不同坡度与负重步行的下肢关节负荷仿真研究

作者：王坤; 付裕; 佘晓俊; 杲修杰; 马科锋; 朱英文; 崔博^*

来源：军事医学, 2022, 46(07): 493-498.

• 步态
• 仿真
• 负重
• 坡度
• 下肢
• 关节
• 损伤防护

目的 仿真分析不同坡度与负重步行的下肢关节负荷，为下肢助力装置设计及损伤防护提供理论依据。方法 基于人体肌骨模型构建不同地面坡度和负重条件下的步态仿真模型，通过设定步态控制算法、目标函数，采用协方差矩阵自适应进化策略（CMA-ES）得出步态模拟结果并分析下肢关节负荷。结果 平地行走的下肢关节运动学与动力学数据仿真结果与试验数据误差在2 s以内；仿真结果表明上坡时几乎所有关节负荷增加，下坡时膝关节伸展力矩增加；步行中主要是髋、踝关节做正功且随上坡坡度增加而增加，下坡坡度增加而减小，负功无明显变化；膝关节负功大于踝、髋关节，且在下坡时随坡度增加而增加；当负重达20%体重时关节负荷有明显变化。结论该仿真模型为不同坡度和负重步态的下肢运动学与动力学分析提供了非试验方法，对下肢损伤防护及助力装置设计具有一定参考价值。