人体步行质心的动力学原理

我们提出了研究初始足接触时间与人体步态地面反力之间关系的解析与数值计算结果，并探讨了质心的动力学原理。假设双足在步态周期的同一相位下具有相同的地面反力，我们建立了初始足接触时间与质心的地面反力、加速度、速度、位移和平均动能之间的关系。我们采用离散度来分析初始足接触时间对这些物理量的影响。我们的研究表明，当一只脚的初始接触时间恰好落在另一只脚步态周期的中间时，这些物理量达到极值。一个作用函数被识别为这些物理量的离散度，并利用优化分析证明了步态中的最小作用量原理。除了对临床诊断、双足机器人步态控制等研究领域具有非常重要的意义外，对该原理的探索还可以简化我们对步态基本性质的理解。