[发明专利]一种基于交叉定量递归计算的指力协调性测试分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于交叉定量递归计算的指力协调性测试分析仪。

背景技术

手指力量协调性是人操控设备、抓取物体、完成各种精细操作的重要基础。目前的手指 力量协调性测试方法依赖于受试者的随意性发挥和测试人员的主观判断，准确性不高，可靠 性不好，测量参数的分辨率过低。目前尚缺乏一种客观准确的测试设备，能够准确地评估手 指力量的协调性。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于交叉定量递归计算的指力协调性测试分析仪， 本装置通过将手指指力的多路动力学信号通过交叉定量递归分析，提取反映复现性、确定性、 稳定性和同步性的关键参数，获得手指力量变化的协同引领关系，计算出指力协调控制过程 中手指间时延，能够实现对各操作手指指力在三维空间中的力量信号时间序列的记录，计算 出各操作手指与物体接触时的压力中心点坐标及其时间变化规律。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于交叉定量递归计算的指力协调性测试分析仪，包括底座、传感器支架、力敏传 感器和处理器，其中：

所述传感器支架有两个，活动连接于底座上，且均与底座垂直，所述力敏传感器包括两 个，分别设置于一个传感器支架的外侧，采集手指的接触力，将其发送给处理器，处理器根 据力敏传感器的多路力和力矩时间序列信号，进行拇指侧传感器坐标转换、信号重构，通过 交叉定量递归分析，获得手指力量变化的协同引领关系，计算出指力协调控制的全方位度量。

所述底座内部设有滑道，传感器支架底端设置于滑道内，沿滑道运动，两个传感器支架 间的距离可调。

所述力敏传感器外侧设有屏蔽罩，屏蔽空间电磁干扰，保持与人手接触部位的清洁。

进一步的，所述屏蔽罩可拆卸。

所述力敏传感器具有三维坐标系，且两个力敏传感器的三维坐标系不同，坐标原点在同 一水平线上。

一种采用上述指力协调性测试分析仪的工作方法，包括以下步骤：

(1)调节传感器支架的距离，采集施加于力敏传感器上的多维力、力矩信号；

(2)对两个力敏传感器的采集信号进行各自调零、放大和滤波处理，调整各信号的基 线，同步采集处理后的双路信号；

(3)对双路信号进行校准，并计算压力中心点信号，绘制双路信号的交叉定量递归图；

(4)根据交叉定量递归图确定信号间复现率、动态耦合过程中的确定性结构特征、暂 态过渡期与系统稳定性参数和相位同步性指数，得到指力协调性数值。

所述步骤(2)中，具体方法为，采集两个力敏传感器的三维方向上的力和力矩时间序列 信号，将两路时间序列信号分别进行调零、放大、滤波，以调整各信号的基线，同步采集三 维方向上的力和力矩时间序列信号，将非拇指测的传感器坐标转换为拇指侧传感器坐标，计 算各自压力中心点坐标。

所述步骤(3)中，具体方法为：将变换后的时间序列信号配对，对每一对配对好的信号 进行重构，制作每个配对信号绘制交叉复线图。

所述步骤(4)中，根据交叉复现图中的对角线结构出现的频率和对角线数目确定动态耦 合过程中的确定性结构特征。

所述步骤(4)中，根据交叉复线图中的竖线结构出现的频率确定暂态过渡期和系统稳定 性。

所述步骤(4)中，根据相位同步性指数，确认明确两个手指力量控制过程中的相互耦合 关系。

本发明的有益效果为：

(1)本发明实现对各操作手指指力在三维空间中的力量信号时间序列的记录，使受试 者可以在低于30％最大自主收缩力情况下完成对物体的抓取和操控；

(2)传感器外面安装传感器罩，一方面屏蔽空间电磁干扰对传感器测量值的影响，另 一方面方便更换，保持与人手接触部位的清洁；

(3)本发明通过力信号-电信号转换，多路信号的同步化采集，信号的AD转换、调零、 滤波等技术手段，能够精确计算出各操作手指与物体接触时的压力中心点坐标及其时间变化 规律；

(4)通过交叉定量递归分析，提取反映复现性、确定性、稳定性和相位同步性的关键 参数，将采集到的多路动力学信号生成交叉复线图，获得耦合手指力量控制系统的动力学结 构直观图，之后运用交叉定量递归分析对交叉复线图的图谱特征进行定量计算，计算过程简 单；