重慶大學碩士學位論文 中文摘要 摘 要 偏癱運動障礙是最為常見的腦卒中后癥狀，由于心腦血管疾病和其他意外導 致的上肢運動功能障礙不僅給患者群體帶來了極大的身心傷害也對社會造成了沉 重的負擔。借助上肢康復(fù)助力裝置進行康復(fù)訓練是恢復(fù)和重構(gòu)運動功能的有效途 徑。當前的許多上肢康復(fù)助力裝置都是以固定運動模式進行康復(fù)訓練，這種單一 的訓練方式?jīng)]有充分的考慮人體關(guān)節(jié)的正常運動模式，因此如何使多自由度的上 肢康復(fù)設(shè)備在時間空間上盡可能配合人體關(guān)節(jié)的真實運動是當前康復(fù)工程領(lǐng)域的 研究熱點。在國家 863 項目 “基于多源生物信息解碼的智能交互控制技術(shù)與系統(tǒng) （2015AA042303 ）”支持下，本文設(shè)計了一種基于上肢多關(guān)節(jié)運動協(xié)同模式的新 型運動控制策略，旨在改善傳統(tǒng)上肢康復(fù)設(shè)備的固定訓練模式，以適應(yīng)肢體關(guān)節(jié) 的真實運動模式和軌跡，滿足上肢康復(fù)助力設(shè)備在偏癱患者群體中的應(yīng)用需求。 目標物夠取是上肢最基本的運動功能，本文首先研究了偏癱患者在進行上肢 伸夠運動過程中的運動模式異常及肌電活動異常，設(shè)計了3 個位置的目標任務(wù)（同 側(cè)、中側(cè)和對側(cè)）并采集了 3 名健康受試者及2 名不同程度的偏癱患者的運動學 數(shù)據(jù)及肌電信號，結(jié)果表明患者在能夠基本完成相應(yīng)運動的基礎(chǔ)上仍表現(xiàn)出病理 性的上肢運動模式，嚴重的運動功能障礙患者難以通過肌肉收縮帶動肢體完成相 應(yīng)的目標任務(wù)并伴隨著嚴重混亂的肌肉協(xié)同模式。 在此基礎(chǔ)上進一步研究了上肢多關(guān)節(jié)的運動協(xié)同模式。實驗設(shè)計了多方向多 角度的 10 個目標任務(wù)位置并采集了 10 名健康受試者在上肢伸夠運動過程中的上 肢多關(guān)節(jié)運動學數(shù)據(jù)。我們定義了肩關(guān)節(jié)前屈/后伸，肩關(guān)節(jié)外展/ 內(nèi)收，肩關(guān)節(jié)內(nèi) 旋/外旋和肘關(guān)節(jié)屈曲/伸展四個關(guān)節(jié)角度，通過數(shù)據(jù)預(yù)處理后構(gòu)建關(guān)節(jié)角速度矩陣， 隨后利用主成分分析提取上肢多關(guān)節(jié)的運動協(xié)同模式，并對不同受試者的運動協(xié) 同模式進行了相關(guān)性分析，最后使用不同個數(shù)的協(xié)同模式對運動數(shù)據(jù)進行信號重 構(gòu)。結(jié)果表明：前四個運動協(xié)同模式可解釋超過原始數(shù)據(jù) 94%的方差，即上肢的 復(fù)雜伸夠運動可由四個協(xié)同模式（或主成分）的線性組合表征，其次運動協(xié)同模 式配合方式會根據(jù)目標任務(wù)位置而發(fā)生動態(tài)變化，最后從數(shù)據(jù)重構(gòu)曲線中可知不 同協(xié)同模式對肢體運動具有不同的貢獻，即低維協(xié)同模式已經(jīng)能夠基本反應(yīng)出運 動速度的整體變化趨勢，但仍需要高維協(xié)同模式的參與才能使重構(gòu)運動更接近于 真實運動。 最后，本文設(shè)計了虛擬手臂用于上肢運動協(xié)同模式的運動控制模擬及效果演 示。分別選擇了不同個數(shù)的協(xié)同模式進行運動數(shù)據(jù)重構(gòu)并計算了各關(guān)節(jié)的角度變 化曲線，實現(xiàn)了基于虛擬上肢平臺的上肢多關(guān)節(jié)運動協(xié)同模式的運動控制模擬； I 重慶大學碩士學位論文 中文摘要 同時分別研究了不同運動協(xié)同模式重構(gòu)對末端執(zhí)行器空間誤差的影響。結(jié)果顯示， 上肢的運動協(xié)同模式可作為上肢康復(fù)助力外骨骼的控制策略，同時增加參與重構(gòu) 的協(xié)同模式個數(shù)可以有效降低末端執(zhí)行點與真實目標位置的誤差，這有利于優(yōu)化 上肢康復(fù)設(shè)備的精確控制策略。 本課題提出并初步驗證了基于上肢多關(guān)節(jié)的運動協(xié)同模式的運動控制策略， 使多自由度康復(fù)裝置極大程度的配合人體關(guān)節(jié)的真實運動模式，提高偏癱患者的 康復(fù)訓練效果，為后續(xù)的上肢康復(fù)助力裝置的控制策略提供了新的思路。 關(guān)鍵詞：上肢運動；運動協(xié)同模式；主成分分析；運動控制模擬；運動康復(fù) II 重慶大學碩士學位論文 英文摘要 Abstract Hemiplegia is currently reported to be the most common post-stroke symptom. The upper limb physical disability caused by cardiovascular and cere

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網(wǎng)址: 上肢多自由度運動協(xié)同分析及康復(fù)訓練運動模擬.pdf http://www.u1s5d6.cn/newsview93027.html