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添加适应性脚趾刚度会影响双足步行的能量效率和动力学行为。 (英语) Zbl 1343.92056号

小结:在人类行走中,脚趾在支撑身体和控制向前运动方面起着重要作用。这些功能是通过脚趾关节周围的肌肉和肌腱实现的。为了进一步了解脚趾的重要性以及脚趾肌肉的功能如何影响运动,我们使用了一个简单的带有柔顺关节的两足步行模型。踝关节和脚趾关节被建模为扭转弹簧,其驱动模式与正常人类行走相似。实验结果表明,增加适应性柔性趾关节有利于提高稳定性和能量效率。脚趾在脱踵后产生足底屈曲力矩,有助于稳定身体并控制向前运动。此外,多关节足部结构可以通过降低踝关节的能耗来提高能量效率。正确的脚趾动作模式可以使脚趾得到适当的背屈,并减少脚踝的最大跖屈,从而实现更平稳、更有效的运动。

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92立方厘米 生物力学
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Adamczyk,P.G。;柯林斯,S.H。;Kuo,A.D.,人类行走中滚动脚的优势,实验生物学杂志。,2093953-3963(2005年)
[2] 卡波佐,A。;Figura,F。;Leo,T.,《热那亚杯足球俱乐部》(Un me canisme de genouárécupération d ae nergie pour prothèses pour remoptès de cuisse,Bulg)。阿卡德。科学。,9, 25-35 (1979)
[3] 柯林斯,S。;A.瑞纳。;特德雷克·R。;Wisse,M.,基于被动-动态步行器的高效双足机器人,《科学》,3071082-1085(2005)
[4] Davis,R.B。;Deluca,P.A.,步态中的第二摇臂踝关节僵硬,步态,379(1995)
[5] Davis,R.B。;Deluca,P.A.,通过动态关节刚度表征步态,步态姿势,4224-231(1996)
[6] 盖奇,J。;Deluca,P.A。;Renshaw,T.S.,步态分析原理及其在脑性瘫痪中的应用,Instr.Course Lect。,45, 491-507 (1996)
[7] 加西亚,M。;查特吉,A。;A.瑞纳。;Coleman,M.,《最简单的行走谦逊性、复杂性和伸缩性》,J.Biomech。,120, 281-288 (1998)
[9] Goldmann,J.P。;Bruggemann,G.P.,《人类脚趾屈肌产生力量的潜力》,J.Anat。,221, 187-194 (2012)
[10] Hayafune,N。;Hayafune,Y。;Jacob,H.A.C.,步态推出阶段正常足部下的压力和力分布特征,foot,988-92(1999)
[11] 霍伯伦,D.G.E。;Wisse,M.,极限循环步行者的踝关节驱动,国际J机器人。研究,27709-735(2008)
[12] 细田章男,K。;Takuma,T。;Nakamoto,A。;Hayashi,S.,Biped机器人设计,由对抗性气动执行器驱动,用于多模式移动,robot。自动。系统。,56, 46-53 (2008)
[14] 黄,Y。;范德堡,B。;Van Ham,R。;王,Q。;Van Damme,M。;谢,G。;Lefeber,D.,具有自适应顺应性关节的动态两足步行机器人的步长和速度控制,IEEE/ASME Trans。机电一体化。,18598-611(2013年)
[15] 黄,Y。;范德堡,B。;Van Ham,R。;Wang,Q.,带中央模式发生器的转矩-微分控制动态步行,Biol。赛博。,108, 803-823 (2014) ·Zbl 1327.70019号
[16] 赫斯特,J.W。;Rizzi,A.A.,高效跑步步态系列合规性——从电缆差动腿IEEE Robot中学到的经验教训。自动。Mag.,15,42-51(2008)
[17] Kim,Y。;Kim,S。;儿子,J。;Jeong,B.,《正常行走中跖趾关节的动力学作用:关节力矩和力量》,国际期刊Precis。工程制造,13,1481-1485(2012)
[19] Kumar,R.P。;Yoon,J。;克里斯蒂安;Kim,G.,最简单的被动动态步行模型与脚趾足参数研究,Robotica,27701-713(2009)
[21] Kwan,M。;Hubbard,M.,被动动力学两足动物的最佳脚形,J.Theor。生物学,248,331-339(2007)·Zbl 1451.92049号
[22] Leardini,A。;Benedetti,M.G。;卡塔尼姆,F。;Simoncini,S.G.,《描述步态期间足段运动学的基于解剖学的协议》,临床。生物技术。,14, 528-536 (1999)
[23] 曼恩·R·A。;Hagy,J.L.,脚趾在行走、慢跑和跑步中的功能,临床。奥托普。相关研究,142,25-29(1979)
[24] 曼恩·R·A。;Inman,V.T.,《足部内在肌肉的阶段性活动》,《美国骨关节外科杂志》,46,469-481(1964)
[25] 曼恩·R·A。;Hagy,J.L.,《行走、跑步和短跑的生物力学》,《美国运动医学杂志》,第8期,第345-350页(1980年)
[26] McGeer,T.,《被动动态行走》,《国际机器人杂志》。研究,9,68-82(1990)
[27] 宫崎骏,S。;Yamamoto,S.,正常赤脚水平行走时作用于鼻指关节的力矩,步态,113-140(1993)
[29] 奥列森,M。;阿德勒博士。;Goldsmith,P.,跑步前掌刚度与跑鞋弯曲刚度的比较,J.Biomech。,38, 1886-1894 (2005)
[31] A.瑞纳。;Bertram,J.E.A。;Srinivasan,M.,支撑工作能量成本的碰撞模型定性地解释了行走和疾驰中的腿部序列、跑步中的伪弹性腿部行为以及步行到跑步的过渡,J.Theor。生物学,237,2,170-192(2005)·Zbl 1445.92028号
[32] Ruina,A.,被动动力学运动,J.Biomech。,39, 359 (2006)
[35] Stefanyshyn,D.J。;Nigg,B.M.,跖趾关节对跑步和短跑的机械能贡献,J.Biomech。,30, 1081-1085 (1977)
[36] Van Ham,R。;范德堡,B。;Van Damme,M。;Verrelst,B。;Lefeber,D.,MACCEPA,双足机器人机器人中机械可调柔顺性和可控平衡位置执行器的设计和实现。自动。系统。,55, 761-768 (2007)
[37] Van Ham,R。;糖,总糖。;范德堡,B。;霍兰德,K.W。;Lefeber,D.,《顺应式执行器设计——审查机器人应用中具有被动可调顺应性/可控刚度的执行器》,IEEE Robot。自动。Mag.,16,81-94(2009)
[38] 范德堡,B。;Verrelst,B。;Van Ham,R。;Van Damme,M。;Lefeber,D。;梅里亚,B。;杜兰,Y。;Beyl,P.,《利用自然动力学通过控制软致动器的柔顺性来降低能耗》,国际J机器人。研究,25,343-358(2006)
[39] 范德堡,B。;Albu-Schaeffer,A。;比奇,A。;伯德特,E。;考德威尔,D.G。;卡洛尼,R。;卡塔拉诺,M。;O.艾伯格。;弗里德尔·W·。;Ganeshd,G。;加拉比尼,M。;格雷本斯坦,M。;格里奥利,G。;Haddadina,S。;霍普内拉,H。;贾法里,A。;拉夫兰奇,M。;Lefeber,D。;佩蒂特,F。;斯特拉米吉奥利,S。;北卡罗来纳州察加拉基斯。;Van Damme,M。;Van Ham,R。;维瑟,L.C。;Wolf,S.,《可变阻抗执行器综述》,机器人自动化。系统。,61, 1601-1604 (2013)
[40] Zelik,K.E。;黄,T.W。;Adamczyk,P.G。;Kuo,A.D.,《双足步行中系列踝关节弹性的作用》,J.Theor。《生物学》,34675-85(2014)·2014年12月14日
[41] 朱,J。;王,Q。;Wang,L.,《关于具有刚度适应性踝关节和脚趾关节的动力性跨关节假体的设计》,IEEE Trans。Ind.Electron公司。,61, 4797-4807 (2014)
[42] 朱,J。;王,Q。;Wang,L.,水平行走期间机器人胫骨假体中脚趾刚度对踝关节动力学的影响,机电一体化,241254-1261(2014)
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