台阶下降扰动下人体跑动中的姿态稳定性:实验与数值研究
机器人学
2020-04-07 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
姿态稳定性是双足运动中最关键的因素之一。双足动物在动力学上是不稳定的,需要保持躯干直立以抵抗由地面反作用力(GRFs)引起的转动,尤其在跑动时。步态研究报道 GRF 矢量集中于质心上方的一个虚点(VPA)附近,而人体跑动支撑相中躯干沿俯仰轴前倾。然而,近期一项仿真研究表明人体跑动中可能存在质心下方的虚点(VPB),因为 VPA 会在支撑相引起躯干后倾。本工作中,我们进行步态分析以探究 5 m/s 人体跑动中 VP 的存在与位置,并使用带躯干的弹簧负载倒立摆模型(TSLIP)从数值上支持我们的发现。我们将分析扩展至包含地形高度扰动(可见与伪装),并从实验和数值两方面研究 VP 机制对台阶下降扰动的响应。实验结果表明人体跑动步态在支撑相呈现约 -30 cm 的 VPB 及躯干前倾运动;伪装台阶下降扰动影响 VPB 的位置。仿真结果表明 VPB 能够应对台阶下降扰动并使系统回到初始平衡状态。
引用
@article{arxiv.2004.02415,
title = {Postural Stability in Human Running with Step-down Perturbations: An Experimental and Numerical Study},
author = {Özge Drama and Johanna Vielemeyer and Alexander Badri-Spröwitz and Roy Muüller},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.02415},
year = {2020}
}
备注
18 pages, 18 figures, submitted to the journal Royal Society Open Science