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人体坐立运动的膝关节动力学研究
1
作者 苏鹏 王思锴 +3 位作者 张力 刘甜 岳超 张勤俭 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期982-990,共9页
坐立运动是人体最常见的运动行为之一,膝关节是人体坐立运动的主要承力关节,因此进行坐立运动过程的膝关节动力学研究具有重要意义。基于力矩平衡原理对坐立运动的膝关节动力学进行分析,结合光学动作捕捉和六维支撑力测试所得数据,计算... 坐立运动是人体最常见的运动行为之一,膝关节是人体坐立运动的主要承力关节,因此进行坐立运动过程的膝关节动力学研究具有重要意义。基于力矩平衡原理对坐立运动的膝关节动力学进行分析,结合光学动作捕捉和六维支撑力测试所得数据,计算求得膝关节力矩曲线。为了验证实验数据和动力学分析的准确性,建立人体模型,根据实验数据拟合角度和角速度多项式方程,进行坐立运动的膝关节动力学仿真。结果显示计算数据和仿真数据在范围和变化趋势方面一致。综合膝关节力矩变化规律,揭示了膝关节力矩与地面反作用力的关系。坐立运动中膝关节力矩和地面反作用力成正比关系,比值为5~6,且由坐到立过程中,加速度先增大后减小最后反向增加,力矩最大值发生在膝关节夹角约140°时,而由立到坐过程中,力矩在初始阶段最大。坐立运动的膝关节动力学研究结果有益于坐立康复辅具的优化设计及力反馈控制,并可为膝关节康复训练提供理论指导。 展开更多
关键词 关节力矩 地面反作用力 坐立运动 动力学模型 动作捕捉
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考虑动态平衡的起立意图预测
2
作者 庞牧野 魏东盛 +1 位作者 罗晶 魏巍 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期50-55,共6页
针对起立意图难以预测及黑箱模型缺乏生物力学解释的问题,提出一种考虑动态平衡的起立意图预测方法.根据人体起立运动遵循的动态平衡规律,借鉴一种考虑起立运动速度的质心轨迹非线性处理手段,即外推质心,将质心轨迹直角坐标平面变换到... 针对起立意图难以预测及黑箱模型缺乏生物力学解释的问题,提出一种考虑动态平衡的起立意图预测方法.根据人体起立运动遵循的动态平衡规律,借鉴一种考虑起立运动速度的质心轨迹非线性处理手段,即外推质心,将质心轨迹直角坐标平面变换到动态平衡基准平面,降低特征数据对人体运动速度的依赖程度,提高起立意图判断准确性.分别使用支持向量机和神经网络对所提方法进行验证,并与传统数据处理手段进行对比.结果表明:模型预测的准确率均有提升,支持向量机的预测准确率由73.3%~74.1%提升到79.9%,起立时刻与预测时刻的时间偏差从96~101 ms降低到70 ms,神经网络的预测准确率从81.2%提升到86.2%,时间偏差从87 ms降低到59 ms. 展开更多
关键词 起立运动 动态平衡 外推质心 意图预测 支持向量机 神经网络
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坐立康复机器人的双目标轨迹综合设计
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作者 苏鹏 刘霖 +2 位作者 张力 岳超 李剑 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期974-981,共8页
针对坐立功能障碍患者的康复训练问题,本文基于人体运动曲线的轨迹综合,设计了一种符合人机耦合性的坐立康复训练机器人。通过光学动作捕捉实验,采集人体坐立运动轨迹,选择以大腿运动轨迹作为机器人的设计目标;在六杆机构模型的基础上,... 针对坐立功能障碍患者的康复训练问题,本文基于人体运动曲线的轨迹综合,设计了一种符合人机耦合性的坐立康复训练机器人。通过光学动作捕捉实验,采集人体坐立运动轨迹,选择以大腿运动轨迹作为机器人的设计目标;在六杆机构模型的基础上,基于双目标轨迹发生综合法,以大腿上近髋点与近膝点的轨迹作为机构复现的双目标轨迹,进行机构数学模型的分析计算,得出该六杆机构可实现空间内多组位置的精确轨迹综合;建立机器人三维模型,对其关键部件进行静力学仿真分析以及虚拟样机的运动仿真,验证机器人设计的可行性;进行了机器人辅助坐立实验,采集膝、髋关节的运动曲线,膝、髋关节轨迹最大偏移误差分别为12%、5.8%,整体拟合程度较好,表明所设计的机器人具有较好的人机运动协同特征。 展开更多
关键词 坐立 康复机器人 运动曲线 轨迹发生法 人机协同
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下肢助行外骨骼机器人起坐动作下的生物力学分析 被引量：2
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作者 施柯丞 黄瑞 +3 位作者 程洪 邱静 彭知南 尹文泽 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期414-423,共10页
探讨了下肢外骨骼起坐动作辅助过程中截瘫患者对拐杖产生大压力的原因和解决方法,通过建立人-外骨骼耦合动力学模型,将患者对拐杖的压力作为一个外力引入模型中,探究了踝关节刚度与拐杖压力的关系.为了验证踝关节刚度对减小拐杖压力的影... 探讨了下肢外骨骼起坐动作辅助过程中截瘫患者对拐杖产生大压力的原因和解决方法,通过建立人-外骨骼耦合动力学模型,将患者对拐杖的压力作为一个外力引入模型中,探究了踝关节刚度与拐杖压力的关系.为了验证踝关节刚度对减小拐杖压力的影响,设计了外骨骼起坐验证实验,通过调整AIDER下肢助行外骨骼系统踝关节的刚度,观察受试者在整个起坐动作过程中的平均能量损耗和鞋底压力中心位置变化.实验结果显示,调整踝关节刚度后受试者的平均能量损耗降低了45.18%,稳定性提高了34.99%,这表明适当的踝关节刚度可以在下肢助行外骨骼辅助的起坐动作过程中有效降低患者对拐杖的压力. 展开更多
关键词 起坐动作 人机耦合动力学模型 踝关节刚度 下肢助行外骨骼 截瘫患者
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