МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЙ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА Известия высших учебных заведений Приборостроение

DOI 10.17586/0021-3454-2016-59-8-683-689
УДК 004.94

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЙ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА

Мусалимов В. М.
Институт проблем машиноведения Российской академии наук, Санкт-Петербург, 199178, Российская Федерация; главный научный сотрудник

Жигайлов С. .
Таллинский технологический университет, кафедра мехатроники; аспирант

Арясов Г. П.
Таллинский технический Университет, Таллин, 19086, Эстония; профессор

Пенков И. .
Таллинский технологический университет;

Читать статью полностью

Аннотация. Приведено описание математических моделей движения нижних конечностей человека и представлена конструкция экспериментального прототипа, имитирующего плоское движение механической системы пятка-таз и предназначенного для использования в процессах восстановления моторики. Рассмотрены особенности постановки экспериментов и обработки сигналов, полученных с помощью данного прототипа.

Ключевые слова: движение, таз, нижние конечности, ускорение, обработка сигналов, дифференциальные уравнения

Список литературы:

Bottcher S. Principles of Robot Locomotion / Seminar “Human Robot Interaction”. Carbondale, USA: Southern Illinois Univ., 2006. 23 p.
Pamies R. Application of Multibody Dynamics Techniques to the Analysis of Human Gait: Ph.D. Dis. …; Polytechnic Univ. of Catalonia, Spain. 2012.
Zijlstra W., Hof A. Displacement of the pelvis during human walking: experimental data and model predictions // Gait&Posture. 1997. Vol. 6, is. 3. P. 249—262.
Kljuno E., Williams R. Humanoid walking robot: modeling, inverse dynamics, and gain scheduling control // J. of Robotics. 2010. Vol. 1. P. 1—19.
Saranli U., Arslan O., Ankarali M., Morgul O. Approximate analytic solutions to nonsymmetric stance trajectories of the passive springloaded inverted pendulum with damping // Nonlinear Dynamics. 2010. Vol. 62, is. 4. P. 729—742.
Kuo A. The six determinants of gait and the inverted pendulum analogy: A dynamic walking perspective // Human Movement Science. 2007. Vol. 26. P. 617—656.
Kajita S., Kanehiro F., Kaneko K., Yok K., Hirukawa H. The 3D linear inverted pendulum model: A simple modeling for a biped walking pattern generation // Proc. of Intern. Conf. on Intelligent Robots and Systems, 29 Oct. — 03 Nov. 2001, Hawaii, USA. P. 239—246.
Otani T., Hashimoto K., Yahara M., Miyamae S., Isomichi T., Hanawa S., Sakaguchi M., Kawakami Y., Lim H., Takanishi A. Utilization of human-like pelvic rotation for running robot // Frontiers in Robotics and AI. 2015. Vol. 2, N 7 (Art. 17). P. 1—9.
Lim H., Ogura Y., Takanishi A. Locomotion pattern generation and mechanisms of a new biped-walking machine // Proc. A, Royal Soc. 2008. Vol. 464(2089). P. 273—288.
Chigarev A., Borisov A. Simulation of controlled motion of the bipedal anthropomorphic mechanism // Russian Journal of Biomechanics, PNIPU. 2010. P. 74—88.
Zhang L., Brunnett G., Rusdorf S. Real-time human motion capture with simple marker sets and monocular video // J. of Virtual Reality and Broadcasting. 2011. Vol. 8, N 1.
Dodd K., Morris M., Matyas T., Wrigley T., Goldie P. Lateral pelvic displacement duringwalking: retest reliability of a new method of measurement // Gait & Posture. 1988. Vol. 7, is. 3. P. 243—250.
Galdeano D., Bonnet V., Bennehar M., Fraisse P., Chemori A. Partial human data in design of human-like walking control in humanoid robotics // Proc. of the 10th IFAC Symp. On Robot Control. Dubrovnik, Croatia, 2012.
Ito T. Walking motion analysis using small acceleration sensors // Intern. Journal of Simulation: Systems, Science and Technology. 2009.Vol. 10, N 3. P. 65—71.
Tanaka S., Motoi K., Nogawa M., Yamakoshi K. A new portable device for ambulatory monitoring of human posture and walking velocity using miniature accelerometers and gyroscope // Proc. of the 26th Annual Intern. Conf. of the IEEE, Engineering in Medicine and Biology Society. 2004.Vol. 1. P. 2283—2286.
Cross R. Standing, walking, running, and jumping on a force plate // Amer. Journal of Physics. 1999. Vol. 67, N 4. P. 304—309.
Marasovic T., Cecic M., Zanchi V. Analysis and interpretation of ground reaction forces in normal gait // WSEAS Transact. on Systems. 2009. Vol. 8, is. 6. P. 1105—1114.
Yorozu A., Moriguchi T., Takahashi M. Improved leg tracking considering gait phase and spline-based interpolation during turning motion in walk tests // Sensors. 2015. Vol. 15, N 9. P. 22451—22472.
De Araújo V., Alsina P., Soares L., De Medeiros A. Generation of anthropomorphic movements for an active orthosis for lower limbs // ABCM Symp. Ser. in Mechatronics. 2012. Vol. 5 (Sect. VII — Robotics). P. 1052—1057.
Yuan K., Parri A., Yan T., Wang L., Minih M., Wang Q., Vitiello N. A realtime locomotion mode recognition method for an active pelvis orthosis // IEEE/RSJ Intern. Conf. on Intelligent Robots and Systems. 28 Sept. — 2 Oct., 2015. P. 6196—6201.
Obusek J., Holt K., Rosestein R. The hybrid mass-spring pendulum model of human leg swinging: stiffness in the control of cycle period // Biological Cybernetics. 1995. Vol. 73. P. 139—147.
Bishop M., Fiolkowski P., Conrad B., Brunt D., Horodyski M. Athletic footwear, leg stiffness, and running kinematics // J. of Athletic Training. 2006. Vol. 41, N 4. P. 387—392.
[Электронный ресурс]: <http://www.tryphonov.ru/tryphonov2/terms2/sys14_15_12_2_4.htm>. 2015.
Neumann D. Kinesiology of the Musculoskeletal System. Elseiver Health Sciences, 2013.
Michaud S., Gard S., Childress D. A preliminary investigation of pelvic obliquity patterns during gait in persons with transtibial and transfemoral amputation // J. of Rehabilitation Research and Development. 2000. Vol. 37, N 1. P. 1—10.
Zhigailov S., Musalimov V., Aryassov G. Design of experimental stand for human gait imitation // Proc. of the 9th Intern. Conf. of DAAAM Baltic, Industrial Engineering. Tallinn, Estonia, 2014. P. 300—304.
Korotkin D., Kuznetcov A. Inertial measurement system for human gait analysis // Proc. of the 8th Intern. Conf. on Body Area Networks. Brussels, Belgium, 2013. P. 414—419.
Zhigailov S., Kuznetcov A., Musalimov V., Aryassov G. Measurement and analysis of human lower limbs movement parameters during walking // Solid State Phenomena. 2015. Vol. 220—221. P. 538—543.
Verchenko A. Design of a control system of experimental plant for pelvis movement imitation: Ph. D. Dis. … Tallinn Univ. of Technology. Tallinn, Estonia, 2015.
Дьяконов В., Круглов В. MatLab. Анализ, идентификация и моделирование систем: Специальный справочник. СПб: Питер, 2002. 448 с.

Партнеры

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЙ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА