摘要
日常生活中人们因障碍物而绊倒的现象十分常见，目前国内外对于老年人平地行走步态特征的变化展开了大量研究，但对跨越障碍时步态特征变化的研究仍存在许多不足，尤其是附加其它干扰因素（如负重）时的步态特征变化。据此，提出本文的研究目的，即针对人体负重状态下跨越障碍物的步态特征变化，利用VICON三维运动步态捕捉系统与步态分析手段探究人体下肢在跨障运动过程中的步态变化。 本研究共招募了19名健康男性受试者，其中青年组11人，老年组7人。要求每位受试者分别在四种不同的负重方式下(无负重，右手负重5kg，左手负重5kg，双手分别负重2.5kg)完成左脚领先跨越障碍物和右脚领先跨越障碍物时的跨障行走试验。每种条件下须完成8次重复行走试验。试验过程中要求受试者保持自然放松，以自选的正常行走速度完成行走。采集受试者行走试验中的时-空步态参数并进行分析。 根据对相关研究的调查与分析，本文提出了四条假设:其一，假设老年组步态差异较大，与青年组相比较，老年组需要为跨障做出更多的准备;其二，假设负重会对运动控制产生更高的要求，且单侧负重会进一步增大在跨越障碍过程中的危险性;其三，假设使用非优势肢体率先跨越障碍物时可能会增大跨越障碍物时跌倒的风险。其四，假设各因素之间的交互作用将会引起人体步态的变化。为验证以上四条假设，本文采用单因素方差分析和双因素方差分析以及Tukey检验法，探索各单因素以及双因素对人体时-空步态参数的影响。 结果表明，假设一部分成立，即相比于青年组，老年组步态差异较大，然而，与最初的假设相反，老年组并不需要为跨障做出更多的准备;假设二部分成立，单侧负重的方式会对人体在水平面上的左右侧运动控制产生更高的要求，但同时双侧负重更多的束缚了人体上肢的摆动运动，因此难以判定那种方式对人体运动更有利，需要进一步的探索研究。假设三成立，在非优势肢体领先跨越障碍物时会变得更不稳定，但从完整的跨障过程来看，使用非优势侧肢体领先跨越障碍物为更优的跨障策略。假设四成立，各双因素之间的交互作用均对步态参数产生了显著性影响。 最后，根据试验研究所得出的人体跨障运动数据和结论，以天津科技大学研发的TUST-3为结构基础，提出具体可行的应用方案，为下肢外骨骼康复机器人等人形机器人跨障运动的设计提供理论支撑。
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