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本文主要通过研究人体上肢旋转运动的基本特性,讨论其中的神经计算原理和神经机制。为了探索这个问题,我们选取曲柄转动机构中作为人体手臂运动的实现装置,通过建立动力力学模型,考查上肢运动所具有的基本特性,例如手臂运动轨道呈近似直线,手臂切向速度呈钟形等。
首先,在大量上肢运动的优化准则基础上,根据神经输入传导到肌肉产生肌肉信号的原理,我们提出利用简化肌电图以得到肌肉力函数,通过力臂矩阵将肌肉力向量映射到关节转矩向量的方法来进行仿真。仿真结果与实验数据进行对比,结果证明人类上肢运动中的神经作用正如假设一样,由肌电信号(EMG)的形式表现,并可以量化计算并讨论其中的神经机制。由肌电信号对应产生肌肉力的启示,随后对上肢周期性旋转运动所需要的肌肉力来源——两大主要肌肉群,屈肌和伸肌,建立中枢模式发生器(CentralPattern Generator,CPG)模型已得到周期性旋转所需要的周期性肌肉力。结果表明,通过CPG模型得到肌肉力的方法比近似处理EMG的方法在得到上肢旋转运动基本特性方面,与实验结果有着更好的一致性。