人体步态规律测量分析与研究

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1、人体步态规律测量分析与研究第29卷第6期2008年6月哈尔滨工程大学学报JournalofHarbinEngineeringUniversityVol.292.6JurL2008人体步态规律液!

2、量分析与研究王岚，王婷，王劲松,张今瑜(哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001)摘要:为系统研究人体下肢的运动规律，采用基于人体运动图像的检测系统以及人体关节角度测量装置,对人体在跑步机上行走时关节运动轨迹和关节角度进行了测量，该系统通过VisualC++6.0和Matlab/Simulink混合编程,

3、来实现对运动图像以及标志点的采集工作.结合数据融合方法对测量结果进行了处理和分析，得到人体步态规律.测量结果为了解人体运动规律,分析异常步态以及康复治疗提供了依据.关键词:步态;关节角度测量;图像采集屮图分类号:TP39文献标识码:A文章编号:1006—7043(2008)06—0589—06MeasurementresearchofnormalhumangaitsWANGLan,WANGTing,WANGJin—song,ZHANGJin—yu(CollegeofMechanicalandElectrica

4、lEngineering,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)Abstract:Tostudytheregularhumangaits,theauthorsusedanimagecapturingsystemandajointanglemeasurementinstrumenttomeasurethemotiontrajectoryandangulardisplacementsofjointswhilethesubjectwalkedonatreadm

5、ill.ThedatacollectionsofmotionimagesandmarkedpointswererealizedthroughasoftwarebasedonVisualC++6.0andMatlab/Simulink.Thecollecteddataweretreatedandanalysedwithdatafusionmethod.Thehumangaitrulewasobtained.providingfurtherunderstandingofthebiomechanicalprinci

6、plesofhumanmovements.andleadingtobetteranalysisofabnormalgaitpatternsandrehabilitationtreatments.Keywords:gait;jointangularmeasurement;imagecollection人体的生理功能,病理力学其至精神状态的各种变化都会不同程度的影响人体的步态.检测人体行走时韻，膝，踝等关节的运动角度,以及与生物力学有关的物理量,可以帮助临床I矢生进行疾病或康复进程评定，为临床提供准确科学的诊断和

7、评价手段.因此人体步态规律的测量研究具有重要的学术和应用价值.除医学研究外，当今世界的许多热点工程研究领域也与此相关，例如人机工程学，体育科学及仿生机构与仿生制造等领域.人体运动信息实时釆集最常见的方法是利用红外摄像_】J・如瑞典SEICOM公司的SELSPOT系统，英国OXFORD公司的VICON系统，意犬利BTS公司的ETITE系统，美国AMTI公司的Co—收稿日期:2007—07—11.基金项目:哈尔滨市科技攻关计划资助项目(2005AA9C5190—1).作者简介:王岚(1966-),女，教授,E-m

8、ail:wanglan@hrbetLe&zmDAJII系统,清华犬学的红外光点运动分析系统等其次是采用测角仪[引，倾角传感器[，加速度计_5],述有超声定位的方法⑹.国外进口的系统价格昂贵,而国内由于性能价格等因素，严重制约了现代运动分析技术在我国的开展.由于人体在跑步机上以正常步速行走吋，上体运动幅度小,速度低，而下肢运动幅度大，尤其是脚踝处速度较快.结合以上特点,该文采用了基于人体运动图像的检测系统以及人体关节角度测量装置相结合的方法，对人体运动过程中关节角度的测量以及各关节轨迹进行了实验研究•图

9、像检测系统主要完成腰，髓以及膝关节标志点的采集与识别功能，而人体角度测量装置主耍完成各关节相对夹角的测量工作.1步态周期1个步态周期是指从-〜JJ足跟着地到同侧腿足哈尔滨工程大学学报第29卷跟再次着地所经历的时间.正常的步态周期可分为2个相位:支撑相与摆动相.支撑相指下肢接触地面及承受重力的吋间，约占整个步态周期的60.摆动相指足离开地面向前迈步到再次落地之间的时间,约占整个步态周期的40,如图1所