本文關鍵詞：心理旋轉和空間定向對機械臂遙操作績效的影響

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【摘要】：空間機械臂遙操作是典型的空間任務,遙操作過程中操作者作為人機交互的主動的一方,不同空間認知能力的操作者會表現(xiàn)出差異性。已有研究證實個體的空間認知能力會影響其操作績效,特別是在航空航天領域,良好的空間能力是航天員維持恰當?shù)娘w行狀態(tài)、進行空間定向的基礎,同時飛行認知能力是保證飛行安全和順利完成飛行任務的關鍵因素。在很多研究中操作任務績效被證明和認知能力有密切的關系,如何從人機交互層面上研究為操作者提供有效的空間認知,探索空間認知績效及人員的選拔的標準等都將是未來需重點關注的方面。本研究選取操作者的典型的空間認知能力即心理旋轉和空間定向能力,結合操作者完成的空間遙操作任務的典型績效指標,分析操作者的心理旋轉和空間定向能力對空間機械臂遙操作績效的影響。實驗選取清華大學64名在校理工科本科生測量其心理旋轉和空間定向能力,通過選取心理旋轉和空間定向能力得分的前30%和后30%的被試者共38人,分別將其心理旋轉和空間定向能力分為高低兩組,然后讓高低兩組的被試者分別通過虛擬機械臂操作平臺完成點任務、線任務和避障任務,根據(jù)最終有效的實驗數(shù)據(jù)結果對心理旋轉和空間定向能力對任務的空間認知績效進行影響分析,同時根據(jù)分析結果進一步的定量回歸分析形成回歸模型,探究工效學人機交互系統(tǒng)中人的心理旋轉和空間定向能力對機械臂遙操作任務績效的影響,為提高遙操作績效的人員的選拔提供理論技術依據(jù)。研究結果表明:(1)高低組二維心理旋轉能力的被試者的操作各績效指標沒有表現(xiàn)出統(tǒng)計學意義上的顯著性差異,二維心理旋轉能力對空間機械臂遙操作的績效數(shù)據(jù)沒有顯著影響。(2)高低組三維心理旋轉能力的被試者遙操作過程中的仿真時間、末端運動效率和姿態(tài)手柄操作總量操作績效在統(tǒng)計學意義上表現(xiàn)出了顯著性差異,說明三維心理旋轉能力顯著影響仿真時間、末端運動效率和姿態(tài)手柄操作總量;三維心理旋轉能力對碰撞次數(shù)、關節(jié)限位次數(shù)及平移手柄操作總量無顯著影響。(3)高低組空間定向能力的被試者遙操作過程中的仿真時間和姿態(tài)手柄操作總量在統(tǒng)計學意義上表現(xiàn)出了顯著性差異,說明空間定向能力顯著影響仿真時間和末端運動效率,空間定向能力對碰撞次數(shù)、限位次數(shù)、末端運動效率和平移手柄操作總量無影響;(4)三維心理旋轉能力可以作為仿真時間、末端運動效率及姿態(tài)手柄操作總量的績效預測變量且可以構建回歸模型,空間定向能力可以作為仿真時間、姿態(tài)手柄操作總量的績效預測變量且可以構建回歸模型,從而可以對以后類似操作人員的選拔提供定量分析的依據(jù)。了解操作者和機器人或機械臂如何能有效地協(xié)同工作,以最大限度地提高性能和操作績效和增加任務成功率將是未來人機交互研究的重點。本研究選擇空間站機械臂遙操作模擬實驗作為典型遙操作任務,任務設置的一般化和抽象化使任務具有了普適性的特點,結合心理旋轉能力和空間定向能力對遙操作存在影響的個體認知差異因素,定性和定量分析來確定心理旋轉和空間定向能力對遙操作過程中績效數(shù)據(jù)的影響,可對以后類似操作方面從選拔的角度可以根據(jù)任務的類型及任務目的選拔合適的操作人員,給提高遙操作績效的人員的選拔提供理論技術依據(jù)。
【關鍵詞】：心理旋轉 空間定向 遙操作 績效
【學位授予單位】：北京建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP241
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9-10
• 1.2 研究內(nèi)容及意義10-11
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3.1 心理旋轉和空間定向能力11-13
• 1.3.2 空間機械臂遙操作13-15
• 1.4 空間機械臂遙操作績效指標15-16
• 1.5 論文結構16-17
• 第2章 實驗方案17-25
• 2.1 實驗方案的提出17
• 2.2 實驗平臺的搭建17-20
• 2.3 實驗任務的建立20-21
• 2.4 被試者的選擇21
• 2.5 心理旋轉和空間定向能力的測量21-23
• 2.6 遙操作績效評價指標23-24
• 2.7 數(shù)據(jù)分析軟件24-25
• 第3章 空間機械臂遙操作仿真實驗25-32
• 3.1 實驗設計25-28
• 3.1.1 被試者25
• 3.1.2 實驗平臺及任務25-28
• 3.1.3 自變量和因變量28
• 3.2 實驗任務28-32
• 3.2.1 預實驗28
• 3.2.2 正式實驗28-32
• 第4章 心理旋轉和空間定向對機械臂遙操作績效的影響32-41
• 4.1 實驗數(shù)據(jù)處理32-33
• 4.1.1 心理旋轉能力和空間定向能力32
• 4.1.2 績效數(shù)據(jù)處理32-33
• 4.2 心理旋轉能力對機械臂遙操作績效的影響33-38
• 4.2.1 二維心理旋轉能力能力對機械臂遙操作績效的影響33-35
• 4.2.2 三維心理旋轉能力對機械臂遙操作績效的影響35-38
• 4.3 空間定向能力對機械臂遙操作績效的影響38-41
• 第5章 三維心理旋轉和空間定向能力與遙操作績效的回歸分析41-48
• 5.1 三維心理旋轉能力與遙操作績效的回歸分析41-45
• 5.2 空間定向能力與遙操作績效的回歸分析45-47
• 5.3 本章小結47-48
• 第6章 總結與展望48-51
• 6.1 研究總結48-49
• 6.2 研究創(chuàng)新性49
• 6.3 研究的局限性49
• 6.4 研究展望49-51
• 參考文獻51-55
• 致謝55

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