心理旋转和空间定向对机械臂遥操作绩效的影响

发布时间：2017-10-18 01:50

  本文关键词：心理旋转和空间定向对机械臂遥操作绩效的影响

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【摘要】：空间机械臂遥操作是典型的空间任务,遥操作过程中操作者作为人机交互的主动的一方,不同空间认知能力的操作者会表现出差异性。已有研究证实个体的空间认知能力会影响其操作绩效,特别是在航空航天领域,良好的空间能力是航天员维持恰当的飞行状态、进行空间定向的基础,同时飞行认知能力是保证飞行安全和顺利完成飞行任务的关键因素。在很多研究中操作任务绩效被证明和认知能力有密切的关系,如何从人机交互层面上研究为操作者提供有效的空间认知,探索空间认知绩效及人员的选拔的标准等都将是未来需重点关注的方面。本研究选取操作者的典型的空间认知能力即心理旋转和空间定向能力,结合操作者完成的空间遥操作任务的典型绩效指标,分析操作者的心理旋转和空间定向能力对空间机械臂遥操作绩效的影响。实验选取清华大学64名在校理工科本科生测量其心理旋转和空间定向能力,通过选取心理旋转和空间定向能力得分的前30%和后30%的被试者共38人,分别将其心理旋转和空间定向能力分为高低两组,然后让高低两组的被试者分别通过虚拟机械臂操作平台完成点任务、线任务和避障任务,根据最终有效的实验数据结果对心理旋转和空间定向能力对任务的空间认知绩效进行影响分析,同时根据分析结果进一步的定量回归分析形成回归模型,探究工效学人机交互系统中人的心理旋转和空间定向能力对机械臂遥操作任务绩效的影响,为提高遥操作绩效的人员的选拔提供理论技术依据。研究结果表明:(1)高低组二维心理旋转能力的被试者的操作各绩效指标没有表现出统计学意义上的显著性差异,二维心理旋转能力对空间机械臂遥操作的绩效数据没有显著影响。(2)高低组三维心理旋转能力的被试者遥操作过程中的仿真时间、末端运动效率和姿态手柄操作总量操作绩效在统计学意义上表现出了显著性差异,说明三维心理旋转能力显著影响仿真时间、末端运动效率和姿态手柄操作总量;三维心理旋转能力对碰撞次数、关节限位次数及平移手柄操作总量无显著影响。(3)高低组空间定向能力的被试者遥操作过程中的仿真时间和姿态手柄操作总量在统计学意义上表现出了显著性差异,说明空间定向能力显著影响仿真时间和末端运动效率,空间定向能力对碰撞次数、限位次数、末端运动效率和平移手柄操作总量无影响;(4)三维心理旋转能力可以作为仿真时间、末端运动效率及姿态手柄操作总量的绩效预测变量且可以构建回归模型,空间定向能力可以作为仿真时间、姿态手柄操作总量的绩效预测变量且可以构建回归模型,从而可以对以后类似操作人员的选拔提供定量分析的依据。了解操作者和机器人或机械臂如何能有效地协同工作,以最大限度地提高性能和操作绩效和增加任务成功率将是未来人机交互研究的重点。本研究选择空间站机械臂遥操作模拟实验作为典型遥操作任务,任务设置的一般化和抽象化使任务具有了普适性的特点,结合心理旋转能力和空间定向能力对遥操作存在影响的个体认知差异因素,定性和定量分析来确定心理旋转和空间定向能力对遥操作过程中绩效数据的影响,可对以后类似操作方面从选拔的角度可以根据任务的类型及任务目的选拔合适的操作人员,给提高遥操作绩效的人员的选拔提供理论技术依据。
【关键词】：心理旋转 空间定向 遥操作 绩效
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 研究内容及意义10-11
• 1.3 国内外研究现状11-15
• 1.3.1 心理旋转和空间定向能力11-13
• 1.3.2 空间机械臂遥操作13-15
• 1.4 空间机械臂遥操作绩效指标15-16
• 1.5 论文结构16-17
• 第2章 实验方案17-25
• 2.1 实验方案的提出17
• 2.2 实验平台的搭建17-20
• 2.3 实验任务的建立20-21
• 2.4 被试者的选择21
• 2.5 心理旋转和空间定向能力的测量21-23
• 2.6 遥操作绩效评价指标23-24
• 2.7 数据分析软件24-25
• 第3章 空间机械臂遥操作仿真实验25-32
• 3.1 实验设计25-28
• 3.1.1 被试者25
• 3.1.2 实验平台及任务25-28
• 3.1.3 自变量和因变量28
• 3.2 实验任务28-32
• 3.2.1 预实验28
• 3.2.2 正式实验28-32
• 第4章 心理旋转和空间定向对机械臂遥操作绩效的影响32-41
• 4.1 实验数据处理32-33
• 4.1.1 心理旋转能力和空间定向能力32
• 4.1.2 绩效数据处理32-33
• 4.2 心理旋转能力对机械臂遥操作绩效的影响33-38
• 4.2.1 二维心理旋转能力能力对机械臂遥操作绩效的影响33-35
• 4.2.2 三维心理旋转能力对机械臂遥操作绩效的影响35-38
• 4.3 空间定向能力对机械臂遥操作绩效的影响38-41
• 第5章 三维心理旋转和空间定向能力与遥操作绩效的回归分析41-48
• 5.1 三维心理旋转能力与遥操作绩效的回归分析41-45
• 5.2 空间定向能力与遥操作绩效的回归分析45-47
• 5.3 本章小结47-48
• 第6章 总结与展望48-51
• 6.1 研究总结48-49
• 6.2 研究创新性49
• 6.3 研究的局限性49
• 6.4 研究展望49-51
• 参考文献51-55
• 致谢55

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本文编号：1052277