基于牛顿-欧拉动力学方程的人体下肢动力学分析

目的建立人体下肢动力学方程,求解不同步态下关节部位的运动学参数与动力学参数。方法应用牛顿-欧拉动力学方程建立人体下肢两杆动力学方程。根据实验者的人体参数计算得出方程中的人体大、小腿的长度、质量、质心位置以及转动惯量,通过Vicon三维运动采集设备,对人体下肢不同速度步态下的运动学参数进行采集,得出了各种步态下髋、膝关节的关节角度随时间变化曲线图。将角度数据、足底压力数据及下肢模型所需参数带入方程中,通过Matlab软件进行编程计算。将计算结果与ADAMS人体步态仿真结果进行力矩峰值的比较,验证了所建立方程的正确性。结果求解计算出了不同步态下髋、膝关节的力矩。结论通过建立动力学方程求解关节力矩,实现了关节下肢力矩在不同步态下的精确求解,为外骨骼的关节力矩设定提供了依据。