上肢静态力的速度与准确性权衡研究

摘要

当我们进行目标指向性运动时，一味地追求速度，运动的准确性就会下降。要想提高准确性，必须放慢运动速度。在运动控制中，称这种相互关系为速度—准确性权衡，即提高动作准确性需要以降低速度为代价。对此，菲兹通过大量实验总结归纳得出菲兹定律（Fitts’Law），即对数速度—准确性权衡规律。 目标指向性运动中神经中枢需要控制感觉神经和上肢移动来共同完成一个动作，这就需要个体具有良好的反应能力和控制能力，以作为完成这些技术动作的基础。相关研究表明，可以通过调整目标宽度和目标距离来进行速度与准确性权衡，目前国外针对此方面的研究已相对成熟，本文将从新的研究视角出发，将传统的目标指向性运动分段，分为上肢运动阶段和上肢静止阶段，并着重研究上肢静态力的速度与准确性权衡。 本文旨在通过对上肢静态力的速度与准确性权衡与传统意义的速度与准确性权衡进行对比，来探讨在上肢不发生位移的情况下，其速度与准确性权衡是否符合菲兹定律，以期通过实验找到上肢静态力的速度与准确性权衡规律，为今后的研究提供一定的借鉴与帮助。 本文将60名大连理工大学非体育专业本科生（男30人，女30人）作为研究对象，利用自主研发的压力传感器测试系统及维也纳心理学测试系统等设备对研究对象进行测试，记录手指随实验要求得到的力学参数变化，记录其实际运动时间，并对得到的数据进行处理和分析，分析结果如下： （1）在感知控制的目标指向性运动中，个体的平均运动时间与难度系数大致呈线性变化，与传统的目标指向性运动规律在整体上无显著性差异。在此基础上，随着目标力值的增大，难度系数也是成比例的增大。 （2）在感知控制的目标指向性运动中，个体的实际运动时间越短，其运动速度加快，实验出现的误差也越来越大，与菲兹定律预测结果一致。 （3）感知控制的静态力的指压运动其初始阶段的速度曲线都是非常快速且一致的，当力的大小接近目标时，运动速度变慢，以达到动作所要求的精确性，精确度越高的运动，相比于加速阶段，减速阶段持续时间时间更长。 （4）对不同个体进行分析时发现，其他条件相同时，仍有明显的个体差异。 根据上述实验结果我们可以初步得到结论：上肢静态力的速度与准确性权衡研究基本符合菲兹定律。

目录

英文缩写列表

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 指压传感器动作分析

1.2.1 手指功能分析

1.2.2 指压目标值选择分析

1.3 研究方法的介绍

1.3.1 文献资料法

1.3.2 实验法

1.3.3 数理统计法

1.3.4 逻辑分析法

1.4 国外研究现状

1.4.1 伍德沃思的研究

1.4.2 菲兹定律

1.4.3 目标指向性动作其他模型

1.4.4 香农信息理论

1.4.5 速度准确性权衡的线性关系

1.4.6 时间与速度准确性权衡

1.4.7 速度准确性权衡的力学解释

1.4.8 运动学理论

1.5 国内研究现状

1.6 本文研究工作

2 研究内容

2.1 研究对象

2.2 测试设备

2.2.1 实验设备的研发

2.2.2 其他设备

2.3 实验流程

2.3.1 受试者基本信息采集

2.3.2 预实验：实验方案可行性检测

2.3.3 正式实验

2.4 数据处理

3 研究结果

3.1 精准度分析

3.1.1 假设检验

3.1.2 男生指压起始位置数据的精准度分析

3.1.3 男生指压终点位置数据的精准度分析

3.1.4 女生指压起始位置数据的精准度分析

3.1.5 女生指压终点位置数据的精准度分析

3.2 相关系数分析

3.3 误差分析

3.4 速度分析

3.4.1 男--目标力值4-8N--误差范围1N

3.4.2 男--目标力值4-8N--误差范围2N

3.4.3 男--目标力值4-8N--误差范围3N

3.4.4 男--目标力值4-12N--误差范围1N

3.4.5 男--目标力值4-12N--误差范围2N

3.4.6 男--目标力值4-12N--误差范围3N

3.4.7 男--目标力值4-16N--误差范围1N

3.4.8 男--目标力值4-16N--误差范围2N

3.4.9 男--目标力值4-16N--误差范围3N

3.5 力变化率分析

4 讨论

4.1 误差分析

4.1.1误差的特征点分析

4.1.2速度与误差分析

4.1.3时间误差分析

4.2 运动时间与难度系数的关系

4.3 运动时间与误差的关系

结论

参考文献

附录A 速度与准确性实验方案

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢