25、人体坐立与深蹲运动的动力学分析

人体坐立与深蹲运动的动力学分析

在生物系统和机器人结构研究领域，对人体运动的深入分析具有重要意义。本文将聚焦于人体坐立运动和深蹲运动的动力学研究，探讨关节稳定性以及关节扭矩的估算方法。

人体坐立运动的非线性动力学分析

近年来，研究人员从生物系统的自我稳定特性中汲取灵感，致力于设计能够保持稳定的机器人或机器人结构。人体从坐姿站立起来的动作，对于维持身体稳定、实现行走以及个体的功能独立性至关重要。有研究表明，难以从坐姿站立的人在行走时更容易失去平衡和摔倒，老年人无法站立甚至与死亡相关。

为了量化人体坐立运动中下肢关节的局部动态稳定性，研究采用了非线性分析方法，利用李雅普诺夫指数（LE）进行评估。
- 实验方案 ：
- 采用基于电子测角仪的Biometrics数据采集系统，SG双轴测角仪可同时测量两个垂直平面内的关节角度。
- 实验对象包括7名健康受试者和3名左膝患骨关节炎且即将进行全膝关节置换手术的患者。
- 每位受试者和患者执行15个连续的坐立循环，数据采集频率为500Hz。
- 实验获得了受试者和患者的人体测量数据，具体如下表所示：
| | 年龄 [岁] | 体重 [kg] | 身高 [cm] | 髋 - 膝长度 [cm] | 膝 - 踝长度 [cm] |
| — | — | — | — | — | — |
| 受试者（平均值） | 30.26 | 75.6 | 172.54 | 44.03 | 39.5 |
| 受试者（标准差） | 3.73 | 6.18 | 4.12 | 3.14 | 2.59 |
| 患者（平均值） | 59.23 |