健康人在不同速度、步长和步宽下行走的生物力学数据集

摘要:人类在标准条件下(如自选步长和偏好速度)的行走生物力学已有详尽记录。然而,在日常生活中,人们能够且确实会以各种不同的步长和速度行走。不同步态条件下生物力学的变化,对于描述和确定运动力学可能至关重要。为解决这一问题,本文提供了一个开放的生物力学数据集,涵盖多种稳定行走条件,包括 33 种通过实验控制的速度(0.7 – 2.0 米 / 秒)、步长(0.5 – 1.1 米)和步宽(0 – 0.4 米)组合。该数据集包含 10 名健康年轻人的地面反作用力和运动数据,分别通过分体式皮带仪器化跑步机和运动捕捉系统采集。大多数试验还包括预先计算的逆动力学数据,如三维关节位置、角度、扭矩、功率以及节段间力。除原始数据外,还为每个试验提供 5 个无伪影的高质量步态数据,并提供用于可视化和分析的示例软件。

研究背景

人类日常行走会调整步长、速度和步宽,但相关生物力学研究多针对标准条件。本研究提供的数据集有助于描述这些调整,为肌肉骨骼和其他生物力学模型提供参考。

方法

实验方案:参与者在仪器化跑步机上以 33 种不同的速度、步长、步频和步宽组合行走,记录 60s 稳态步态数据。实验有五种约束条件,包括不同速度的偏好行走、可变步长或可变速度行走、固定速度下不同步长和步频组合行走以及可变步宽行走。
实验过程:实验前进行 6 分钟练习熟悉部分试验,确定个人偏好步长和步频。正式实验包括 33 次测试试验,中间和结尾重复偏好行走试验,其他试验顺序随机。
数据采集与分析:用测力平台和运动捕捉系统分别采集地面反作用力和运动数据,经 Visual3D 处理得到逆动力学数据,再导出到 MATLAB 进一步分析,选取 5 个高质量步态数据 。

数据说明

原始数据(Level 1):以 C3D 格式存储,每个参与者每次试验对应一个文件,包含力和标记点位置信息。
逆动力学数据(Level 2):用 Visual3D 处理原始数据得到,以 CMO 格式存储,每个参与者一个文件,包含所有试验数据。
导出数据(Level 3):逆动力学变量导出为 MAT 格式,每个参与者的所有试验数据合并为一个文件,还单独存储 5 个高质量步态数据文件。

Marker点放置位置
数据工作流

数据集目录(14.5 GB)

  • Level 1 - C3D files.zip
  • Level 2 - CMO files.zip
  • Level 3 - MATLAB files.zip
  • 原文.pdf
  • trial_look_up.xlsx
资源下载
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原文链接:https://biomechanics.tech/dataset/a-biomechanics-dataset-of-healthy-human-walking-at-various-speeds-step-lengths-and-step-widths/,转载请注明出处。
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