Knowledge on joint impedance during walking in various conditions is relevant for clinical decision making and the development of robotic gait trainers, leg prostheses, leg orthotics, and wearable exoskeletons. Whereas ankle impedance during walking has been experimentally assessed, knee and hip joint impedance during walking have not been identified yet. Here we developed and evaluated a lower limb perturbator to identify hip, knee and ankle joint impedance during treadmill walking. The lower limb perturbator (LOPER) consists of an actuator connected to the thigh via rods. The LOPER allows to apply force perturbations to a free-hanging leg, while standing on the contralateral leg, with a bandwidth of up to 39Hz. While walking in minimal impedance mode, the interaction forces between LOPER and the thigh were low (<5N) and the effect on the walking pattern was smaller than the within-subject variability during normal walking. Using a non-linear multibody dynamical model of swing leg dynamics, the hip, knee and ankle joint impedance were estimated at three time points during the swing phase for nine subjects walking at a speed of 0.5 m/s. The identified model was well able to predict the experimental responses, since the mean variance accounted for was 99%, 96%, and 77%, for the hip, knee and ankle respectively. The averaged across subjects stiffness varied between the three time point within 34-66 Nm/rad, 0-3.5 Nm/rad, and 2.5-24 Nm/rad for the hip, knee and ankle joint respectively. The damping varied between 1.9-4.6 Nms/rad, 0.02-0.14 Nms/rad, and 0.2-2.4 Nms/rad for hip, knee, and ankle respectively. The developed LOPER has a negligible effect on the unperturbed walking pattern and allows to identify hip, knee and ankle joint impedance during the swing phase.


翻译:有关在各种条件下行走过程中联合阻碍知识对于临床决策和发展机器人运动鞋训练员、腿假肢、脚脚脚和脚踝以及可以磨损的外表骨干。 脚踝阻力已经实验评估过, 步行过程中膝盖和臀部阻力还没有被确定出来。 在这里,我们开发并评价了一个下肢触动器,以辨别运动过程中的臀部、膝部和脚踝阻力。 下肢触动器(LOPER)是由一个通过棒连接大腿、腿假肢、脚脚踝和可磨损器组成的导动器构成。 LOPER允许将动动动脉触动器应用到自由的腿上,同时站在右腿上,带带带带宽至39Hz。 虽然在最低限度的阻力模式下,但LOPER和大腿之间的交互力却很低( < 5N5N5N) ) 。 使用非线性多体动动动动脉模型, 臀部、膝部、膝部和脚部、膝部和踝部间阻力阻力结合,估计在3个时点, 在摇动阶段, 方向上,N- 双部/右部/ 双部之间, 双部之间,在9部 双部/右部 双部 双部之间, 双部运动运动运动运动运动运动,在9部/直,在9个周期运动,在9个周期间,在9个周期运动间, 运动, 运动, 运动,在0.,在9个周期间,在0./直,在9节之间,在9节之间,在0.7节之间,在0.7节之间,在9节之间,在9节之间,在9节,在0.8节,在9节之间,在9节之间, 和直,直,在0.1和直,在0.1,在0.1,在0.1和直,在9节,在0.1,在9节,在0.1,在0.1,在0.1,在0.1,在0.1,在0.1和平均,在0.1,在0.1,在0.1至9节之间,在0.1至9节之间,在0.1至9节,在0.1至9,在0.1,在

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