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随着机器人技术的发展及其在康复领域的应用,康复机器人相关的研究越来越广泛,其中就包括基于机器人技术的康复评估方法,这种评估方法较之传统的评估方法更为客观,评估周期更短,敏感度更高,而且获取的信息更为全面。在基于机器人技术的评估方法中,人体机械阻抗特性常被用于判断人体肌肉的活动状态,用于避免肌肉痉挛以及强直问题的发生。由于运动中的人体机械阻抗较难测量,目前人体机械阻抗相关的研究多是针对静态下的人体机械阻抗特性展开的,然而运动中的人体机械阻抗特性更能揭示大脑在人的运动过程中采取的控制策略,更能反应人的运动学习效果以及运动能力的变化,基于此本文主要针对运动中的人体机械阻抗特性展开了研究。本文的目的主要是研究一种较为简便的运动中的人体机械阻抗特性获取方法,以及研究人体机械阻抗特性,尤其是运动中的人体机械阻抗特性在康复领域中的应用方法及其可能性。本研究主要内容包括: ⑴对不同情况下的人体机械阻抗获取算法展开研究,并尝试设计一种能够对静态下以及动态下的人体机械阻抗值进行测量的装置。在该装置的基础上,本文结合虚拟运动环境,提出了一种虚拟运动中的人体机械阻抗测量方法,由于该方法简洁有效,本文期望用该方法替代或者部分替代真实运动中的人体机械阻抗测量方法。 ⑵设计了一种虚拟运动中的人体机械阻抗测量方法,基于该方法,依次对静态下的机械阻抗特性以及虚拟运动中的人体机械阻抗特性展开实验研究,分析这两个特性与运动功能之间的关系。通过设计不同的实验,研究静态下的人体机械阻抗特性与虚拟运动中的人体机械阻抗特性的异同,并研究虚拟运动中刚性特性与运动学习效果。运动精确性等运动特性之间的关系,以及对虚拟运动中的刚性特性能否完全替代真实运动中的刚性特性展开了研究。 ⑶提出一种基于运动学质量要求的控制策略,本文认为人在进行快速到达运动时,大脑即采取了这种策略。基于该策略,本文认为在线调整功能的缺失不仅会影响人的抓握能力,以及导致共济失调的现象发生,还会影响到快速到达运动的运动学性能。而通过对快速到达运动过程中刚性阻抗特性的观测,可以判断在线调整功能在运动中的参与度,进一步可以反映出运动能力的状况。本文通过仿真研究,实验研究,以及结合以往实验数据分析的方法验证该策略的正确性。 ⑷为了获取运动中的人体机械阻抗特性,本文设计了一种结合了人体机械阻抗测量功能的上肢康复机器人装置,该装置除了能够进行阻抗测量外,还具有以下特色:具有主动训练、被动训练等多种模式;结合了多种虚拟康复游戏;能够实时记录多通道的运动信息等等。另外,该装置还从技术的角度上保障人体机械阻抗在运动功能评估中应用的可能性。