目的 以減小步行時的膝關節(jié)合力為目標,基于受試者在正常步行狀態(tài)下的膝關節(jié)合力和膝關節(jié)力矩,計算解析減少不同程度的膝關節(jié)合力所需的輔助力矩,并研究多種步速下輔助力矩對下肢關鍵肌群肌力的影響規(guī)律。方法 通過三維光學動作捕捉系統(tǒng)及測力臺采集人體在慢速步速、正常步速以及快速步速下的運動學和動力學數(shù)據(jù)。基于OpenSim生物力學計算平臺計算下肢關鍵肌群肌力、膝關節(jié)合力及膝關節(jié)力矩,然后將膝關節(jié)合力按照減少5%、10%、15%、20%的目標進行等比縮減,在MATLAB中采用全局優(yōu)化算法計算得到輔助力矩,最后分析輔助力矩對下肢關鍵肌群的影響規(guī)律。結果 輔助力矩隨膝關節(jié)合力減少的程度而增加,并且不同步速下輔助力矩的平均相關系數(shù)為087,最高相關系數(shù)為096。施加輔助力矩后,腘繩肌、股四頭肌、腓腸肌的肌力分別在支撐相初期、支撐相中期、支撐相末期和預擺期減少的平均比例最大,并且在慢速步速下上述三個肌群肌力減少的平均比例最大,其值分別為31%、26%和23%。結論 膝關節(jié)輔助力矩主要通過減弱下肢關鍵肌群的肌力來減少膝關節(jié)合力。本研究的結果提示不同步速下對膝關節(jié)施加特定幅度和變化趨勢的輔助力矩,能夠達到防止膝關節(jié)過載損傷等目的,可為主動機械外骨骼等輔助設備的驅動策略提供數(shù)據(jù)參考。
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