扩展段际协调定律：对动力学假肢控制的启示
机器人学
2026-02-03 v1
摘要
动力学假肢能够为截肢者提供净正功量，过去二十年来已取得显著进展。然而，降低截肢者步行的代谢成本仍是一个开放问题。段际协调定律（ISC）在不同步态中均有观察到，且此前曾被关联到步行的能量消耗，然而在下肢截肢步态的背景下很少被分析或应用。该定律指出：大腿、膝盖和脚部在整个步态周期内的仰角并非相互独立。本文中，我们开发了一种用于分析下肢三维运动数据的段际协调方法，以简化 ISC 的分析。此外，受动力学控制、生物力学和机器人文献的启发，我们将该方法扩展至新的动力学协调定律。我们发现仰角空间动力学（ESM），并呈现结果显示，能够跑者步态下的动力学协调。我们也分析了截肢者步行的 ISC，分别使用动力学和被动假肢，发现仰角保持平面，而 ESM 显示出较少的协调。我们将 ISC 作为约束，用于预测因被动脚部引起的膝盖角度/动力学，以补偿以模拟健康大腿角度/动力学轮廓。这可能对改进动力学假肢控制具有意义。我们开发的 ISC3d 工具箱已免费提供 online 使用，该工具箱可用于计算三维运动学和动力学 ISC。这为进一步研究协调在步行中的作用提供了手段，可能有助于解决神经控制人类运动的根本问题。
引用
@article{arxiv.2602.02181,
title = {Extending the Law of Intersegmental Coordination: Implications for Powered Prosthetic Controls},
author = {Elad Siman Tov and Nili E. Krausz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.02181},
year = {2026}
}
备注
Submitted to 2026 IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob)