正常人体步态的动力学仿真与分析

doi:10.3969/j.issn.1006-2475.2018.08.008

计算机与现代化

正常人体步态的动力学仿真与分析

(江南大学机械工程学院,江苏无锡214122)

收稿日期:2018-03-14 出版日期:2018-09-11 发布日期:2018-09-11
作者简介:徐中华(1991-),男,江西赣州人,江南大学机械工程学院硕士研究生,研究方向:康复机器人的设计与控制; 方娟(1984-),女,湖北咸宁人,副教授,硕士生导师,研究方向:机器人的结构设计,设备制造与运动控制; 陈隆飞(1991-),男,河南许昌人,硕士研究生,研究方向:康复机器人的设计与控制; 穆载乐(1994-),男,山西吕梁人,硕士研究生,研究方向:康复机器人的设计与控制。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(81401856)

Kinetic Simulation and Analysis of Normal Human Gait

(School of Mechanical Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

Received:2018-03-14 Online:2018-09-11 Published:2018-09-11

摘要/Abstract

摘要： 为研究人体正常行走时的步态，利用Simulink/SimMechanics对人体下肢进行动力学仿真与分析。首先以二连杆机构为基础进行动力学仿真建模，并设定模型参数，将模型仿真的结果与利用拉格朗日方程求解的逆动力学结果进行对比，若两者一致即证明模型具有正确性。据此建立单侧下肢正常行走的仿真模型，对模型的有效性以及地面反力对正常步态的影响进行仿真分析。试验结果显示，下肢在正常受力下仿真得到的总力矩面积与真实实验的总力矩面积的偏差为23%，证明模型是有效的；在有无受到地面反力下仿真得到的总力矩面积的偏差为89%，表明地面反力对正常行走步态具有重要影响。

关键词: Simulink/SimMechanics, 动力学, 仿真, 步态分析, 地面反力

Abstract: In order to study the normal human gait, the kinetic simulation and analysis of the lower limb are carried out by Simulink/SimMechanics. Firstly, the kinetic simulation model is built based on the two-linkage mechanism, and the model parameters are set. The results of the simulation are consistent with the inverse dynamic results obtained by Lagrange equation, which validates the correctness of the model. Then based on the two-linkage model, a model of an unilateral lower limb under normal gait is established. And the effectiveness of the model and the influence of ground reaction force on the normal gait is analyzed. The experimental results show that the total torque area of the lower limb under normal force simulation is 23% of the total torque area of overground experiment, which proves that the model is effective. And the total torque area deviation obtained from the simulation with and without ground force reaction is 89%, indicating that the ground reaction has important influence on the normal walking gait.

Key words: Simulink/SimMechanics, kinetics, simulation, gait analysis, ground reaction force

中图分类号:

TP391.9

徐中华,方娟,陈隆飞,穆载乐. 正常人体步态的动力学仿真与分析[J]. 计算机与现代化, doi: 10.3969/j.issn.1006-2475.2018.08.008.

XU Zhong-hua, FANG Juan,CHEN Long-fei, MU Zai-le. Kinetic Simulation and Analysis of Normal Human Gait[J]. Computer and Modernization, doi: 10.3969/j.issn.1006-2475.2018.08.008.

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Kinetic Simulation and Analysis of Normal Human Gait

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