋求個性[J];建筑裝飾材料世界;2005年01期

3 喬景順;李紀周;;樓梯設計方法的改進[J];天中學刊;2006年02期

4 謝菊明;;樓梯設計方法初探[J];南方建筑;2006年09期

5 唐濤;;6款特色鮮明的樓梯[J];建材與裝修情報;2007年05期

6 王秀珍;;房屋建筑學樓梯教學探索及研究[J];高等建筑教育;2007年04期

7 史長勝;侯震東;朱峻松;;樓梯設計做法的改進與質(zhì)量通病的消除[J];科技信息(科學教研);2008年21期

8 周武平;;建筑樓梯設計探討[J];民營科技;2011年01期

9 熊曉麗;陳s，

本文編號：633575