用于指力協(xié)同配合模式研究的實驗裝置設(shè)計.pdf

1、人手是人體最靈活、最精密的運動器官。通過手指和手掌的配合，人手能夠完成各種精巧復雜的動作。指力是人手與外界作用時各手指指尖產(chǎn)生的力學信息，對指力的檢測及其協(xié)同規(guī)律的研究，作為人手運動分析的組成部分之一，在醫(yī)學康復工程及仿生機構(gòu)研制等方面具有重要的學術(shù)和實用價值。
　　本文從人手本身的運動和行為科學的角度出發(fā)，設(shè)計開發(fā)了用于指力協(xié)同配合模式研究的實驗系統(tǒng)，包括指力檢測硬件裝置和實驗軟件界面；其中指力檢測硬件裝置又包括硬件電路和機械裝

2、置。硬件電路由測力傳感器、放大電路和數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成，分別實現(xiàn)指力信號的提取、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。測力傳感器選用廈門諾盛公司生產(chǎn)、型號為LAA/N的電阻應變式傳感器，放大電路主要由儀用放大器AD620構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集卡選用NI公司生產(chǎn)的USB6008。機械裝置由傳感器固定組件和支承底座構(gòu)成，其功能是為傳感器提供安裝底座，并運用滑塊和滑軌調(diào)節(jié)傳感器在平面上的位置以適應不同人的手形。系統(tǒng)軟件在LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺下完成，由指力檢測裝置

3、定標、指力偏差測量、手指力量輸出實驗等模塊構(gòu)成，實現(xiàn)指力實驗數(shù)據(jù)的采集和存儲，同時向?qū)嶒炄藛T提供簡潔易用的操作界面和向受試者提供視覺反饋。
　　本文對所研制的實驗裝置進行了包括重復性和線性度在內(nèi)的性能測試，測試結(jié)果表明該測量裝置具有良好的重復性（最大相對極差2.041％）和線性度（最大均方根誤差0.0059N）。在確定系統(tǒng)的有效性后，用其進行了指力協(xié)同模式的初步實驗研究。該實驗旨在通過檢測、分析人手的4個手指（不包括大拇指）產(chǎn)生不

4、同水平力量和力以及在不同任務階段中各手指指力的分配情況，來得到關(guān)于手指協(xié)同模式的實驗性規(guī)律。7名健康受試者參加了實驗。實驗要求受試者在有視覺反饋的情況下，將各手指同時作用于指力測量裝置表面，通過協(xié)同各手指輸出的力量，在2s的準備階段后，使各手指指力之和呈線性上升1s并達到三種指定的力量水平（分別為5N、10N和15N），保持該力量水平不變5s，然后同樣用1s的時間將和力線性下降至最初的水平，最后放松1s時間。記錄上述過程中受試者各手指輸

5、出的指力大小，計算每個手指輸出力量在總體輸出力量中所占的比重。
　　實驗結(jié)果顯示，對于所有受試者的所有力量水平，食指所占的力量百分比在上升階段呈現(xiàn)增漲，這種增漲趨勢一直持續(xù)到保持階段，并在保持階段達到峰值，在力量下降階段略有不明顯下降，放松階段食指所占的百分比重新恢復至初始準備階段的比重。中指的百分比變化趨勢與食指類似，但不如食指明顯。而無名指和小指所占的力量百分比的變化趨勢則正與食指相反，兩者在上升階段呈下降趨勢，并在保持階段達