人体运动协调规律及其参数化描述

人体运动协调规律的研究对于探讨人体运动机理和与人脑活动的关系有重要意义，可应用于临床诊断，康复工程，人机工程学，体育科学以及仿生机构的控制和制造等许多领域。目前对于人体运动协调规律的描述仅限于轨迹拓扑结构分析和关节角度的固定比例变化，尚不能对人体运动协调规律进行有效的量化描述。本论文针对该问题，对人体运动协调规律进行了研究，主要包括以下几个方面： 1．将Fitts定律推广到二维极坐标下，并以此为基础建立了矢状面内的人体运动质量评定方法，定义了上肢运动的难度指标、执行度指标和下肢运动的对称性指标，提出了一套能反映运动质量各方面情况且具有普遍意义的运动质量评价指标。为运动功能和运动协调能力的宏观特性的描述与评定提供了科学、客观评价的依据。 2．利用三角函数和指数函数，建立了人体关节角度之间协调元的函数描述方法。通过函数参数矩阵对人体运动协调规律和协调元进行了量化描述，为揭示人体运动控制机理提供了手段。 3．利用运动质量评定指标和函数描述方法对人体上肢触点运动进行了运动质量评定和关节角度的函数拟合。指出了触点运动中上肢终端轨迹的不变性，探讨了终端轨迹和运动质量的影响因素，定义了上肢关节角度间的功能协调元。 4．利用对称性指标和函数描述方法对人体下肢在不同条件下的正常步态进行了对称性分析和关节角度的函数拟合并进行了比较。探讨了不同路况和不同步态模式下的步态特征及其影响因素，定义了下肢关节角度之间的功能协调元。 5．利用对称性指标对人体下肢特殊步态进行了步态特征和步态对称性的比较分析。探讨了非对称步态的特征及其影响因素。 本文的研究结果为量化描述人体运动协调规律提供了有效手段，为人体运动机理的进一步研究提供了方法和思路。 本文的工作得到了国家自然科学基金（No. 59905015）和国家95科技攻关项目（No. 96-920-20-14）的资助。