44、人体上肢运动协同性：任务目标与负载的影响

人体上肢运动协同性：任务目标与负载的影响

人体上肢在日常生活中展现出丰富多样的功能行为，但这些多样的动作源于有限的不变单元——由基本运动基元组成的协同基础。然而，人体运动必然与外部环境相互作用，任务目标和负载等因素可能会影响这些协同性，进而影响基于这些规律的可穿戴机器人的控制。因此，阐明外部因素对人体上肢运动协同性的影响是一个亟待解决的挑战。

1. 研究背景与动机

运动协同性表明肢体间不同的自由度并非相互独立，而是相互耦合以确保人体肢体的协调运动。这种协同性常用于拟人机器的设计与控制，如假肢、康复外骨骼和辅助外骨骼等。然而，尽管可穿戴机器人不断发展，但人机交互仍受限于拟人化和灵活性不足的问题，特别是在外部条件变化时，统一应用通用运动基元概念进行控制会加剧可穿戴机器人与环境的交互问题。因此，研究人体与环境交互过程中的运动内在规律，并将这些规律应用于可穿戴机器人的控制，有望提高康复效果和肢体残疾人士及其他用户的生活质量。

此前，研究人员已对人体上肢运动协同性展开了广泛研究。例如，Bockemuehl等人利用运动捕捉系统获取了手臂和肩带在自然运动中10个自由度的空间运动数据，将协同研究拓展到三维领域；Averta等人提出了一种将时间作为变量纳入协同性描述人体运动的动态方法，展示了人体上肢运动协同性的时间变化特性。但这些方法主要关注基于多运动平均的通用运动基元，以最大程度覆盖运动信息，忽略了不同运动任务和任务需求差异的影响。

2. 研究方法

本研究采用了一系列方法来探究任务目标和任务需求等因素对运动协同性的影响。
- 计算角位移数据 ：将实验中收集的观测点三维数据转换为上肢各自由度的角位移，以量化