2025年大學(xué)《智能體育工程》專業(yè)題庫——智能運(yùn)動(dòng)康復(fù)輔助器具設(shè)計(jì)與開發(fā)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.在智能運(yùn)動(dòng)康復(fù)輔具中，用于評(píng)估肌肉活動(dòng)狀態(tài)的關(guān)鍵生物電信號(hào)是？A.心電圖（ECG）B.皮膚電活動(dòng)（EDA）C.肌電信號(hào)（EMG）D.血氧飽和度信號(hào)（SpO2）2.下列哪種傳感器技術(shù)最適合用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)穿戴式康復(fù)輔具內(nèi)部的壓分布情況？A.光纖光柵傳感器B.超聲波傳感器C.壓力傳感器陣列D.霍爾效應(yīng)傳感器3.在步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練中，通過分析患者步態(tài)周期中各階段的角度變化來評(píng)估其運(yùn)動(dòng)功能，這種康復(fù)評(píng)估方法主要屬于？A.生理參數(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)估B.運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)估C.力學(xué)評(píng)估D.主觀感覺評(píng)估4.某外骨骼康復(fù)輔具需要根據(jù)用戶的肌肉力量實(shí)時(shí)調(diào)整支撐力度，這種控制方式最符合？A.開環(huán)控制B.閉環(huán)控制C.模糊控制D.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制5.對(duì)于需要長期穿戴的智能康復(fù)輔具，在選擇材料時(shí)優(yōu)先考慮的關(guān)鍵因素是？A.輕量化B.高強(qiáng)度C.生物相容性D.時(shí)尚外觀6.利用可穿戴設(shè)備收集用戶的康復(fù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫似脚_(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，這主要應(yīng)用了？A.人工智能技術(shù)B.物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)C.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)D.虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)7.在個(gè)性化康復(fù)訓(xùn)練方案制定中，人工智能技術(shù)可以主要用于？A.生成逼真的虛擬康復(fù)環(huán)境B.自動(dòng)化采集用戶的生理信號(hào)C.基于用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并推薦訓(xùn)練內(nèi)容D.控制康復(fù)輔具的精確運(yùn)動(dòng)軌跡8.以下哪項(xiàng)不是在設(shè)計(jì)智能康復(fù)輔具時(shí)必須重點(diǎn)考慮的人機(jī)工程學(xué)因素？A.輔具的重量和平衡性B.操作界面的復(fù)雜程度C.輔具與用戶身體的貼合度D.輔具的營銷推廣策略9.旨在幫助中風(fēng)患者恢復(fù)上肢精細(xì)運(yùn)動(dòng)功能的智能手套，其核心功能可能涉及？A.完全替代上肢進(jìn)行抓握B.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手部肌肉活動(dòng)并發(fā)送反饋C.產(chǎn)生強(qiáng)烈的視覺沖擊以吸引患者注意力D.自動(dòng)調(diào)整患者手臂的靜態(tài)姿勢(shì)10.智能運(yùn)動(dòng)康復(fù)輔具進(jìn)行臨床試驗(yàn)的主要目的是？A.驗(yàn)證輔具設(shè)計(jì)的藝術(shù)美感B.評(píng)估輔具的安全性、有效性和用戶體驗(yàn)C.測(cè)量輔具生產(chǎn)成本和利潤率D.展示輔具所使用的先進(jìn)芯片品牌二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上對(duì)應(yīng)位置）1.簡(jiǎn)述肌電信號(hào)（EMG）在智能康復(fù)輔具中的主要應(yīng)用及其面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。2.簡(jiǎn)述在設(shè)計(jì)需要移動(dòng)的智能康復(fù)輔具（如外骨骼）時(shí)，必須考慮的關(guān)鍵力學(xué)設(shè)計(jì)因素。3.簡(jiǎn)述物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)在智能康復(fù)輔具遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理中的應(yīng)用方式。4.簡(jiǎn)述“個(gè)性化康復(fù)”的概念，并說明智能技術(shù)如何支持個(gè)性化康復(fù)的實(shí)現(xiàn)。三、論述題（每題10分，共30分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上對(duì)應(yīng)位置）1.論述在為老年人設(shè)計(jì)智能跌倒檢測(cè)與報(bào)警輔具時(shí)，需要綜合考慮哪些關(guān)鍵因素（技術(shù)、用戶、環(huán)境、倫理等）。2.論述人工智能（AI）技術(shù)在提升智能運(yùn)動(dòng)康復(fù)輔具智能化水平方面具有哪些潛力，并舉例說明。3.論述將虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)融入康復(fù)訓(xùn)練過程中的優(yōu)勢(shì)與可能存在的局限性。四、設(shè)計(jì)題（15分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上對(duì)應(yīng)位置）假設(shè)需要為一類因下肢神經(jīng)損傷導(dǎo)致行走困難的患者設(shè)計(jì)一款具有姿態(tài)輔助和步態(tài)反饋功能的智能助行器。請(qǐng)闡述你的設(shè)計(jì)思路，需要明確：1.該助行器需要集成哪些關(guān)鍵傳感器或執(zhí)行器來實(shí)現(xiàn)其功能？2.簡(jiǎn)述其核心的輔助控制邏輯或反饋機(jī)制。3.在設(shè)計(jì)時(shí)，你特別關(guān)注哪些人機(jī)工程學(xué)或用戶體驗(yàn)問題？試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.B5.C6.B7.C8.D9.B10.B二、簡(jiǎn)答題1.應(yīng)用：肌電信號(hào)可實(shí)時(shí)反映肌肉活動(dòng)狀態(tài)，用于智能康復(fù)輔具的肌電控制（如外骨骼根據(jù)EMG信號(hào)輔助或抵抗運(yùn)動(dòng)）、康復(fù)訓(xùn)練的生物反饋（指導(dǎo)患者進(jìn)行更有效的肌肉收縮）、運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估（分析肌肉力量和募集模式）。挑戰(zhàn)：信號(hào)易受噪聲干擾（工頻、肌肉噪聲等）；信號(hào)幅度和頻率變化范圍大，且個(gè)體差異顯著；需要復(fù)雜的信號(hào)處理技術(shù)（濾波、特征提?。?；電極與皮膚接口的穩(wěn)定性和舒適性影響信號(hào)質(zhì)量。2.關(guān)鍵力學(xué)設(shè)計(jì)因素：（1）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度：確保輔具在承受用戶體重和運(yùn)動(dòng)沖擊時(shí)不會(huì)變形或損壞，同時(shí)提供足夠的剛度以穩(wěn)定支撐或限制有害運(yùn)動(dòng)。（2）重量與平衡：輔具自身重量需盡可能輕，避免給用戶額外負(fù)擔(dān)，并優(yōu)化重心分布，提高穿戴的舒適性和操控性。（3）人機(jī)接口匹配：輔具與用戶身體接觸部位的形狀、尺寸需與人體解剖結(jié)構(gòu)良好匹配，確保穩(wěn)定固定，避免壓迫或滑動(dòng)。（4）運(yùn)動(dòng)自由度設(shè)計(jì)：根據(jù)康復(fù)需求，合理設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)的自由度，使輔具能模擬或輔助用戶自然的運(yùn)動(dòng)模式。（5）能量消耗與效率：對(duì)于電動(dòng)輔具，需考慮傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率，減少能量損耗。3.應(yīng)用方式：（1）數(shù)據(jù)采集與傳輸：輔具內(nèi)置傳感器采集用戶的生理信號(hào)、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)等，通過內(nèi)置通信模塊（如Wi-Fi,Bluetooth,Zigbee）或可穿戴設(shè)備，將數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)皆贫嘶虮镜胤?wù)器。（2）遠(yuǎn)程監(jiān)控與展示：醫(yī)護(hù)人員或家屬可通過手機(jī)APP、電腦網(wǎng)頁等終端，實(shí)時(shí)查看用戶的康復(fù)數(shù)據(jù)、輔具工作狀態(tài)，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。（3）數(shù)據(jù)分析與評(píng)估：云平臺(tái)對(duì)收集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和分析，生成康復(fù)報(bào)告，評(píng)估康復(fù)進(jìn)展，輔助臨床決策。（4）遠(yuǎn)程指導(dǎo)與干預(yù)：系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)設(shè)方案或AI分析結(jié)果，向用戶推送康復(fù)訓(xùn)練指令或提示；在特定情況下，可遠(yuǎn)程調(diào)整輔具參數(shù)或提供振動(dòng)/聲音反饋進(jìn)行干預(yù)。（5）設(shè)備管理與維護(hù)：遠(yuǎn)程監(jiān)控輔具的電量、連接狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警和遠(yuǎn)程維護(hù)，提高使用效率。4.概念：個(gè)性化康復(fù)是指根據(jù)每位患者的具體康復(fù)需求、身體狀況、進(jìn)展速度、偏好等個(gè)體化差異，制定并調(diào)整獨(dú)特的康復(fù)目標(biāo)和訓(xùn)練方案。智能技術(shù)支持：（1）精準(zhǔn)評(píng)估：智能輔具和傳感器可連續(xù)、客觀地收集患者的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)、生理反應(yīng)等數(shù)據(jù)，為個(gè)性化方案提供依據(jù)。（2）智能決策：AI算法可根據(jù)收集的數(shù)據(jù)分析患者狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整訓(xùn)練強(qiáng)度、內(nèi)容、頻率，或推薦最適合的訓(xùn)練模式。（3）自適應(yīng)訓(xùn)練：系統(tǒng)根據(jù)患者的實(shí)時(shí)反饋和進(jìn)步情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整康復(fù)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)“千人千面”的訓(xùn)練體驗(yàn)。（4）遠(yuǎn)程交互：患者可通過智能設(shè)備在家進(jìn)行個(gè)性化訓(xùn)練，并接受遠(yuǎn)程指導(dǎo)，打破地域限制，提高依從性。（5）效果追蹤：持續(xù)記錄和分析康復(fù)數(shù)據(jù)，直觀展示效果，幫助患者和醫(yī)生了解個(gè)性化方案的有效性。三、論述題1.關(guān)鍵因素論述：設(shè)計(jì)智能跌倒檢測(cè)與報(bào)警輔具需綜合考慮：技術(shù)層面：跌倒檢測(cè)算法的準(zhǔn)確性（區(qū)分摔倒與日常動(dòng)作）、響應(yīng)速度、傳感器（如加速度計(jì)、陀螺儀、G-Sensor組合）的可靠性、無線通信的穩(wěn)定性和功耗、報(bào)警系統(tǒng)的有效性（聲音、燈光、短信/電話通知）。用戶層面：輔具的佩戴舒適性、易操作性（如一鍵報(bào)警）、續(xù)航能力、外觀接受度，尤其要考慮老年用戶的認(rèn)知能力和操作習(xí)慣。環(huán)境層面：考慮輔具在不同光照、溫度、地面材質(zhì)環(huán)境下的工作穩(wěn)定性，以及是否需要集成GPS等定位功能以輔助救援。倫理與隱私層面：必須保障用戶數(shù)據(jù)的安全和隱私，明確數(shù)據(jù)使用權(quán)限，避免濫用；報(bào)警功能需避免誤報(bào)導(dǎo)致用戶騷擾或隱私泄露；設(shè)計(jì)應(yīng)尊重用戶尊嚴(yán)，避免過度監(jiān)控感。成本與可及性：輔具的價(jià)格需在目標(biāo)用戶群體（尤其是老年人）可承受范圍內(nèi)，確保其普及應(yīng)用。2.潛力與舉例論述：AI技術(shù)潛力巨大，可提升智能化水平：潛力一：智能診斷與預(yù)測(cè)。AI可通過分析大量患者數(shù)據(jù)，建立模型，輔助醫(yī)生更快速、準(zhǔn)確地診斷運(yùn)動(dòng)功能障礙的類型和嚴(yán)重程度，并預(yù)測(cè)康復(fù)進(jìn)程和潛在風(fēng)險(xiǎn)。舉例：基于深度學(xué)習(xí)的步態(tài)分析系統(tǒng)，可自動(dòng)識(shí)別異常步態(tài)模式，預(yù)測(cè)跌倒風(fēng)險(xiǎn)。潛力二：個(gè)性化康復(fù)方案生成。AI可根據(jù)患者的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋，動(dòng)態(tài)優(yōu)化康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)真正的個(gè)性化指導(dǎo)。舉例：AI驅(qū)動(dòng)的智能外骨骼，能根據(jù)用戶肌肉力量變化實(shí)時(shí)調(diào)整支撐力度和訓(xùn)練模式。潛力三：增強(qiáng)人機(jī)交互與控制。AI可實(shí)現(xiàn)更自然、更智能的人機(jī)協(xié)同控制，如通過腦機(jī)接口或更高級(jí)的肌電模式識(shí)別控制輔具。舉例：AI算法解碼復(fù)雜的肌電信號(hào)意圖，用于控制機(jī)械臂或假肢的精細(xì)動(dòng)作。潛力四：智能康復(fù)機(jī)器人。AI可使康復(fù)機(jī)器人具備自主規(guī)劃任務(wù)、適應(yīng)患者能力、提供情感交互等能力。舉例：情感計(jì)算的康復(fù)機(jī)器人，能感知患者情緒并調(diào)整交互方式，提高康復(fù)趣味性和依從性。潛力五：自動(dòng)化數(shù)據(jù)管理與解讀。AI可自動(dòng)處理和分析海量的康復(fù)數(shù)據(jù)，提取關(guān)鍵信息，減輕醫(yī)護(hù)人員負(fù)擔(dān)。舉例：AI自動(dòng)生成康復(fù)報(bào)告，標(biāo)記異常數(shù)據(jù)點(diǎn)，輔助醫(yī)生決策。3.優(yōu)勢(shì)與局限性論述：VR/AR融入康復(fù)優(yōu)勢(shì)：優(yōu)勢(shì)一：增強(qiáng)趣味性與參與感。VR可創(chuàng)造沉浸式、游戲化的康復(fù)環(huán)境，將枯燥的訓(xùn)練變得有趣，提高患者主動(dòng)參與康復(fù)的積極性。優(yōu)勢(shì)二：提供安全可控的訓(xùn)練環(huán)境?？赡M真實(shí)或極端場(chǎng)景（如模擬崎嶇地形進(jìn)行平衡訓(xùn)練），在安全環(huán)境中提升患者應(yīng)對(duì)能力，或讓患者進(jìn)行高風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)作訓(xùn)練（如高空作業(yè)模擬）時(shí)的肌肉記憶訓(xùn)練。優(yōu)勢(shì)三：客觀量化評(píng)估。VR/AR系統(tǒng)可精確記錄患者的動(dòng)作軌跡、速度、準(zhǔn)確度等，提供客觀的量化評(píng)估數(shù)據(jù)。優(yōu)勢(shì)四：遠(yuǎn)程康復(fù)支持?；颊呖稍诩抑型ㄟ^VR設(shè)備接受遠(yuǎn)程指導(dǎo)，或參與虛擬康復(fù)社區(qū)，突破地理限制。優(yōu)勢(shì)五：治療心理問題。VR可用于暴露療法（如恐懼癥、PTSD）或認(rèn)知功能訓(xùn)練。局限性：局限性一：成本較高。高質(zhì)量的VR/AR設(shè)備（頭顯、傳感器、開發(fā)平臺(tái)）價(jià)格昂貴，限制了其普及。局限性二：技術(shù)門檻。需要專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)備設(shè)置、程序開發(fā)和效果評(píng)估。局限性三：可能引起眩暈或不適。部分用戶長時(shí)間使用VR設(shè)備可能出現(xiàn)眩暈、惡心等不適感。局限性四：過度依賴屏幕?？赡苡绊懟颊叩恼鎸?shí)社交互動(dòng)和自然環(huán)境感知能力。局限性五：并非所有康復(fù)都適用。對(duì)于需要精細(xì)真實(shí)觸覺反饋或重負(fù)荷訓(xùn)練的康復(fù)項(xiàng)目，VR/AR效果有限。局限性六：數(shù)據(jù)隱私與倫理問題。沉浸式環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集可能涉及更深的隱私問題。局限性七：個(gè)體差異適應(yīng)問題。不同用戶的視覺、聽覺敏感度不同，需要個(gè)性化設(shè)置。四、設(shè)計(jì)題1.設(shè)計(jì)思路：*關(guān)鍵傳感器/執(zhí)行器：*傳感器：（1）慣性測(cè)量單元（IMU）：（包含加速度計(jì)和陀螺儀）佩戴在用戶大腿、小腿或腳踝處，用于檢測(cè)姿態(tài)變化、步態(tài)相位、跌倒事件。（2）壓力傳感器：（可選）集成在助行器底部或腳墊，用于檢測(cè)地面接觸狀態(tài)和壓力分布，輔助判斷步態(tài)穩(wěn)定性。（3）肌電傳感器（EMG）：（可選）佩戴在用戶大腿或小腿肌肉處，用于判斷用戶主動(dòng)運(yùn)動(dòng)意圖，實(shí)現(xiàn)更自然的輔助控制。（4）GPS模塊：（可選）用于記錄用戶活動(dòng)位置，便于緊急情況下的定位和救援聯(lián)系。*執(zhí)行器：（1）電機(jī)/線性執(zhí)行器：驅(qū)動(dòng)助行器的升降或側(cè)向滑動(dòng)，提供姿態(tài)支撐或步態(tài)輔助力。（2）振動(dòng)馬達(dá)：集成在助行器或用戶佩戴的設(shè)備上，用于提供步態(tài)反饋（如提示開始行走、糾正步態(tài)）或安全警報(bào)。*核心控制邏輯/反饋機(jī)制：*姿態(tài)輔助：IMU實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶重心晃動(dòng)和姿態(tài)角度。當(dāng)檢測(cè)到潛在失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)（如重心過快偏移、角度超過閾值）時(shí)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)/執(zhí)行器快速提供反向支撐力或調(diào)整助行器高度/位置，維持穩(wěn)定。*步態(tài)反饋：（結(jié)合IMU和/或EMG信號(hào)）根據(jù)用戶的步態(tài)周期（如支撐相、擺動(dòng)相），通過振動(dòng)馬達(dá)向用戶提供可感知的反饋。例如，在支撐相開始時(shí)振動(dòng)提示用戶準(zhǔn)備邁步，或在擺動(dòng)相末期振動(dòng)提示用戶腳跟落地。反饋的時(shí)機(jī)和強(qiáng)度可根據(jù)用戶情況和訓(xùn)練目標(biāo)調(diào)整。*輔助控制邏輯示例：若同時(shí)集成EMG，可設(shè)計(jì)為：當(dāng)IMU檢測(cè)到步態(tài)模式符合行走，且同時(shí)檢測(cè)到目標(biāo)肌肉（如腘繩?。┯休^強(qiáng)的EMG信號(hào)（表示用戶嘗試發(fā)力）時(shí)，電機(jī)才提供輔助力，實(shí)現(xiàn)部分力量輔助；若僅檢測(cè)到IMU模式但無EMG信號(hào)，則不提供或僅提供最小支撐。*關(guān)注的人機(jī)工程學(xué)/用戶體驗(yàn)問題：*舒適性：助行器結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)，重量分布合理；選