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上肢伸展姿势及运动轨迹预测

郭璐  
【摘要】: 上肢伸展姿势及运动轨迹预测是工效学领域的前沿课题。目前已有的上肢伸展姿势及运动轨迹预测方法在预测准确性、自然性和实时性方面尚存在缺陷。本研究首先根据人体上肢和躯干的生理特点,对其进行了合理建模,并将站姿人体右侧上肢工作空间均匀划分为600个子区域,通过实时测量操作者执行上肢伸展运动的运动轨迹,引入曲线拟合和基于自组织映射理论的权重分布核函数相结合的方法,分别实现了站姿人体躯干非受限条件下,以典型定位运动(研究一)和快速定位运动(研究二)速度完成点对点指向任务、以典型定位运动速度完成按键任务(研究三)时,右手食指及达工作空间内任意目标位置的上肢伸展姿势及运动轨迹预测。整合上述结果,建立了基于任务的上肢伸展姿势及运动轨迹预测系统。该系统可直接应用于工效学领域计算机三维仿真人体的建立和发展,同时可直接应用于对航空航天座舱、核电站中央控制室、交通工具驾驶舱等的工效学设计与评价。 本研究获得了如下主要结论: (1)执行上肢伸展运动时,上肢各关节对伸展运动所起的作用随时间而变化,且同一关节所含各自由度对伸展运动的贡献也存在差异。 (2)上肢伸展姿势及运动轨迹主要由及达目标所处的空间位置决定,但同时受伸展运动速度和控制器类型的影响。 (3)将曲线拟合和基于自组织映射理论的权重分布核函数相结合的方法,不仅适用于上肢伸展姿势及运动轨迹的预测,同时可为其他肢体部分运动轨迹的预测提供指导和借鉴作用。 (4)本研究所建立的基于任务的上肢伸展姿势及运动轨迹预测系统可满足工效学领域上肢伸展姿势及运动轨迹预测的准确性、自然性和实时性需要。


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