本文關(guān)鍵詞：心理旋轉(zhuǎn)和空間定向?qū)C(jī)械臂遙操作績效的影響

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【摘要】：空間機(jī)械臂遙操作是典型的空間任務(wù),遙操作過程中操作者作為人機(jī)交互的主動的一方,不同空間認(rèn)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(rèn)知能力會影響其操作績效,特別是在航空航天領(lǐng)域,良好的空間能力是航天員維持恰當(dāng)?shù)娘w行狀態(tài)、進(jìn)行空間定向的基礎(chǔ),同時飛行認(rèn)知能力是保證飛行安全和順利完成飛行任務(wù)的關(guān)鍵因素。在很多研究中操作任務(wù)績效被證明和認(rèn)知能力有密切的關(guān)系,如何從人機(jī)交互層面上研究為操作者提供有效的空間認(rèn)知,探索空間認(rèn)知績效及人員的選拔的標(biāo)準(zhǔn)等都將是未來需重點(diǎn)關(guān)注的方面。本研究選取操作者的典型的空間認(rèn)知能力即心理旋轉(zhuǎn)和空間定向能力,結(jié)合操作者完成的空間遙操作任務(wù)的典型績效指標(biāo),分析操作者的心理旋轉(zhuǎn)和空間定向能力對空間機(jī)械臂遙操作績效的影響。實驗選取清華大學(xué)64名在校理工科本科生測量其心理旋轉(zhuǎn)和空間定向能力,通過選取心理旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jī)械臂操作平臺完成點(diǎn)任務(wù)、線任務(wù)和避障任務(wù),根據(jù)最終有效的實驗數(shù)據(jù)結(jié)果對心理旋轉(zhuǎn)和空間定向能力對任務(wù)的空間認(rèn)知績效進(jìn)行影響分析,同時根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)一步的定量回歸分析形成回歸模型,探究工效學(xué)人機(jī)交互系統(tǒng)中人的心理旋轉(zhuǎn)和空間定向能力對機(jī)械臂遙操作任務(wù)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(shù)依據(jù)。研究結(jié)果表明:(1)高低組二維心理旋轉(zhuǎn)能力的被試者的操作各績效指標(biāo)沒有表現(xiàn)出統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著性差異,二維心理旋轉(zhuǎn)能力對空間機(jī)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(zhuǎn)能力的被試者遙操作過程中的仿真時間、末端運(yùn)動效率和姿態(tài)手柄操作總量操作績效在統(tǒng)計學(xué)意義上表現(xiàn)出了顯著性差異,說明三維心理旋轉(zhuǎn)能力顯著影響仿真時間、末端運(yùn)動效率和姿態(tài)手柄操作總量;三維心理旋轉(zhuǎn)能力對碰撞次數(shù)、關(guān)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(xué)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(yùn)動效率,空間定向能力對碰撞次數(shù)、限位次數(shù)、末端運(yùn)動效率和平移手柄操作總量無影響;(4)三維心理旋轉(zhuǎn)能力可以作為仿真時間、末端運(yùn)動效率及姿態(tài)手柄操作總量的績效預(yù)測變量且可以構(gòu)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(yù)測變量且可以構(gòu)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(jī)器人或機(jī)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(wù)成功率將是未來人機(jī)交互研究的重點(diǎn)。本研究選擇空間站機(jī)械臂遙操作模擬實驗作為典型遙操作任務(wù),任務(wù)設(shè)置的一般化和抽象化使任務(wù)具有了普適性的特點(diǎn),結(jié)合心理旋轉(zhuǎn)能力和空間定向能力對遙操作存在影響的個體認(rèn)知差異因素,定性和定量分析來確定心理旋轉(zhuǎn)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(wù)的類型及任務(wù)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(shù)依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：心理旋轉(zhuǎn) 空間定向 遙操作 績效
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(zhuǎn)和空間定向能力11-13
• 1.3.2 空間機(jī)械臂遙操作13-15
• 1.4 空間機(jī)械臂遙操作績效指標(biāo)15-16
• 1.5 論文結(jié)構(gòu)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(wù)的建立20-21
• 2.4 被試者的選擇21
• 2.5 心理旋轉(zhuǎn)和空間定向能力的測量21-23
• 2.6 遙操作績效評價指標(biāo)23-24
• 2.7 數(shù)據(jù)分析軟件24-25
• 第3章 空間機(jī)械臂遙操作仿真實驗25-32
• 3.1 實驗設(shè)計25-28
• 3.1.1 被試者25
• 3.1.2 實驗平臺及任務(wù)25-28
• 3.1.3 自變量和因變量28
• 3.2 實驗任務(wù)28-32
• 3.2.1 預(yù)實驗28
• 3.2.2 正式實驗28-32
• 第4章 心理旋轉(zhuǎn)和空間定向?qū)C(jī)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(zhuǎn)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(zhuǎn)能力對機(jī)械臂遙操作績效的影響33-38
• 4.2.1 二維心理旋轉(zhuǎn)能力能力對機(jī)械臂遙操作績效的影響33-35
• 4.2.2 三維心理旋轉(zhuǎn)能力對機(jī)械臂遙操作績效的影響35-38
• 4.3 空間定向能力對機(jī)械臂遙操作績效的影響38-41
• 第5章 三維心理旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)47-48
• 第6章 總結(jié)與展望48-51
• 6.1 研究總結(jié)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(xiàn)51-55
• 致謝55

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