基于虚拟样机技术的四足机器人静态稳定步态规划

针对现有技术文献中广泛使用的多种静态稳定步态中速度稳定性与稳定裕度不可兼得的通病,在随动质心的静态步态基础上,利用参数化坐标变换矩阵方法规划出一种四足机器人前进过程中质心以曲线轨迹移动的静态步态方法,使该步态方法以连续性速度运动的过程中保证一定稳定裕度;通过D-H法求得四足机器人的逆运动学坐标变换矩阵,分别在三维空间中对四足机器人的四组足端轨迹方程进行规划,并带入MATLAB软件后以逆运动学方程计算出关节夹角驱动方程,利用步态规划图求出机器人四条腿各自对应的夹角驱动方程以及机体质心轨迹方程;最后在MSC.ADAMS软件中建立四足机器人虚拟样机并对规划的步态进行虚拟仿真,仿真结果验证了该步态对提升四足机器人对于速度连续性以及稳定裕度的提升。

前交叉韧带重建患者步行时患侧腿部肌肉协同特征与步态稳定性的相关性

背景:现有研究初步总结了前交叉韧带重建患者步行时患侧腿肌肉活动与步态稳定性的潜在关联,然而存在观测肌肉类别不全、观测步行动作阶段不完整、未考量多块肌肉间协同作用等问题,亟待进一步完善该研究。目的:监测前交叉韧带重建患者步行时患侧腿部肌肉协同信息,分析肌肉协同信息与步态稳定性的关联。方法:招募24例男性前交叉韧带重建患者,年龄(21.66±4.09)岁,采集受试者步行时患肢的肌电数据与压力中心数据,采用非负矩阵分解算法提取患肢的肌肉协同元参与数量、肌肉协同元峰值激活用时及肌肉相对权重指标,并与压力中心指标进行相关性分析。结果与结论:①累计解析出6类肌肉协同元参与步行活动,其中肌肉协同元参与数量与患者步态压力中心横向位移距离、横向位移速度无显著相关性。在肌肉协同元峰值激活用时方面,主导步态承重反应期的协同元3峰值激活用时与患者步态压力中心横向位移距离、横向位移速度均呈显著负相关(r=-0.413,P=0.045;r=-0.470,P=0.020),其余类型协同元的峰值激活用时与患者步态稳定性指标无显著相关性。在肌肉相对权重方面,主导步态承重反应期的协同元1的股直肌与患者步态压力中心横向位移距离、横向位移速度均呈显著负相关(r=-0.592,P=0.005;r=-0.529,P=0.014);主导承重反应期的协同元3的股二头肌的相对权重与患者步态压力中心横向位移距离呈显著负相关(r=-0.428,P=0.037)。②结果表明,前交叉韧带重建患者的中枢系统会系统调节步行时患肢肌肉协同活动以提升步态稳定性,具体表现为:延长主导承重反应期肌肉协同元激活时间,增强股四头肌的激活程度,以增强患侧腿落地时膝关节离心收缩控制能力,提升膝关节稳定性;增强承重反应期股二头肌激活程度,以增加患侧腿落地时膝关节屈曲程度,增强下肢落地缓冲功能。

高跟鞋全掌中底硬度对青年女性行走过程中步态特征与稳定性的影响

为了减少长期穿着高跟鞋对女性足部健康产生的不利影响,研究选取40名青年女性穿着3双不同全掌中底硬度的高跟鞋,采用Footscan^(R)足底压力测量系统与RSscan^(R)测力台同步使用,对其自然行走时步态周期、足底压力中心轨迹以及峰值压力、峰值压强、压强-时间积分等足底动力学特征进行测试。结果显示:随着全掌中底硬度的降低,前掌着地时间变长,全掌着地时间变短,足部外翻程度明显减小,内翻程度明显变大。较低的中底硬度具有良好的缓冲性能和保护性能。研究对于提升高跟鞋穿着稳定性及舒适性具有重要的参考价值,可为制鞋行业在高跟鞋中底材质的选择与研发方面提供科学可靠的理论支持。

人体下肢多体动力学仿真和步态稳定性实验研究

人体下肢是人进行步行运动的主要工具,下肢的肌肉骨骼系统是步行的执行机构,正常的下肢功能保证了人们的日常活动;下肢损伤会引起人们运动障碍,下肢运动障碍康复者虽然具有行走的能力,但是其稳定性和平衡性较差。本文着眼于人体下肢,总结并阐述了人体下肢多体动力学仿真以及步态稳定性的实验研究进展,展望了其发展趋势,旨在为临床康复治疗及康复设备的设计与开发提供帮助与数据支持。

基于改进Transforme r-Encoder模型的常见神经退行性疾病步态稳定性分析与研究

常见的神经退行性疾病(NDDs)包括帕金森病(PD)、肌萎缩侧索硬化症(ALS)和亨廷顿舞蹈症(HD),患者因运动神经元退化会导致步态稳定性异常变化。对患者步态信息进行有效分析,有利于评价神经退行性疾病对步态稳定性的影响。本文通过对公开的NDDs步态信号数据集中的步态时间特征进行统计学分析,得出ALS对步态稳定性影响最大,HD次之,PD影响最小的结论。此外,本文基于改进Transforme r-Encoder模型对不同NDDs病情进行分类,以更精准地识别不同类型的神经退行性疾病从而辅助医生进行针对性治疗。为验证方法的有效性,在具有病情标签的NDDs数据集上使用该模型进行分类测试,该模型对ALS、PD、HD的识别准确率分别为94.25%、97.76%、97.33%。

姿势控制联合功能性电刺激对脑卒中偏瘫足下垂步态稳定性及步行能力的影响

目的 研究姿势控制联合功能性电刺激对脑卒中足下垂患者步态稳定性及步行能力的影响。方法 选择2022年1月~2023年8月浙江省玉环市人民医院收治的脑卒中足下垂患者90例,按照随机数字表法分为常规组和电刺激组,每组45例。常规组给予包括神经肌肉电刺激、针灸以及患肢综合训练等常规对症治疗;电刺激组给予姿势控制联合功能性电刺激治疗,即先评估步态和姿势,确定需要改进的关键区域,再给予静态和动态姿势训练,8周内训练时间由每次5~10分钟延长至20~30分钟,并在此基础上使用功能性电刺激治疗仪对偏瘫侧下肢部位的股二头肌、胫骨前肌、腓肠肌及股四头肌的运动点给予电刺激治疗,30min/次,1次/d;并外将躯干、膝关节以及踝关节等部位固定在肢体智能反馈训练系统仪器上训练,每次20分钟,1次/d。两组每周治疗6天,持续治疗8周。比较两组下肢运动功能(FMA评分)、足下垂步态稳定性指标(步频、步幅、步宽、足偏角)、步行能力(FAC评分)、日常生活能力(MBI评分)和生活质量(GQOL-74评分)。结果 治疗后,电刺激组下肢FMA评分、步频、步幅、FAC评分、MBI评分及GQOL-74各项评分均较常规组高,而步宽、足偏角均较常规组低(P<0.05或P<0.01)。结论 姿势控制联合功能性电刺激可改善脑卒中足下垂步态稳定性,促进步行能力恢复,改善下肢运动功能,提升日常生活能力及生活质量。

仿人机器人实时稳定的步态产生

仿人机器人和双足机器人相比有头、躯干和两臂,因此步行模式的产生更加复杂。讨论了一种实时产生稳定的腿部、手臂和躯干运动的方法。在径向平面的腿部运动必需满足ZMP点的X轴位置有最大的稳定裕度,与此类似,横向平面的腿运动必需满足ZMP点的Y轴位置有最大的稳定裕度。手臂和躯干的运动是由Z轴力矩平衡产生的。我们的方法已经通过仿真结果得到了验证。

教学型双足步行机器人直线行走步态稳定规划方法

通过对双足机器人行走步态的研究,利用多项式插值法对双足机器人直线行走步态进行规划,分析了踝关节轨迹和髋关节轨迹,通过调节单腿支撑期和双腿支撑期的比例系数来调整机器人的行走步态,使其实现稳定步行。再通过ADAMS建立虚拟样机仿真实验,验证了这种步态规划方法的正确性与可行性。

基于弹簧—质量模型的仿袋鼠跳跃机器人步态稳定性研究

根据袋鼠跳跃运动的特点,建立了仿袋鼠机器人的弹簧—质量模型.采用拉格朗日法通过线性化近似分析建立了其动力学方程,并对其进行了着地阶段径向与横向运动分析.根据步态运动稳定性的条件,研究了仿袋鼠跳跃机器人顶点反射映像函数、固定点的存在性及其稳定性,获得了仿袋鼠机器人在跳跃过程中满足步态稳定性的各个参数的取值范围,以及各参数之间关系的显式表达式.最后,通过实例证明了采用线性化近似分析的有效性,并获得了仿袋鼠机器人稳定跳跃时各参数之间的变化关系.

BP神经网络在拟人机器人步态稳定性中的应用

步态稳定是拟人机器人行走研究中的重要课题。介绍了零力矩点与稳定行走的关系,并假设机器人脚底装有力传感器。采用BP神经网络建立拟人机器人步态稳定的模型,仿真结果表明该方法简单易行,能够提高机器人步态稳定的实时性。

老年行动模拟服在步态稳定性研究中的应用

老年行动模拟服是医护人员和设计师在教学中培养学生对老年人共情能力的常用装置,为定量分析其在步态稳定性研究中对老年人平衡能力的模拟效果,选定14名年轻女性和7名老年女性作为受试者,利用足底压力步态分析系统采集年轻人、穿着模拟服的年轻人和老年受试者的姿势平衡数据和步态数据。分别利用配对样本T检验和独立样本T检验分析年轻受试者穿着模拟服前后以及老年受试者的平衡能力。结果表明:老年行动模拟服可模拟人体运动和感知系统的衰退,降低人体的姿势平衡和步态稳定性;穿着老年模拟服的年轻人可模拟老年人的姿势平衡保持能力,反映步行期间的平衡表现。

皮内针联合综合康复治疗对脑卒中后足下垂患者运动功能和步态稳定性的影响

目的探究皮内针联合综合康复治疗在脑卒中后足下垂患者中的应用效果.方法选取我院2021年1月—2022年4月收治的80例脑卒中后足下垂患者为研究对象,按照随机数字表法分为观察组40例和对照组40例.对照组采用综合康复治疗,观察组在此基础上采用皮内针治疗.对比两组患者的临床疗效、运动功能、平衡能力及步态相关参数.结果观察组的治疗总有效率为97.50%,高于对照组的80.00%,差异有统计学意义(P<0.05).治疗后,观察组的Fugl-Meyer运动功能评定量表评分及Berg平衡量表评分均高于对照组,组间差异有统计学意义(P<0.05).治疗后,观察组的各项步态相关参数均优于对照组,组间差异有统计学意义(P<0.05).结论脑卒中后足下垂患者采用皮内针联合综合康复治疗效果显著,可改善运动功能和平衡能力,提高步态稳定性,值得进一步推广使用.

一种基于加速度信号的步态稳定性研究

目的通过不同工况下头部和腰部的加速度信号分析人体步态稳定性,与质心(center of mass,COM)-压力中心(center of pressure, COP)法进行对比,探讨应用可穿戴设备进行步态稳定性分析的可靠性。方法应用基于加速度信号的谐波比(harmonic ratio, HR)参数分析18名健康青年人在3种工况下(穿鞋自然行走、裸足自然行走、不同步速裸足行走)的行走稳定性,并与COM-COP法的评估结果比较。结果自然步速下步态最稳定,此时HR最大;裸足比穿鞋行走时HR显著减小(P<0.05),步态稳定性降低。该结果与COM-COP法分析结果一致。综合步速和穿鞋影响因素,基于加速度的HR参数与COM-COP法的步态稳定性评估结果呈显著负线性相关(R^2>0.50),其中腰部HR具有更显著的线性相关性(R^(2 )>0.60)。结论应用基于加速度信号的分析算法可以有效且可靠地评估人体步态稳定性,其中腰部加速度对步态稳定性更敏感。

温针灸联合Bobath康复疗法对脑卒中病人步态稳定性的影响

目的探讨温针灸联合Bobath康复疗法对脑卒中病人步态稳定性的影响。方法将67例脑卒中病人随机分为治疗组(33例)与对照组(34例)。在脑卒中常规治疗的基础上,对照组施以Bobath康复疗法,治疗组予温针灸结合Bobath康复训练治疗。治疗前及治疗12周结束后评价病人踝关节内翻角度、Holden步行功能分级、Berg平衡量表评分。结果两组治疗后足内翻角度与治疗前比较均有显著降低(P<0.05或P<0.01),Holden步行功能分级、Berg平衡量表较治疗前显著提高(P<0.05或P<0.01);治疗后,治疗组足内翻角度较对照组显著降低(P<0.01),Holden步行功能分级、Berg平衡量表较对照组显著提高(P<0.01)。结论温针灸结合Bobath康复技术能更好地改善病人步行稳定性,较单纯Bobath康复技术疗效更为优越。

功能性电刺激联合肌筋膜疼痛触发点针刺疗法对脑卒中后痉挛型足下垂患者步态稳定性及FAC评分的影响

目的研究功能性电刺激联合肌筋膜疼痛触发点针刺疗法对脑卒中后痉挛型足下垂患者步态稳定性及功能性步行量表(FAC)评分的影响。方法前瞻性选取2019年4月至2022年10月首都医科大学附属北京潞河医院收治的116例脑卒中后痉挛型足下垂患者作为研究对象。按随机数字表法将其分为两组,每组58例。对照组采用功能性电刺激治疗,观察组采用功能性电刺激联合肌筋膜疼痛触发点针刺疗法治疗。统计分析两组治疗前后步态时空参数、FAC评分及临床痉挛指数(CSI)评分。结果治疗后,两组步频、步幅、患侧支持相及患侧摆动相均较治疗前明显升高,且观察组步频、步幅、患侧支持相及患侧摆动相分别为(1.24±0.06)步/s、(0.45±0.04)m、(0.37±0.05)s、(0.66±0.05)s,均明显长于对照组[(1.15±0.06)步/s、(0.39±0.05)m、(0.31±0.06)s、(0.55±0.04)s],差异均有统计学意义(P<0.05)。治疗后,两组FAC评分均较治疗前明显升高,CSI评分较治疗前明显下降,且观察组的FAC评分为(4.31±0.72)分,明显高于对照组[(3.65±0.55)分],CSI评分为(6.55±1.94)分,明显低于对照组[(8.17±2.22)分],差异均有统计学意义(P<0.05)。结论功能性电刺激联合肌筋膜疼痛触发点针刺疗法能够有效提高脑卒中后痉挛型足下垂患者步态稳定性及肌张力,有利于患者步行功能恢复,值得临床推广应用。

太极拳锻炼对老年人步态稳定性的影响

目的分析太极拳锻炼对老年人步态稳定性的影响。方法 100名健康老年人依据个人意愿分组,观察组50名(男25名,女25名),愿意开展为期12个月的太极拳锻炼;对照组50名(男25名,女25名),未开展太极拳锻炼。两组追踪调查12个月,用BIODEX步态仪评估步态稳定性。结果观察组男性锻炼后步长明显较女性更长(P<0.001);男性与女性步频、移动指数、单脚支撑时间、相关变异值差异无统计学意义(P>0.05)。对照组男性步长、移动指数、相关变异值(左脚)与女性差异有统计学意义(P<0.01);男性与女性步频、单脚支撑时间、相关变异值(右脚)差异无统计学意义(P>0.05)。观察组步长、移动指数与对照组差异有统计学意义(P<0.000 1);两组步频、单脚支撑时间、相关变异值差异无统计学意义(P>0.05)。与对照组比较,观察组男性、女性步长距离更长,移动指数较低,男性相关变异值(左脚)和女性相关变异值(右脚)差异有统计学意义(P<0.000 1);两组男性、女性步频、单脚支撑时间差异无统计学意义(P>0.05)。结论老年人行太极拳锻炼可有效增强步态稳定性,促进平衡控制能力。

老年人手提重物时不同停止方式对步态稳定性的影响

目的分析老年人手提重物及不同步态停止方式时下肢肌肉活动特性及相应关节运动参数的变化,探究手部负重及步态停止方式对老年人步态稳定性以及身体平衡的影响。方法以0 kg、双手各2.5 kg和右手5 kg的负重方式,分别在急停和有计划停止条件下,采集双侧下肢踝、膝、髋关节角度以及表面肌电信号。结果在不同的负重方式下,双侧下肢踝、髋关节角度均有显著差异(P<0.05),而膝关节角度无显著变化,不同停止方式显著影响各关节角度的变化(P<0.001);制动腿胫骨前肌、股外侧肌、股二头肌平均肌电均表现为急停时肌肉活动水平更高。结论老年人为应对负重和急停带来的不稳定性,下肢会产生相应的平衡机制。急停时,制动腿胫骨前肌需要更高的肌肉活动水平来控制踝关节的跖屈角度,从而减小踝关节波动幅度。而单手负重会增大制动腿和尾随腿肌肉做功的差异,导致侧向的不稳定性。

基于人体行走系统功能认知的步态稳定性判据

鉴于现有双足机器人行走过程步态稳定性判据的不足和人类高效、稳定、协调的行走步态特征,提出一种基于人体行走运动特征及前庭平衡系统功能认知的步态稳定性判据,实现对步态稳定性的定量判别。根据人体行走运动特征和人体前庭平衡系统工作原理,将表征人体运动步态稳定性特征的矢状面质心角动量、质心前向加速度、零力矩点与中心力矩轴的前向距离进行多参数加权融合;利用粒子群优化算法进行参数优化;构建基于人体行走运动特征及前庭平衡系统功能的多参数融合的综合步态稳定性判定方法。经实验分析,该方法得到的稳定性判别指数集中分布在0.02~0.03区间内,能够实现步态稳定性的定量判别。实验结果验证了所提出的步态稳定性判据的有效性与可行性,是准确刻画步态稳定性的新方法。

以电针拮抗肌运动点为核心的康复治疗对脑卒中后足下垂病人下肢功能和步态稳定性的影响

目的探讨以电针拮抗肌运动点为核心的康复治疗对脑卒中后足下垂病人下肢功能和步态稳定性的影响。方法将90例脑卒中后足下垂病人按照随机数字表法分为对照组和治疗组,各45例。治疗组给予以电针拮抗肌运动点为核心的康复治疗;对照组给予治疗组相同的康复训练,并接受针刺治疗。比较两组治疗前后步态相关参数、简式Fugl-Meyer运动功能量表(FMA)下肢功能评分、Berg平衡量表(BBS)评分;比较两组主动肌(胫前肌)、拮抗肌(腓肠肌)最大积分肌电值(iMEG),计算踝背屈状态下的肢体协同收缩率(CR)。结果与治疗前比较,治疗后两组患侧摆动相缩短,患侧支撑相延长,患侧着地仰角、离地仰角增大,患侧着地内翻角减小,差异均有统计学意义(P<0.01),且治疗组各项指标改善情况均优于对照组,差异均有统计学意义(P<0.01)。治疗后,两组FMA、BBS评分较治疗前升高,且治疗组FMA、BBS评分高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.01)。与治疗前比较,治疗后两组胫前肌iMEG增加,腓肠肌iMEG和踝背屈状态CR降低,且治疗组胫前肌iMEG高于对照组,腓肠肌iMEG和踝背屈状态CR低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.01)。结论以电针拮抗肌运动点为核心的康复治疗可有效缓解脑卒中后足下垂病人肌肉痉挛,改善下肢功能和步态稳定性。

中医温针灸联合Bobath康复疗法对脑卒中患者步态稳定性的影响

目的:探究中医温针灸联合Bobath康复疗法对脑卒中患者步态稳定性的影响。方法:回顾性分析福州市经济技术开发区医院2018年1月-2020年6月期间收治的80例脑卒中患者的临床资料。以治疗方案的不同作为分组依据,将仅应用Bobath康复疗法治疗的40例患者作为参照组,在参照组基础上加用温针灸治疗的40例患者作为研究组。记录两组踝关节内翻角度、Berg平衡量表评分与Holden步行功能分级变化情况。结果:治疗后,两组足内翻角度均低于治疗前,Berg平衡量表评分高于治疗前,且研究组足内翻角度低于、Berg平衡量表评分高于参照组(P<0.05)。治疗后,两组0级、Ⅰ级、Ⅱ级与Ⅲ级例数的差异无统计学意义(P>0.05),研究组Ⅳ级、Ⅴ级例数多于参照组(P<0.05)。结论:脑卒中患者接受中医温针灸联合Bobath康复疗法治疗可改善踝关节内翻角度,并提高平衡能力与步态稳定性。