人体作为典型的双足系统具有稳定高效的行走能力。随着科技的发展,基于人体双足模式开发的仿人机器人虽然实现了部分类人功能,但在稳定、柔顺的行走功能方面仍处于研发瓶颈。如何开发稳定、高效、实用的行走算法,是现阶段仿人机器人研发的关键问题。同时我国人口老龄化日益严重,存在着大量的平衡失调患者,通过对人体行走稳定性评判方法的研究,将有助于预防老年人摔倒以及患者康复治疗。然而现有的评判标准不能对人体行走稳定性进行准确评估,因此,如何对人体行走平衡能力进行准确评估是目前亟待解决的关键问题。为此,本文以人体多种行走运动捕获数据为基础,借鉴人体行走平衡感知系统工作原理与运动学姿态特征,建立人体行走运动学简化模型,提取人体行走平衡感知参数,提出并建立一种人体行走平衡判别方法,实现人体行走平衡能力的准确评估。本课题将为探索人体行走平衡感知机理奠定基础,在人体行走平衡评估、患者行走康复治疗、仿人双足机器人研制等方面提供新思路。本文具体工作如下:(1)鉴于人体复杂生理结构,参考成年人人体惯性参数国家标准建立人体运动学简化模型、体段质量分布以及体段质心分布模型,依据人体运动学姿态对运动捕获实验数据格式进行解析,利用D-H运动学正解算法,实现被试行走关节轨迹可视化分析。(2)基于人体行走动平衡感知,引入质心角动量以及地面参考点,实现对人体行走受力情况进行解析,完成人体行走合力矩与人体平衡关系的解析;参考前庭系统的工作原理,结合人体稳定行走的特征,完成质心加速度、前向偏移角加速度与行走平衡稳定性关系的解析;基于倒立摆与运动捕获点理论,完成稳定裕度与人体动态平衡之间关系的解析。(3)基于人体各组织间的协调运动规律,分析人体步行姿态实时动态不平衡稳定性与人体行走平衡感知参数间的内在关系,提出并建立人体稳定行走、受扰行走、变姿态行走的平衡稳定判据,实现对人体行走过程中稳定与受扰的准确判别、多姿态行走平衡程度的有效区分;鉴于人体多种行走步态的平衡稳定判据的差异,利用PSO-SVM分类机制,实现基于人体动平衡感知的人体多种行走步态的稳定判别。(4)为验证本文提出的基于人体动平衡感知行走稳定判据的准确性与有效性,基于人体多种运动的捕获数据与对应的行走稳定判据,对人体正常行走、不同姿态行走以及受扰行走进行了实验对比分析,成功实现了人体不同行走姿态的定性刻画与步态稳定程度的准确判别。