负载横移扰动下人体步态频率变化特性

摘要

为了研究人体行走时适应负载横向动态干扰的机制，从而设计可靠的穿戴式机器人辅助策略，提出采用基于双自由度受迫振动模型构建人-负载耦合系统。基于机械振动原理分析人-负载耦合系统特性，给出不同行走频率对人和负载位移的影响，提出人体通过调节行走频率适应负载横移扰动影响的假设；搭建负载横向动态干扰人体行走实验平台，获得实验对象无负重行走以及负载横向扰动下的肌肉协同特征及腿部激励频率，并与仿真结果进行对比分析。实验结果表明：负载横移扰动下人体行走是一个适应性调整并最后进入动态稳定的过程。其中，在负重情况下的人体上肢躯干摆动幅度比无负重情况下摆动增幅大60%,人体通过调整行走频率以及相关肌群肌肉协同策略来减少负载横向动态干扰带来的上肢躯干摆动影响。在负重情况下，不同行走速度的步态频率均趋向于人-负载耦合系统的固有频率，设定常速频率与固有频率相同，慢速下行走到达稳态时腿部激励频率上升4.30%,快速下腿部激励频率下降2.71%,负重下的行走控制策略与无负重下的行走控制策略相比发生了改变，以适应负载横移扰动带来的影响。

关键词

负载横移 / 适应性调整 / 人-负载耦合 / 负重行走

基金资助

国家自然科学基金资助项目(62203341)