基于AnyBody的步态稳定性仿真分析及应用研究

发布时间：2022-02-22 13:42

　　行走是人类日常生活中最为普遍的运动,人体能够凭借自身的神经调节系统和肌肉骨骼运动来保持行走过程中的稳定性,因此针对人体步态稳定性的研究对改善人们生活品质和提高人们生活幸福感具有重要意义。本文采用实验与仿真相结合的方式进行研究,招募了 13名青年男性受试者在干燥地面环境和涂油地面环境中进行直道行走实验,使用Vicon三维运动捕捉系统、测力台和表面肌电信号系统采集了受试者下肢的相关参数。使用AnyBody建模仿真系统进行仿真实验,获得两种环境下受试者下肢的关节反应力和肌肉力数据。从人体内外调节机制出发分析人体步态特征,采用单因素方差分析与增量占比相结合方式综合阐述步态稳定调节过程,结论如下:（1）人体正常直道行走过程中受到油介质扰动下,自我调节维持步态稳定性外部运动调节机制如下:髋关节缩减矢状面运动范围;膝关节缩减关节运动角度,在支撑相前期增强屈曲运动并在后期增强伸展运动;踝关节在支撑相前期减弱背屈运动并在末期增强背屈运动来维持步态稳定性。（2）人体正常直道行走过程中受到油介质扰动下,人体身体内部通过神经系统调节肌肉收缩力来调节肢体运动保持步态稳定,具体表现在股外侧肌,股内侧肌,胫骨前肌以... 

【文章来源】：天津科技大学天津市

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 前言
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究动态
        1.2.1 步态稳定性研究方面
        1.2.2 在人体力学模型构建与仿真分析方面
        1.2.3 现有研究中不足之处
    1.3 课程主要研究内容及框架
2 人体步态分析及稳定性概述
    2.1 步态生物力学参数概述
        2.1.1 步态周期
        2.1.2 时空参数
        2.1.3 运动学参数
        2.1.4 动力学参数
        2.1.5 肌肉活动参数
    2.2 下肢关节运动概述
        2.2.1 髋关节运动
        2.2.2 膝关节运动
        2.2.3 踝关节运动
    2.3 步态稳定性概述
        2.3.1 步态稳定性影响因素
        2.3.2 步态稳定性评价方法
3 步态稳定性分析实验
    3.1 实验设备
        3.1.1 VICON三维红外运动捕捉系统简介
        3.1.2 AMTI生物力学测力台系统介绍
        3.1.3 Noraxon表面肌电遥测系统介绍
        3.1.4 实验随行保护装置
    3.2 实验方案设计
        3.2.1 实验受试者选取
        3.2.2 实验下肢肌群选取
        3.2.3 实验方案设计
    3.3 实验数据采集
        3.3.1 实验环境准备
        3.3.2 受试者准备
    3.4 实验数据处理
        3.4.1 参数选取
        3.4.2 数据处理
    3.5 实验结果分析
        3.5.1 时-空参数分析
        3.5.2 下肢关节运动分析
    3.6 本章小结
4 基于AnyBody系统人体下肢运动仿真分析
    4.1 AnyBody人体模型仿真系统简介
        4.1.1 AnyBody系统特点
        4.1.2 AnyBody系统肌肉力原理
    4.2 人体下肢肌骨模型构建与验证
        4.2.1 人体下肢肌骨模型构建
        4.2.2 人体下肢肌骨模型验证
    4.3 仿真分析
        4.3.1 下肢关节反应力分析
        4.3.2 下肢运动肌力分析
    4.4 本章小结
5 步态稳定性因素分析及其应用研究
    5.1 步态稳定性外部因素分析
        5.1.1 步态稳定性运动学参数分析
        5.1.2 步态稳定性动力学参数分析
    5.2 步态稳定性内部因素分析
    5.3 步态稳定性的应用研究
        5.3.1 下肢运动功能障碍应用
        5.3.2 双足拟人机器人应用
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 本文主要创新点
    6.3 本文不足与展望
7 参考文献
8 致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]老年病人虚弱前期状态与常速行走步态特征的关系研究[J]. 徐忠梅,于卫华,吴梦余.  护理研究. 2018(07)
[2]正常人群步行足偏角与年龄特征分析[J]. 顾琳燕,邱华平,张晟宇,陈益丹,许瑛,金肖青,宁钢民.  生物医学工程学杂志. 2018(01)
[3]楼梯行走足底压力与表面肌电参数研究[J]. 张峻霞,蔡运红,窦树斐.  医用生物力学. 2018(01)
[4]老年人姿势稳定性的研究进展[J]. 赵滢,陆阿明.  浙江体育科学. 2018(01)
[5]凝视手机对青年男性静态平衡、足底压力步态及下肢关节的影响[J]. 金宗学,何辉,阮槟,郭辉,熊开宇.  中国组织工程研究. 2017(28)
[6]老年人步态移动稳定性的增龄特征研究[J]. 张庆来,张林.  中国运动医学杂志. 2017(07)
[7]人体步态滑跌过程中的下肢表面肌电特性研究[J]. 苏海龙,许兆健,张峻霞,张琰.  中国生物医学工程学报. 2017(02)
[8]动态人体运动世界中的非线性（英文）[J]. Li Li.  Journal of Sport and Health Science. 2016(01)
[9]动态系统理论的概念与技术在生物力学分析中的应用（英文）[J]. Richard E.A.van Emmerik,Scott W.Ducharme,Avelino C.Amado,Joseph Hamill.  Journal of Sport and Health Science. 2016(01)
[10]基于Anybody的自行车骑行运动仿真与试验分析[J]. 高飞,项忠霞,赵明,李力力,胡志刚,张健.  机械设计. 2016(01)

博士论文
[1]基于非线性时间序列分析的被动动态行走混沌现象研究[D]. Sajid Iqbal.哈尔滨工业大学 2016
[2]步态失稳行为机理及其综合评价性态指标研究[D]. 苏海龙.天津大学 2013
[3]基于物理模型的人体运动建模与仿真[D]. 宋薇.武汉理工大学 2012
[4]人体下肢关节系统的生物力学行为研究[D]. 姜海波.中国矿业大学 2008

硕士论文
[1]基于不同数据分析方法评价老年人穿不同鞋时的行走稳定性[D]. 杜凝青.北京体育大学 2017
[2]步态稳定性的生物力学因子研究[D]. 宋黎明.天津科技大学 2017
[3]基于AnyBody的汽车驾驶员坐姿力学特性建模及坐姿支撑设计[D]. 吕国敏.山东大学 2016
[4]基于步态分析的滑跌概率预测模型优化研究[D]. 王慰慰.天津科技大学 2012



本文编号：3639562