基于滑跌事故预测模型的助行器行走稳定性研究

归纳总结人体日常生活活动的各种行走条件，建立人体运动测试分析系统，测试在各种行走条件下不同类型人的行走时的步态、肌电信号，滑行的临界摩擦系数等，构建人体行走滑跌事故预测模型；用人体行走滑跌事故预测模型指导助行器的机构设计和控制编程，从滑跌角度探讨助行器的稳定性机理，并通过残障人士佩戴助行器的实验对行走滑跌事故预测模型进行修正。.本研究构建的滑跌事故预测模型，可以用于指导助行器及类人型机器人的机构设计和控制编程，为实现真正意义上的步行功能代偿提供理论基础，还可为建筑业（各种场所地面材料的选择）、鞋类制造业、工作中滑跌损伤事故的预防提供理论基础。这项研究工作对老年人的生活料理及残疾人康复医疗事业、居住环境无障碍设计、体育事业和机器人设计等领域的研究均具有重大意义，并且为解决人口老龄化等带来的重大社会服务问题,为实现社会协调发展提供技术支撑。

本项目严格按照拟定的研究方案进行了研究，基本实现了预期的研究目标：.（1）建立了一个能模拟典型滑跌步态条件的三维人体运动测试分析系统，并设计安装了随行保护装置，以保证滑跌实验过程中受试者的安全；.（2）测量几种常见的鞋底材质和地面材质及污染介质组合下的可得摩擦系数ACOF，证明了ACOF服从正态分布，通过正交试验分析探讨了外在因素导致人体行走滑跌事故发生的显著性。平地行走时污染介质对人体行走稳定性的影响最为显著，上下坡行走实验表明坡度的影响最为显著，其次为污染介质；基于大量步态滑跌实验，建立并优化了多种行走条件下的滑跌概率预测模型。.（3）利用SPSS统计分析软件对滑跌试验所得滑跌概率和反应时运动时测试试验所得反应时、运动时进行了相关性分析，得出以下结论：人的反应时和滑跌概率在0.01水平下具有显著的正相关关系。运动时与滑跌概率相关性很小。总时间（反应时运动时）和滑跌概率在0.01水平下具有显著相关性，通过足-地接触力的分析，进一步验证了这一结论。.（4）基于滑跌概率预测模型，对助行器稳定性控制策略进行了研究：通过比较受试者的正常足部和拟助行器足部的同步行走步态试验，研究了足部结构和功能对行走步态稳定性的影响程度，提出了在设计助行器及双足机器人足部结构时自由度配置策略；通过负重实验研究了置于人体躯干部位的助行器电源、控制器等质量较大的部件对行走稳定性的影响，进一步得出了助行器结构设计中的质量配置策略；.（5）为了进一步开展穿戴助行器后的稳定性研究，根据人体行走步态实验数据，完成了电动推杆驱动的10自由度助行器的整机设计，并在此基础上进行了穿戴助行器的步态仿真分析。. 在本项目资助下，目前在国内外学术刊物上发表或正式接收论文19 篇，其中已被EI收录9篇。取得授权发明专利2项、实用新型专利3项、软件著作权1项，已完成硕士学位论文10篇。在本项目的执行期间，项目组成员共参加国内外学术会议交流8次。 .本项目对于康复医疗事业、居住环境无障碍设计等领域的研究具有重要意义：构建的滑跌事故预测模型及行走稳定性的研究成果可以用于指导助行器及类人型机器人的设计，以实现真正意义上的步行功能代偿；还可为工作中滑跌损伤事故的预防提供理论基础。