2025年大学《智能体育工程》专业题库- 运动生物力学与智能运动控制方法

2025年大学《智能体育工程》专业题库——运动生物力学与智能运动控制方法考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。下列每小题备选项中，只有一个是符合题意的，请将正确选项的代表字母填在题后的括号内）1.在运动生物力学静力学分析中，用于描述物体在多个力作用下保持平衡状态的基本原理是（）。A.牛顿第一定律B.牛顿第二定律C.力的合成与分解原理D.力矩平衡原理2.下列哪个参数不属于描述人体关节运动学特性的指标？（）A.关节角度B.关节角速度C.关节角加速度D.关节瞬时功率3.根据牛顿第二定律，作用在物体上的合外力等于物体质量与（）的乘积。A.位移B.速度C.加速度D.角速度4.在分析跑动过程中的支撑阶段时，膝关节主要承受的力矩类型是（）。A.顺时针弯曲力矩B.逆时针弯曲力矩C.扭转力矩D.剪切力矩5.运动生物力学实验中，用于测量身体segments位置和姿态的设备通常是（）。A.测力台B.电动转椅C.光学追踪系统D.应变片6.在智能运动控制中，PID控制器主要依据（）三个输入信号来调整控制输出。A.设定值、实际值、误差B.速度、加速度、力C.角度、角速度、角加速度D.位置、时间、频率7.用于描述系统状态随时间变化规律的数学模型是（）。A.传递函数B.状态空间方程C.频率响应函数D.极点分布8.下列哪种智能控制方法常用于处理非线性、时变、不确定的系统？（）A.比例控制器(P)B.模糊控制器C.比例-积分控制器(PI)D.预测控制器9.在智能运动辅助系统中，利用机器学习算法识别运动员技术动作模式的主要目的是（）。A.记录运动数据B.提供实时反馈C.降低系统成本D.模拟运动生物力学10.传感器在智能运动控制系统中的作用主要是（）。A.执行控制指令B.提供能量供应C.测量运动状态信号D.储存运动历史数据二、填空题（每空1分，共15分。请将正确答案填写在横线上）1.运动学分析主要研究物体的______、______和______，而不考虑引起运动的力。2.力学中，力矩是力对物体产生______作用的量度，其方向遵循______定则。3.肌肉收缩时产生的力称为______，而其缩短或伸长产生的力称为______。4.运动生物力学参数的测量方法包括______测量、______测量和______测量。5.智能运动控制系统的核心任务通常包括______、______和______。6.基于神经网络的运动识别方法通常需要首先进行______，以训练模型学习运动特征。7.人机交互在智能运动控制系统中的作用是实现______与______之间的信息交换和指令传递。三、名词解释（每小题3分，共15分。请给出下列名词的precisedefinition）1.运动学分析(KinematicAnalysis)2.稳态运动(Steady-StateMotion)3.控制器(Controller)4.运动意图识别(MotionIntentRecognition)5.可穿戴传感器(WearableSensor)四、简答题（每小题5分，共20分。请简要回答下列问题）1.简述运动生物力学分析在智能运动技术诊断中的应用。2.比较开链运动和闭链运动在运动生物力学分析中的主要区别。3.简述模糊控制器在运动控制中的基本工作原理。4.列举至少三种在智能运动分析中常用的传感器类型及其主要功能。五、计算题（共15分。请根据题目要求进行计算，并写出必要的文字说明和公式）某运动员在水平地面上跑步，测得右侧膝关节在支撑阶段的最大屈曲角度为135°，膝关节中心位于身体重心前方0.15m处。假设此时膝关节中心受到的地面反作用力矩为50N·m（绕膝关节中心），试计算该瞬间膝关节需产生的内部屈曲力矩（忽略重力影响）。六、论述题（10分。请结合所学知识，围绕以下主题进行论述）论述智能运动控制系统如何利用生物力学原理优化运动员的技术动作表现。试卷答案一、选择题1.D2.D3.C4.B5.C6.A7.B8.B9.B10.C二、填空题1.位置，速度，加速度2.转动，右手螺旋3.张力，力4.测量仪器，标定，数据处理5.运动状态估计，控制律设计，反馈调节6.特征提取7.人，系统三、名词解释1.运动学分析：研究物体或人体各部分在空间中的位置、位移、速度、加速度等运动学参数，而不考虑引起这些运动的力或质量。2.稳态运动：指系统在受到外部输入或扰动后，经过暂态过程，其运动状态达到一种持续稳定、不随时间变化的平衡状态。3.控制器：在智能运动控制系统中，根据预设目标（设定值）与系统实际状态（反馈信号）之间的偏差，按照特定控制算法生成控制指令，用于调节被控对象（如机器人或人体）行为的部件。4.运动意图识别：利用传感器技术、信号处理和模式识别等方法，分析运动员的运动数据，自动识别其运动目标、技术动作模式或即将发起的动作。5.可穿戴传感器：集成在可穿戴设备（如服装、手套、头盔等）中，能够非侵入式地监测人体生理信号（如心率、肌电）、运动参数（如关节角度、步态）或环境信息的传感器。四、简答题1.解析思路：从测量到诊断。首先说明运动生物力学分析能量化动作参数（角度、速度、力量、效率等）；然后指出这些量化数据可以与标准动作模型或优秀运动员模型进行比较；最后说明比较结果能揭示动作的优缺点，为技术诊断提供客观依据。2.解析思路：抓住开链和闭链定义的核心区别。开链指末端执行器（如手或脚）相对于身体是自由的（如哑铃弯举、深蹲）；闭链指末端执行器与身体形成闭合环路（如跑步、蹲起）。分析两种结构下关节运动和力的传递路径、受力特点及运动学约束的不同。3.解析思路：阐述模糊控制的核心思想。说明它模拟人类模糊推理过程，用语言变量（如“大”、“中”、“小”）处理不确定性和非线性问题；解释其关键要素：模糊化（将精确量转为模糊集）、规则库（IF-THEN形式的专家经验规则）、推理机制（模糊逻辑运算）、解模糊化（将模糊输出转为精确控制量）。4.解析思路：列举并简述功能。可穿戴传感器类型包括：加速度传感器（测量线性加速度，用于步态分析、冲击检测）、陀螺仪（测量角速度，用于姿态、关节角度估计）、陀螺仪/加速度计融合传感器（提供更精确的姿态和位置信息）、肌电传感器（EMG，测量肌肉电活动，用于意图识别、力量分析）、压力传感器（测量接触压力，用于足底压力分布分析）、力传感器（测量关节或肢体受力）、温度传感器（测量体温变化）等。五、计算题解析思路：应用力矩平衡原理。明确研究对象是膝关节。根据题意，地面反作用力矩是外部输入，膝关节内部屈曲力矩是系统内部产生的反作用力矩。在膝关节中心建立旋转坐标系，假设地面反作用力矩试图使膝关节屈曲，则内部屈曲力矩应与之反向平衡（或根据题目要求的计算目的，可能直接计算内部力矩的大小而不考虑方向）。使用力矩公式M=F×L，其中M是力矩，F是作用力（由内部肌肉产生，题目未直接给出，但可以通过力矩平衡间接关联），L是力的作用臂（题目已给出膝关节中心到重心的距离）。题目直接给出了地面反作用力矩M_ground=50N·m，假设膝关节内部需产生的屈曲力矩M_internal来抵抗或产生此动作，则M_internal=M_ground=50N·m。（注意：题目简化了重力影响，实际分析可能更复杂，需考虑重力矩和肌肉主动力矩）。计算结果：膝关节需产生的内部屈曲力矩为50N·m。六、论述题解析思路：系统阐述智能运动控制系统如何借鉴生物力学原理。首先，系统利用生物力学模型（如运动学模型、动力学模型、肌肉模型）来精确模拟和预测人体运动。其次，通过生物力学参数测量