基于matlab的老年人下肢活动仿真研究

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1、分类号TP181学校代码10495ＵＤＣ080202密级公开硕士学位论文基于MATLAB的老年人下肢活动仿真研究作者姓名：高许峥妍学号：1315053001指导教师：吴雨川教授学科门类：工学专业：检测技术与系统研究方向：智能模式识别完成日期：二零一六年三月WuhanTextileUniversityM.E.DissertationThestudyofthesimulationoflowerlimbactivityintheelderlybasedonMatlabCandidate：GaoXuzhengyanSupervisor：Prof.WuYuchuanTime:June2016摘

2、要考虑到老年人身体机能的衰退比较严重，70岁的人体机能只有30岁时的一半，所以老年人的运动问题就显得尤为的突出。通过国内外的研究人员对人体运动的研究发现生活中的绝大多数运动都需要腿部的参与，因此对老年人的下肢活动的研究是一个非常有意义的课题。老年人下肢活动的运动参数的获取是通过安放在大腿根部的加速度传感器、放置于膝关节的柔性传感器和置于脚底的压力传感器。加速度传感器和柔性传感器可以测量到髋关节和膝关节的运动角度，从而可以得到老年人下肢运动的角度、角速度和角加速度等运动参数；压力传感器则可以测量到下肢运动过程中足底与地面的相互作用力。根据老年人的活动特征和人体结构对下肢进行数学建模。通

3、过对常用建模方法的比较和本课题的要求，最终选择拉格朗日法对下肢进行动力学建模。再运用SimMechanics软件对老年人的下肢进行仿真建模。由于人体足部的质量远远小于其他肢体的质量，所以在建模时忽略了脚踝的转动，将单侧下肢简化为一个2刚体模型。由于人体的传统步态周期被划分为支撑相和摆动相两个部分，在支撑相部分则需要考虑人体足底与地面间的相互作用力，在摆动相部分因为人体足底与地面不发生接触不需要考虑足底与地面的相互作用力，所以针对支撑相和摆动相分别建立仿真模型。将下肢的运动参数输入软件建立的仿真模型中，输出关节力矩。再将输出的关节力矩与数学模型计算的关节力矩进行比较，两者大致吻合，验证

4、了所建仿真模型的合理性。最后运用回归分析法对老年人活动时的关节力矩和时间进行建模，求解出关节力矩与时间的表达关系式。软件的仿真模型和关节力矩与时间的数学模型都为老年人的下肢活动研究提供了有利的实验数据。关键词：老年人下肢；动力学建模；SimMechanics建模；回归分析建模研究类型：应用研究AbstractDuetothedeclineoftheelderly'sphysicalfunctionisveryserious,the70yearsold'sphysicalfunctionisonlyhalfofthe30yearsold's,theelderly'ssportsprob

5、lemisparticularlyprominent.Byresearchers'studyofhumanmovement，wefoundthatthemostactivitiesintheliferequiretheparticipationoftheleg,sothestudyofthelowerlimbactivityofelderlyisaverymeaningfultopic.Themotionparametersofthelowerlimbsareobtainedbytheaccelerationsensorsplacedonthethigh,theflexiblesen

6、sorsplacedonthekneeandthepressuresensorsplacedunderthefeet.theaccelerationsensorsandflexiblesensorscanmeasurethemovementanglesofthehipjointandkneejoint,sothatwecangettheelderly'smotionparameterslikeangles,angularvelocityandangularacceleration;Thepressuresensorcanmeasuretheforcesofthefeet.Accord

7、ingtothecharacteristicoftheelderly'sactivitiesandthehumanbodystructurewecanbuildthemathematicalmodelingofthelowerextremities.Throughthecomparisonofcommonmodelingmethodsandtherequirementsofthisproject,theLagrangemethodwaschosentobu