精准抓握动力学的感知运动控制研究

发布时间：2020-04-05 14:51

【摘要】：人们的工作生活处处离不开双手的灵巧运动,其中精确抓握是最重要的手功能形式,是人类完成各种精细复杂的操作的基础。精确抓握的最简形式是由拇指和食指配合完成的。这一看似简单的运动形式内部蕴含着丰富且复杂的神经控制和感知运动机制,无论在基础研究还是临床上疾病诊断都有非常重要的研究价值。目前,关于精确抓握过程中手指动力学的感知运动控制机制,特别是受试者疲劳状态、抓握物体重心分布以及任务操作要求等多方面因素的关系还不明确。为此,本研究就此开展了一系列的基础研究,分别探究生理性因素、抓握物体因素以及任务因素对于健康成年人精准抓握感知运动动力学的影响。本文主要完成以下工作:(1)局部肌肉疲劳对于精准抓握运动的影响。由于长时间负荷导致局部肌肉疲劳,会引起人体功能产生退弱,精准抓握运动受疲劳作用会产生动作的协调性、准确度和灵活性下降。力量输出大小和波动性,以及表面肌电信号幅值和功率谱等常作为评价肌肉疲劳的参数。本研究设计了双手的运动性疲劳试验以及精准抓握测试,使用三个参数对局部肌肉疲劳进行分析,分别计算了疲劳前后精准抓握运动指尖力量输出大小和波动性、指尖压力中心点以及手指力向量角度。结果显示单侧手疲劳对于低水平力输出(5N)并无明显影响,对于压力中心点影响在双手疲劳效应没有一致性(左手疲劳无显著性影响),而力向量角度衡量肌肉疲劳具有较好的有效性,双手和双指均表现为力向量有更大偏离正压力方向的趋势。同时,运动性局部肌肉疲劳(外周性疲劳)没有表现出对侧转移的现象。(2)外部偏转力矩对于精准抓握运动的影响。精准抓握运动不仅需要实时的反馈调控,还需要根据经验和运动记忆进行前向预测。在抓握常见熟悉的物体时,根据经验可以实现准确和快速的精准控制,但是抓握陌生或视觉信息失误的抓握物体时,则会产生预测失误,需要通过重复抓握练习,不断学习和纠正错误预测,更新内部模型,使运动更加有效正确。本研究设计了重心偏置的物体,要求受试者在精准抓握中保持物体最小倾斜角。结果显示随着实验次数增加(2～3次),物体最大偏转角、补偿力矩以及补偿力矩达到理论值的时间间隔均达到理想状态且趋于稳定,显示了正确的前向预测和在线的后向反馈使运动抓握更加完善。同时对第4～6次试验数据(双指垂直切向力差dLF、压力中心点距离dCOP以及正压力GF)进行线性相关性分析,发现dLF和dCOP呈现显著负相关,体现了在精准运动抓握中感知运动的运动学和动力学控制融合。(3)运动视觉引导对于精准抓握运动的影响。环境、物体和人是构成一项任务的基本要素,而三者之间的信息传递很多通过视觉反馈,精准抓握运动中,视觉提供抓握物体的信息帮助受试者进行抓握预测,同时结合触觉反馈和本体感知进行实时调控,本研究研究在移除实际抓握物体、手及前臂的运动视觉信息条件下,精准抓握运动中的动力学参数的变化,其中包括时间参数(够物期、预负载期、负载期时长),力学参数(最大负载力、最大捏力、安全边界)以及物体位置(三方向坐标及变异系数)。结果显示视觉反馈主要影响抓握初期,尤其是够物期、预负载期以及提取过程中负载力最大值;而稳定保持期,每位受试者的安全边界没有受视觉因素的显著性影响,保持特异性。整体研究显示视觉反馈主要影响受试者对于抓握运动的信心和速度,以及抓握运动计划。
【图文】：

通过改变运动质量部分弥补不熟悉的物体特性，逡逑从而产生较小的误差。随着练习次数的增加，弥补措施越来越完善，大脑将会建逡逑立一个完整的内部模型去预测物体的性质。这种适应学习机制依赖于我们与物体逡逑的交互，不断将大脑的感知预测与运动指令结合，进行反馈纠正。小脑和运动皮逡逑层对于我们学习适应环境起到了非常关键的作用［５６］。逡逑人体能够如此快速而准确地进行一系列精细而复杂的操作，依赖于我们的内逡逑部感知运动调控系统，，包括前向预测（前馈）和后向反馈控制。反馈系统主要是逡逑实时感知纠正的过程，有控制单元发出的运动指令与实际的感知运动行为之间进逡逑行对比，即受控部分同事影响作用于控制单元，不断修正两者之间的误差以达到逡逑较好的运动效果，实现最终的运动意图。而前馈主要指在反馈信息为到达之前，逡逑根据其他的信息通路而产生的运动指令，以期纠正即将到来的控制误差，正确的逡逑前馈需要丰富的经验和对操作物体性质的熟悉，因此通过不断练习，可以提高操逡逑作者的前向预测能力［９］。逡逑

图１－３整体研究论文思路框图逡逑１．３．论文大纲逡逑本论文的研究思路如图１－３所示，共计五章，各章节安排如下：逡逑第一章：绪论。主要阐述本研究的背景和意义，而且介绍了精准抓握的感知逡逑运动动力学分析基础，以及在运动过程中的内部模型，同时表明了本项研究的目逡逑的，并安排整体写作内容。逡逑第二章：局部肌肉疲劳对于精准抓握运动的影响。主要以局部肌肉疲劳实验逡逑为基础，介绍了实验详细内容，包括受试者、实验设备、实验流程、数据采集与逡逑分析等
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O39;R318.01

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;咱们最初是啥样[J];少年文艺(中旬版);2017年Z1期

2 双鱼座;;抓握,让宝宝更聪明[J];婚育与健康;2010年06期

3 马继富;;用嘴探索世界[J];生活与健康;2002年12期

4 苏远;付倩;;手抓握运动控制[J];当代体育科技;2014年09期

5 Eris Chinellato;Angel P.Del Pobil;吴国良;滴石;;任务驱动的当下认知——《机器人抓握的视觉神经研究》评介[J];当代语言学;2016年04期

6 曹宁;;Ansell公司推出能提高处理化学品人员抓握能力的手套[J];中国个体防护装备;2007年05期

7 苏远;王健;;手抓握功能研究进展[J];人类工效学;2014年02期

8 何其佳;赵京东;刘源;;基于人手抓握复现的欠驱动假手结构设计[J];机械与电子;2016年07期

9 ;贝比玛玛育儿宝典——宝宝自主发展从抓握开始[J];父母必读;2014年10期

10 康润;;柔道训练与比赛中投技的抓握技术[J];山西体育科技;2004年04期

相关会议论文 前4条

1 鲁忠义;王晓燕;;抓握特征的功能承受性:朝向效应[A];第十二届全国心理学学术大会论文摘要集[C];2009年

2 林磊同;李可;魏娜;;抓握1杯水的感觉运动控制——视觉和触觉反馈的影响[A];第十二届全国生物力学学术会议暨第十四届全国生物流变学学术会议会议论文摘要汇编[C];2018年

3 唐日新;;之前动作历史对当前动作的影响[A];第十九届全国心理学学术会议摘要集[C];2016年

4 胡小琴;程茜;;早产儿与足月儿精细运动发育差异的研究[A];中华医学会第十七次全国儿科学术大会论文汇编（上册）[C];2012年

相关重要报纸文章 前1条

1 姜宝印;李大娘的手为什么不能抓握[N];家庭医生报;2005年

相关硕士学位论文 前10条

1 胡文婧;精准抓握动力学的感知运动控制研究[D];山东大学;2019年

2 赵翥;伸出手臂阶段在识别与理解抓握动作中的作用[D];云南师范大学;2018年

3 周生引;不同竞技水平的柔道运动员抓握能力影响因素的研究[D];北京体育大学;2016年

4 王晓燕;抓握特征的功能承受性：朝向效应[D];河北师范大学;2009年

5 朱明泉;语言知觉和产生与抓握运动的相互影响[D];浙江大学;2006年

6 李俊雄;不同任务强度下人体握力及其控制研究[D];大连理工大学;2012年

7 夏如龙;基于压力分布的工具手柄抓握舒适性研究[D];浙江工业大学;2013年

8 朱莹;屈伸肌交替功能性电刺激与电针对中风抓握功能影响的对比研究[D];黑龙江中医药大学;2011年

9 赖秋霞;基于振动反馈的智能假肢抓握系统设计与研究[D];华中科技大学;2016年

10 楚礼;欠驱动假肢手抓握性能优化与抓握力控制研究[D];中南大学;2014年

本文编号：2615155