पैर वाली गति में ग्राउंड संदर्भ बिंदु: परिभाषाएँ, जैविक पथ और नियंत्रण के निहितार्थ

ज़ीरो मोमेंट पॉइंट (ZMP), फुट रोटेशन इंडिकेटर (FRI) और सेंट्रोइडल मोमेंट पिवट (CMP) महत्वपूर्ण ग्राउंड संदर्भ बिंदु हैं जो बायोमैकेनिक्स और पैर वाली रोबोटिक्स में गति पहचान और नियंत्रण के लिए उपयोग किए जाते हैं। इस पेपर में, हम सामान्य मानव चलने के लिए इन संदर्भ बिंदुओं का अध्ययन करते हैं, और पैर वाली मशीन नियंत्रण में उनकी प्रासंगिकता पर चर्चा करते हैं। चूंकि FRI को पैर की घुमाव के संकेतक के रूप में प्रस्तावित किया गया था, हम यह अनुमान लगाते हैं कि FRI प्रारंभिक एकल समर्थन में ZMP का निकटता से अनुसरण करेगा जब पैर जमीन पर सपाट रहेगा, लेकिन फिर लेट एकल समर्थन में ZMP से महत्वपूर्ण रूप से बिखर जाएगा क्योंकि पैर हील-ऑफ के दौरान रोल करता है। इसके अतिरिक्त, चूंकि स्पिन एंगुलर मोमेंटम पूरे चलने के चक्र में छोटा रहना दिखाया गया है, हम यह अनुमान लगाते हैं कि CMP पूरे गेट चक्र के दौरान ग्राउंड सपोर्ट बेस को कभी नहीं छोड़ेगा, ZMP का निकटता से अनुसरण करेगा। हम इन अनुमानित सिद्धांतों का परीक्षण एक रूपात्मक रूप से यथार्थवादी मानव मॉडल और दस मानव विषयों से मापी गई गति और काइनेमेटिक गेट डेटा का उपयोग करके करते हैं जो स्व-चयनित गति पर चल रहे हैं। हम पाते हैं कि हील-ऑफ के दौरान FRI और ZMP के बीच औसत पृथक्करण दूरी उनकी मापन की सटीकता (पैर की लंबाई का 0.1%) के भीतर है। इसलिए, FRI बिंदु को पैर की घूर्णी त्वरक का एक पर्याप्त माप नहीं माना गया है और एक संशोधित FRI बिंदु प्रस्तावित किया गया है। अंततः, हम पाते हैं कि CMP कभी भी ग्राउंड सपोर्ट बेस को नहीं छोड़ता, और CMP और ZMP के बीच औसत पृथक्करण दूरी छोटी है (पैर की लंबाई का 14%)। यह दर्शाता है कि मानव शरीर कैसे स्तर की जमीन पर चलने में स्पिन एंगुलर मोमेंटम को नियंत्रित करता है।