基于表面肌电信号特征的航天员上肢典型操作力预测模型研究

批准号:
31400843
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
李凡
依托单位:
学科分类:
C1005.生物成像、电子与探针
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
姜国华、王政、刘志臻、李昊、王晓东
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中文摘要
长期在轨飞行任务中,人体的协调性、灵活性以及认知能力是机械工具和其他人工智能体不可替代的,完成预期的诸多任务都离不开航天员的操作和控制。为了保障航天员在轨任务期间的作业能力,应当首先开展与航天员相近作业环境和任务的工作能力检测与评估技术研究。本课题首先在梳理航天员空间操作典型动作集的基础上,进行地面模拟实验,通过非线性模型系统辨识等方法,建立基于表面肌电信号特征的航天员上肢典型操作力预测模型;然后使用两种模拟失重环境实验(45天头低位-6度卧床实验、中性浮力水槽实验)数据,为模型加入失重效应影响因素;最后通过失重飞机实验数据验证模型的有效性,优化失重模型,并分析模拟航天员典型操作中不同实验环境对人体肌肉功能的影响机制。探索一条符合航天任务实际、有效监测航天员操作力大小变化,衡量航天员作业能力的可行之路。
英文摘要
In the long-term in-orbit missions, human flexibility, operation efficiency, and cognitive ability cannot be replaced with machine tools and other artificial intelligence. In order to ensure astronaut security and work efficiency in the space flight, we must carry out the research on the detection and evaluation methods of physical work capacity in the experiments by simulated similar tasks. Firstly, we will establish upper limb operation force / torque and surface EMG relationship models based on data in the ground and three simulated weightless environment tests (45-day head down -6o bed rest test, neutral buoyancy tank test and 30 sorties in parabolic flight test) by system identification tools. Secondly, we explore possible factors that different simulated weightless environments affect the human physiological mechanism by comparing the differences between the relationship models. Thirdly, we try to derive the relationship model in the conditions of weightlessness in order to find a practical way that is in line with the reality of space missions, to monitor astronauts’ operation force changes effectively, and to measure the operation capability of the astronauts accurately.
长期在轨飞行任务中,人体的协调性、灵活性以及认知能力是机械工具和其他人工智能体不可替代的,完成预期的诸多任务都离不开航天员的操作和控制。为了保障航天员在轨任务期间的作业能力,应当首先开展与航天员相近作业环境和任务的工作能力检测与评估技术研究。本课题首先在梳理航天员空间操作典型动作集的基础上,进行地面模拟实验,通过线性与非线性模型系统辨识等方法,通过45天头低位-6度卧床实验、中性浮力水槽实验、失重飞机实验三种特殊模拟失重环境实验测试数据,建立了基于多路表面肌电信号为输入的转移函数模型(Transfer Function Model),预测航天员上肢典型操作力,并分析模拟航天员典型操作中不同实验环境对人体肌肉功能的影响机制。探索一条符合航天任务实际、有效监测航天员操作力大小变化,衡量航天员作业能力的可行之路。
期刊论文列表
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科研奖励列表
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专利列表
DOI:http://dx.doi.org/10.1142/S0219519417500610
发表时间:2016
期刊:Journal of Mechanics in Medicine and Biology
影响因子:0.8
作者:李凡
通讯作者:李凡
HEALTHY STATE MONITOR OF UPPER LIMB FOR SPACE FLIGHT TASK BASED ON SIGNAL ANALYSES OF MULTIPLE MUSCLE FORCES
基于多肌力信号分析的航天任务上肢健康状态监测
DOI:10.1142/s0219519417500610
发表时间:2017-06
期刊:Journal of Mechanics in Medicine and Biology
影响因子:0.8
作者:李凡
通讯作者:李凡
Electromyography-based analysis of human upper limbs during 45-day head-down bed-rest
基于肌电图的人体上肢45天低头卧床休息期间的肌电分析
DOI:10.1016/j.actaastro.2015.12.007
发表时间:2016-03-01
期刊:ACTA ASTRONAUTICA
影响因子:3.5
作者:Fu, Anshuang;Wang, Chunhui;Ming, Dong
通讯作者:Ming, Dong
DOI:--
发表时间:2017
期刊:中华劳动卫生职业病杂志
影响因子:--
作者:李凡
通讯作者:李凡
Thedection of long-range correlations of operation force and sEMG withmultifractal detrended fluctuation analysis
多重分形去趋势波动分析检测操作力与表面肌电的长程相关性
DOI:10.3233/bme-151412
发表时间:2015
期刊:Bio-medical Materials and Engineering
影响因子:1
作者:李凡
通讯作者:李凡
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