上、下楼梯步态参数变化特征研究

目的采集上、下楼梯过程中健康人体下肢运动学、动力学功能参数,为外骨骼助行器实现上、下楼梯这一运动形式的步态轨迹设计和驱动元件选型提供数据支持。方法设计常规楼梯实验装置,利用三维运动捕捉系统和三维测力台系统同步测量方法测量上、下楼梯时踝、膝、髋关节运动信息,应用SPSS统计软件和Origin绘图软件分析下肢运动特点,并对比分析上、下楼梯时下肢的功能参数。结果通过实验获得健康青年人在上、下楼梯时下肢关节在矢状面关节角度、关节力矩随步态变化规律及活动极限值,上楼时踝、膝、髋关节角度依次为-10.66°-13.26°、6.85°-88.92°、1.31°-50.18°,下楼时踝、膝、髋关节角度依次为-37.42°-27.18°、9.83°-95.53°、8.01°-31.62°。上、下楼梯时所需最大踝、膝、髋关节力矩依次为1.788、1.121和0.946 N·m/kg。结论上、下楼梯时人体下肢步态参数随步态变化趋势与关节运动范围显著不同。助行器步态规划要针对上、下楼梯单独设计,驱动元件的选型上要满足上、下楼梯时各关节的最大力矩需求。

楼梯行走足底压力与表面肌电参数研究

目的探究上下楼梯时的足底压力和表面肌电参数,为动力式助行器足部结构设计、动力元件选型和安装位置分布提供理论支撑。方法招募10名健康男性青年进行楼梯行走,利用运动捕捉系统、足底压力系统和表面肌电系统采集足底压力的峰值压强、压力中心轨迹（COP轨迹）和各块下肢肌肉的肌电参数。结果与平地行走相比,楼梯行走时站立相时间占整个步态周期的百分比增大;上楼时前足部分峰值压强增大,下楼时足趾区域的峰值压强减小;楼梯行走时,股直肌、股二头肌、内外侧腓肠肌对人体稳定性起主要作用。结论在设计动力式助行器足部结构时应充分考虑足底压力的分布情况,选择动力式助行器动力元件的安装位置和型号时应考虑主要肌肉的作用。