题目：人体上肢目标拾取运动特性和规律研究

在人-机-环境系统中，人体运动是人对控制系统进行信息输出的一种基本方式。对人体运动的研究，不但能使人类更了解自身，对于更好的应用人的运动特性、设计宜人化的人机交互界面、提高人类生活和工作质量等方面都有实际意义。上肢目标拾取运动是人体运动的一种重要形式，也是人机系统的一种重要交互方式。上肢目标拾取运动特性的研究，对人机系统的工效设计和评价有很高的理论和应用价值。 人体上肢目标拾取运动特性研究始于20世纪50年代，以Fitts等人为代表，研究了一维目标拾取运动特性，并提出了著名的Fitts定律。后续研究者们从各方面推进和发展了Fitts定律，将目标拾取运动的研究从一维扩展到了三维，并且在人们的日常生活、工程和医学上得到了很大发展。 人体前方是人机交互最集中的区域，对前方目标的拾取运动是人机界面作业中最常见和最基本的操作。效率和舒适是工效设计的两大原则，运动时间和关节功率是体现这两大原则的重要指标。本论文通过人体上肢对前方目标的拾取运动实验，重点研究了拾取运动时间特性和规律，以及拾取运动过程中上肢关节功率特性和规律。研究结论可以为人机界面的工效设计和评价提供技术参考和依据，有重要的理论和工程实践价值。本论文主要进行了以下研究工作。 （1）发现和提取了拾取运动时间椭圆律和人体肩关节功率双纽线律。 通过人体上肢对前方目标的拾取运动实验，研究了目标拾取距离、拾取方向、起始点位置等因素对拾取运动时间、人体上肢关节功率等参量的影响。结果表明：对于相同拾取距离、不同拾取方向的目标拾取运动，拾取运动时间在雷达图上近似呈椭圆形，人体肩关节平均功率在雷达图上近似呈双纽线形；并且随拾取条件变化呈现明确的规律，即时间椭圆律和肩关节功率双纽线律。本文工作为人机界面拾取运动的效率和舒适性设计提供了实验支持和理论依据。 （2）建立了拾取运动时间预测的改进模型。 根据人体上肢对前方目标拾取的运动时间椭圆律，建立了人体上肢目标拾取运动时间预测的改进模型。相对于传统模型，本文模型引入了拾取运动起始点位置对运动时间的影响。经实验数据验证，较之传统模型，本文建立的改进模型精度更高，预测效果更佳。 （3）构建了拾取运动肩关节功率的BP神经网络模型。 基于人体上肢目标拾取运动实验数据，使用BP神经网络方法建立了拾取运动的初始状态与人体肩关节功率之间的非线性映射关系，构建了拾取运动肩关节功率的BP神经网络模型。利用该模型可以对人体上肢目标拾取运动过程中的肩关节功率和肩部疲劳状态进行预测和评价。 （4）人体上肢目标拾取运动的应用。 人体上肢目标拾取运动应用非常广泛，本文以现役战斗机座舱显控装置操作和某银行自动取款机触摸屏操作为例，应用本文得到的上肢目标拾取运动特性和规律，从操作效率和舒适性角度对人机界面的操作工效进行了分析，并提出了改进建议。