穿戴式下肢外骨骼對人體步態(tài)特性的影響研究

摘要：本文擬探明穿戴式下肢外骨骼對人體下肢相應(yīng)關(guān)節(jié)參數(shù)與肌肉運動學(xué)、動力學(xué)參數(shù)的影響變化,進(jìn)而為優(yōu)化其結(jié)構(gòu)、提高其系統(tǒng)性能提供科學(xué)依據(jù)。本文通過采集受試者的行走數(shù)據(jù),以人體下肢各關(guān)節(jié)在矢狀面上的關(guān)節(jié)角度作為下肢外骨骼仿真分析的驅(qū)動數(shù)據(jù),運用人體生物力學(xué)分析軟件Anybody分別建立了人體模型(即未穿戴下肢外骨骼的人體模型)和人-機系統(tǒng)模型(即穿戴下肢外骨骼后的模型),并對比分析了兩種情況下人體下肢運動時的運動學(xué)參數(shù)(關(guān)節(jié)力、關(guān)節(jié)力矩)及肌肉參數(shù)(肌肉力、肌肉激活程度、肌肉收縮速度、肌肉長度)的變化情況。實驗結(jié)果表明,人體穿戴下肢外骨骼后行走的步態(tài)滿足正常步態(tài),但會出現(xiàn)個別肌肉力突增的現(xiàn)象;下肢主要肌肉的最大肌肉激活程度均未超過1,說明肌肉均未出現(xiàn)疲勞或損傷狀況;股直肌的最大肌肉激活程度增加最多(0.456),半腱肌的最大肌肉激活程度增加最少(0.013),提示下肢外骨骼最容易引起股直肌疲勞或損傷。通過本文研究結(jié)果說明,為避免出現(xiàn)個別肌肉力突增導(dǎo)致人體下肢損傷,在設(shè)計下肢外骨骼時,要特別注意人體體段長與下肢外骨骼桿長的一致性和運動的平穩(wěn)性。