基于生理信息反馈的跑步运动状态识别研究

发布时间：2020-05-25 18:35

【摘要】：随着跑步健身运动的普及,日常生活中的个体健身者由于缺乏有针对性且实时的跑步指导方法,通常在运动过程中达不到预期效果,且容易造成不必要的运动损伤。因此,个体对个性化生理运动状态识别与跑步运动指导方法的需求日渐突出。本文基于人体生理信息的反馈与评价技术,对12名健康男性被试者进行了以跑步机为载体的递增负荷与恒定负荷式跑步运动力竭实验,在实验过程中通过专业仪器获取被试者的运动实时心率信号与股直肌、股二头肌、胫骨前肌、腓肠肌外侧头的表面肌电信号时域指标RMS、频域指标MPF,利用主观量表采集运动者的主观疲劳RPE值。对实验数据进行相关统计处理,分析其在标准化时间下的走势与各指标间的相关性,探究能够有效反映与评价跑步运动强度与疲劳度的个性化指标与方法。实验结果显示:(1)被试者4块目标测试肌肉的表面肌电信号RMS与MPF指标均未在本次实验中识别显示出跑步运动的下肢肌肉疲劳,因此不能在本次研究及日常个体跑步运动过程中作为识别与评价跑步运动疲劳的有效指标。(2)递增负荷实验中,被试者的储备心率百分比%HRR与运动强度呈非常显著相关(p0.01),且有很强的线性关系,基于指标本身的个性化特征,证实%HRR可以作为不同运动个体的运动强度有效评价指标。(3)两次运动实验中%HRR与主观运动疲劳值RPE呈非常显著相关(p0.01),一定程度上证明%HRR能在跑步运动过程中有效反映个体综合运动疲劳状态。基于实验分析结果,利用%HRR指标进行应用研究,建立针对原实验目标人群在适宜强度下的个性化运动处方,搭建跑步机闭环控制智能硬件平台进行验证实验,追踪个体运动目标心率区间,动态调整跑步机发动机转速从而控制个体运动速度。实验结果表示,该运动处方与控制方法具有良好的可行性与合理性,能通过追踪目标心率帮助运动者保持合理的运动强度,延长运动时间,增加运动效果,并避免运动损伤的发生。本人希望通过此次课题研究,为相关运动科学研究者提供新的思考与实验研究基础,为未来的个体跑步运动提供相对科学、有效的个性化指导与控制方法。
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图 1-1 本文研究框架（图片来源：作者自绘）文结构安排文共分为六个章节，各章节的具体内容安排如下：一章为绪论。阐述本次论文研究的背景、目的意义、主要内容，以及研究本文主要的研究方法和论文结构。二章为文献研究。搜索国内外相关文献及研究成果，包括跑步健身科学运劳、运动强度检测与评价相关技术的文字资料、实验案例等，综合分析整

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其通过电极从肌肉表面采集神经肌肉生物电信号，并将其记录，放大，传导和反馈，从而进行肌肉功能、效率等的量化评定，是在体表无创检测肌肉活动的重要方法。表面肌电信号的采集系统工作流程如图2-1所示。图 2-1 表面肌电信号的采集系统工作流程（图片来源：百度）通过表面肌电信号法来采集、分析数据的特点有：可定量评定个体肌肉的功能；多靶点，，可采集不同的生理参数进行全身生理参数评定，并通过独立参考电极避免目标肌肉间的互相干扰；光纤传输，数据传输量大且稳定；实时性动态评估，更全面等。相对于利用针电极收取肌电信号，sEMG在实验数据采集方面具有无创性等优点，且操作更为简易方便，因此在体育科学、临床医学、人体工效学等领域都有着重要的实用性与研究价值。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN911.6;G822

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