基于人體運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和ZMP的大腿肌無(wú)力老年人步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展,人類老齡化、空巢化現(xiàn)象日益增多,老年人的身體狀況逐漸成為了社會(huì)關(guān)注的重要問題之一。下肢肌力流失會(huì)影響人體的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性,行走時(shí)靈活程度下降,肌肉強(qiáng)度以及控制能力不斷減退,嚴(yán)重影響老年人的日?；顒?dòng)。目前有關(guān)人體跌倒的研究多是采用實(shí)驗(yàn)的方法,可以通過(guò)腰部佩戴傳感器進(jìn)行跌倒識(shí)別,國(guó)內(nèi)外又研發(fā)出下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)構(gòu),這對(duì)老年人起到了一定的保護(hù)作用。
　　不同于這些穩(wěn)定支撐的裝置,步行的穩(wěn)定性一直是困擾老年人正常行走的因素,尤其是

2、針對(duì)下肢肌力不足的老年人的動(dòng)態(tài)步行,對(duì)穩(wěn)定性提出了很高的要求。除了研究一些防跌倒機(jī)構(gòu),對(duì)人體的步態(tài)規(guī)劃也是非常關(guān)鍵的。因此本文通過(guò)分析類人形機(jī)器人如何動(dòng)態(tài)穩(wěn)定行走,對(duì)大腿肌無(wú)力老年人的步態(tài)規(guī)劃也進(jìn)行了研究:
　　1.對(duì)人體的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模進(jìn)行了討論。采用廣義坐標(biāo)法對(duì)人體的前向和側(cè)向平面都進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)建模,目的是在人體正常行走時(shí)得出下肢各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況以及各個(gè)肢體的運(yùn)動(dòng)位姿;采用Lagrange方程對(duì)人體的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了分析,

3、目的是得出人體下肢各關(guān)節(jié)的作用力和力矩,為后續(xù)的步態(tài)規(guī)劃做好了準(zhǔn)備。
　　2.以ZMP為穩(wěn)定性判據(jù),對(duì)大腿肌無(wú)力老年人的動(dòng)態(tài)步行進(jìn)行了合理性的規(guī)劃。對(duì)人體行走的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,推算得出ZMP的理論公式,并對(duì)人體的自身行走提出了一些假設(shè)和限定了一些約束條件。采用基于三次樣條插值函數(shù)的五點(diǎn)式規(guī)劃法對(duì)人體的步長(zhǎng)、步行周期等參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì),并針對(duì)一些情況實(shí)時(shí)地調(diào)整參數(shù),從而得到適應(yīng)性和靈活性的步態(tài)。
　　3.采用計(jì)算力矩控制的方法通