人体运动平衡策略的研究

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人体运动平衡策略的研究对于防止老年人摔跤,平衡功能损伤患者的康复治疗以及双足步行机器人的平衡控制等均有重要意义。它也是国内外人体运动生物力学研究的热点问题之一。本文从以下几个方面对此进行了研究。 1.提出了一种基于能量的动力学稳定性的定量分析与评价方法,以此为基础研究了人体双足和单足站立受扰跨步平衡的稳定阈值和人体运动过程中的动力学稳定区域。并通过人体受扰平衡实验对上述方法进行了实验验证。结果表明所提出的动力学稳定性指标能更准确地度量了人体运动中的稳定性。其准确度明显高于静力学指标,特别对于人体质心速度较大的情况,其准确率更高。 2.在上述稳定性指标基础上,对人体受扰单跨步平衡恢复所需的最小跨步长进行了模型预测和实验验证。结果表明,对于发生跨步情况,模型预测的最小跨步长均小于实验测得的跨步长,模型预测结果可信。此外,研究表明,摆动腿跨步时机和总质量对最小跨步长均有明显影响。 3.在研究扰动强度与平衡模式的关系中,提出了不依赖于具体扰动方式的扰动强度的定量表示方法,得出了扰动强度与平衡模式的关系。通过分析人体平衡恢复过程中各关节的能量变化,对各个关节在平衡恢复中的作用进行了定量研究,指出跖趾关节在平衡恢复的作用是不容忽视的。 4.初步研究了人体行走过程中,摆动腿位移对总体稳定性的影响。研究发现,仅仅以支撑腿的稳定程度作为人体总的稳定性度量指标在步行中单足支撑期是不足的。为此,引入“当量虚支撑”的概念,将摆动腿对总的稳定性影响综合进来,提出了综合考虑支撑腿和摆动腿对稳定性影响的评价指标。它有望成为更全面准确度量人体行走稳定性的评价指标。 5.研究了人体在约束条件下:跖趾关节受约束和背部负重的步态特征及相应的补偿策略。
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