Biomechanical modeling of the 3D center of mass trajectory during walking

Modélisation biomécanique de la trajectoire 3D du centre de masse au cours de la marche

¹ Institut Pprime, CNRS UPR 3346, Futuroscope, France
² Université de Poitiers, Poitiers, France
³ IRCCyN, CNRS UMR 6597, Nantes, France

Received: 20 October 2012
Accepted: 28 January 2013

Abstract

In this study, we propose to simulate the center of mass trajectory during walking using a tridimensional Extended Inverted Pendulum model. For the single support trajectory simulation, we consider a modified tridimensional inverted pendulum introducing the forward displacement of its pivot point as the center of pressure translation. The model introduces a representation of the double support center of mass trajectory using the displacement of a tridimensional single pendulum around a mobile double support pivot point. The results show that the introduction of the center of pressure and the double support pivot point translations leads to reduce the center of mass vertical excursion. Besides, the model accurately predicts the center of mass lateral displacements whatever the chosen combination of stride length and width, and walking speed.

Résumé

Nous proposons dans cette étude un modèle pendule inversé 3D étendu pour la simulation de la trajectoire du centre de masse au cours de la marche. Nous considérons pour la phase de simple appui un pendule inversé 3D étendu intégrant le déplacement de son point de pivot, c’est-à-dire la translation du centre de pression. Le modèle introduit une modélisation de la phase de double appui à travers la cinématique 3D d’un pendule simple autour de son point de pivot mobile. Nos résultats montrent que l’introduction de la translation du centre de pression et celle du point de pivot en double appui dans le modèle diminue l’excursion verticale du centre de masse. Aussi, le modèle prédit remarquablement les déplacements latéraux du centre de masse quelque soit la combinaison vitesse de marche – longueur de pas – largeur de pas choisie par le sujet.