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基于步态相位和滚动足模型的步速计算方法OA北大核心CSTPCD

Walking Speed Calculation Method Based on Gait Phase and Rolling Foot Model

中文摘要英文摘要

为解决下肢假肢关节轨迹规划中的步速参数问题,帮助假肢实现更好的运动模式转换和动态运动,提出了一种基于步态相位和滚动足模型的步速计算方法.首先,对大腿矢状面的角速度和角度信息进行滤波和归一化处理,结合步态相位变量计算步行频率;其次,基于人体行走的下肢滚动足模型,建立步幅与实时角度和腿长之间的函数关系;最后,针对不同计算周期,由周期内的步幅和步频乘积计算步速.实验结果显示,在2.0~4.0 km/h的速度区间内,所提方法对步速计算结果的均方根误差平均值为0.054 m/s.这表明本研究方法具有较好的静态速度和动态速度计算性能,可为下肢假肢关节轨迹规划提供实时可靠的步速参数.

To address the challenge of determining walking speed parameters in the joint trajectory planning of lower limb prostheses and to help the prostheses to realize better locomotion modes conversion and dynamic motion,we propose a method of walking speed calculation based on the gait phase and a rolling foot model.Initially,we filter and normalize the angular velocity and angle data from the thigh's sagittal plane and calculate the walking frequency using the gait phase varia-ble.Next,using the lower limb rolling foot model during human walking,we establish a functional relationship among step length,real-time angle,and leg length.We then calculate walking speed by multiplying step length and step frequency over different cycles.Experimental results show that within a speed range of 2.0 to 4.0 km/h,the proposed method yields an average root mean square error of 0.054 m/s in walking speed calculation.It indicates that the proposed method has better static and dynamic walking speed calculation performance,and can provide real-time and reliable walking speed parameters.

疏小龙;罗胜利;朱禾祥;孟巧玲;喻洪流

上海理工大学康复工程与技术研究所,上海 200093||上海康复器械工程技术研究中心,上海 200093||民政部神经功能信息与康复工程重点实验室,上海 200093上海理工大学康复工程与技术研究所,上海 200093||上海康复器械工程技术研究中心,上海 200093||民政部神经功能信息与康复工程重点实验室,上海 200093上海理工大学康复工程与技术研究所,上海 200093||上海康复器械工程技术研究中心,上海 200093||民政部神经功能信息与康复工程重点实验室,上海 200093上海理工大学康复工程与技术研究所,上海 200093||上海康复器械工程技术研究中心,上海 200093||民政部神经功能信息与康复工程重点实验室,上海 200093上海理工大学康复工程与技术研究所,上海 200093||上海康复器械工程技术研究中心,上海 200093||民政部神经功能信息与康复工程重点实验室,上海 200093

计算机与自动化

步速步态相位滚动足模型步幅步频

walking speedgait phaserolling foot modelstep lengthstep frequency

《信息与控制》 2024 (5)

585-593,9

国家自然科学基金项目(62073224)

10.13976/j.cnki.xk.2024.3284

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