Analysis in the curvature-velocity space of direction hanging during human walking
Analyse dans le plan courbure-vitesse d'un changement de direction lors de la marche
Résumé
Walking is one of the most usual action that humans perform in everyday life. Curved walking is a fundamental motor synergy that allows humans to move efficiently in space maintaining security. The purpose of this work is to investigate curved walking to identify locomotor invariant not only to enhance our understanding of human motion in a biomechanical and neuroscientific point of view but also to provide a model for the generation of realistic trajectories in computer graphics and humanoid robotics. The proposed approach considers human walking in the curvature-velocity space. Firstly, we develop a discrete method to define a turn based on the relation between mean curvature and mean velocity for each step of a subject, comparing these parameters with those of straight forward walking. Secondly, we seek for power law relations between curvature and velocity in one single turn. We demonstrate that such an inter-individual relation exists at the maximal curvature. Finally, we take interest in the complex situation of collision avoidance between two subjects to identify locomotor strategies. These strategies depend on the order of subjects crossing.
La marche est un moyen de locomotion essentiel pour l'être humain. La marche en courbe fait partie des synergies motrices fondamentales qui permettent de se déplacer en sécurité lorsqu'un sujet tourne dans un couloir ou évite un obstacle. Ce travail vise à approfondir l'étude de la marche en courbe afin de définir des invariants locomoteurs fondamentaux pour l'explication biomécanique et neuroscientifique du mouvement mais aussi pour la génération de trajectoires réalistes en animation et en robotique humanoïde. L'originalité de ce travail est de considérer la trajectoire locomotrice humaine dans l'espace défini par la courbure et la vitesse de la trajectoire.Dans un premier temps, nous proposons une définition objective du virage qui s'appuie sur la relation discrète entre la courbure moyenne et la vitesse moyenne de la trajectoire à chaque pas du sujet en comparaison avec ces mêmes paramètres en ligne droite. Puis, nous nous intéressons aux relations de type loi de puissance entre vitesse et courbure au cours d'un virage. Nous démontrons l'existence d'une relation inter-individuelle au maximum de courbure. Enfin, nous nous intéressons au cas plus complexe de l'évitement de collision entre deux marcheurs afin d'identifier les stratégies mises en place. Ces stratégies dépendent de l'ordre de passage des sujets.