一种精细操作能力评估设备及方法

技术领域

本发明涉及认知能力评估领域，尤其是涉及精细操作能力评估设备及方法。

背景技术

在飞行员选拔过程中，精细操作能力是其必备且首选的能力。精细操作能力是指眼睛神经传导的生理反射快速反映在动作上的能力，眼睛视觉系统有诸多视觉功能的反射与传导，将大环境周围观察所得的信息输入大脑中枢，再传导驱动神经肌肉骨骼运动系统并反映在手或脚的精细动作上。人类作为灵长类的一个典型特征是，我们能够用极其灵巧的双手做出快速而准确的移动。当然，许多灵巧的动作都依赖于目标属性的视觉信息，如位置、大小和方向，以及任何给定时刻手臂、眼睛和头部的位置的体感信息。

现有的精细操作能力评估设备大多为单自由度，并且在评估时没有考虑飞行过程中的负载变化，导致评估结果不够准确。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种多自由度并且评估过程中考虑飞行过程中的负载变化的精细操作能力评估设备。

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之二在于提供一种多自由度并且评估过程中考虑飞行过程中的负载变化的精细操作能力评估方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种精细操作能力评估设备，包括显示装置，所述显示装置显示评估指示以及被评估者的操作，还包括手部评估装置以及控制器，所述手部评估装置包括操纵杆、第一变负载施加装置以及第二变负载施加装置，所述第一变负载施加装置包括第一驱动器以及第一力矩传感器，所述第一驱动器与所述操纵杆传动连接并对所述操纵杆施加第一方向的负载，所述第一力矩传感器监测第一方向的负载大小以显示被评估者在第一方向的操作力的大小，所述第一驱动器记录所述操纵杆在第一方向的位置信息；所述第二变负载施加装置包括第二驱动器以及第二力矩传感器，所述第二驱动器与所述操纵杆传动连接以对所述操纵杆施加垂直于所述第一方向的第二方向的负载，所述第二力矩传感器监测第二方向的负载大小以显示被评估者的在第二方向操作力的大小，所述第二驱动器记录所述操纵杆在第二方向的位置信息；所述控制器根据所述第一方向的操作力、第一方向的位置信息、第二方向操作力、第二方向的位置信息分析被评估者的精细操作能力。

进一步地，所述精细操作能力评估设备还包括脚部评估装置，所述脚部评估装置包括第三驱动器、脚舵以及第三力矩传感器，所述第三驱动器与所述脚舵传动连接并对所述脚舵施加第三方向的负载，所述第三方向垂直于所述第一方向以及第二方向，所述第三力矩传感器监测第三方向的负载大小以显示被评估者的在第三方向操作力的大小，所述第三驱动器记录所述脚舵在第三方向的位置信息，所述控制器根据所述第三方向操作力以及第三方向的位置信息分析被评估者的精细操作能力。

进一步地，所述精细操作能力评估设备还包括底座以及座椅，所述座椅、手部评估装置以及所述脚部评估装置固定于所述底座，所述手部评估装置位于所述座椅以及所述脚部评估装置之间。

进一步地，所述第一驱动器产生的第一方向的负载以及所述第二驱动器产生的第二方向的负载能够根据所述控制器的预设值实时变化。

进一步地，所述操纵杆包括杆体以及套筒，所述杆体固定于所述套筒，所述第一变负载施加装置还包括第一支架，所述第一支架包括第一主体以及安装于所述第一主体的第一安装轴，所述第一安装轴与所述套筒连接。

进一步地，所述第二变负载施加装置还包括第二支架，所述第二支架包括第二主体以及安装于所述第二主体的第二安装轴，所述第二安装轴与所述杆体连接。

进一步地，所述第二安装轴与所述第一安装轴垂直。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种采用上述精细操作能力评估设备实施的精细操作能力评估方法，包括以下步骤：

预设负载以及距离：通过控制器预设评估时第一方向以及第二方向的移动距离以及负载变化；

手部保持实验：被评估者手部握住操纵杆，按照显示器的指示，操作操纵杆，使所述显示器上代表被评估者操作的图标位于指示位置，并保持一段时间，所述控制器根据所述第一方向的操作力、第一方向的位置信息、第二方向操作力、第二方向的位置信息分析被评估者的手部精细操作的稳定性；

手部往复实验：被评估者手部握住操纵杆，按照显示器的指示以及节拍器的频率，操作操纵杆，使所述显示器上代表被评估者操作的图标在至少两指示位置往复运动，所述控制器根据所述第一方向的操作力、第一方向的位置信息、第二方向操作力、第二方向的位置信息分析被评估者的手部精细操作的准确性。

进一步地，还包括脚部保持实验，所述脚部保持实验具体为：被评估者脚部踩住脚舵，按照显示器的指示，操作脚舵，使所述显示器上代表被评估者操作的图标位于指示位置，并保持一段时间，所述控制器根据第三方向的操作力、第三方向的位置信息分析被评估者的脚部精细操作的稳定性。

进一步地，还包括脚部往复实验，所述脚部往复实验具体为：被评估者脚部踩住脚舵，按照显示器的指示，操作脚舵，使所述显示器上代表被评估者操作的图标在至少两指示位置往复运动，所述控制器根据第三方向的操作力、第三方向的位置信息分析被评估者的脚部精细操作的准确性。

相比现有技术，本发明精细操作能力评估设备通过第一变负载施加装置以及第二变负载施加装置能够施加两个不同自由度的负载，并且负载能够实时变化，模拟飞行过程中的负载变化；通过力矩传感器以及驱动器获得不同自由度上的操作力大小以及位置信息，并根据操作力大小以及位置信息分析被评估者的精细操作能力，评估结果更加准确。

附图说明

图1为本发明精细操作能力评估设备的立体图；

图2为图1的精细操作能力评估设备的手部评估装置的立体图；

图3为图2的手部评估装置的内部结构示意图；

图4为图2的手部评估装置的局部结构示意图；

图5为图1的精细操作能力评估设备的脚部评估装置的立体图；

图6为图1的精细操作能力评估设备的使用示意图。

图中：10、底座；20、座椅；30、手部评估装置；31、壳体；32、操纵杆；320、杆体；321、套筒；33、第一变负载施加装置；330、第一驱动器；331、第一传动组件；332、第一轴承；333、第一皮带；334、第二轴承；335、第一力矩传感器；336、第一支架；337、第一主体；338、第一安装轴；34、第二变负载施加装置；340、第二驱动器；341、第二传动组件；342、第三轴承；343、第二皮带；344、第四轴承；345、第二力矩传感器；346、第二支架；347、第二主体；348、第二安装轴；40、脚部评估装置；41、固定板；42、第三驱动器；43、第三传动组件；44、转轴；45、脚舵；200、被评估人员。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1至图6为本发明精细操作能力评估设备，精细操作能力评估设备用于评估人的精细操作能力。具体的，精细操作能力包括手部精细操作能力以及脚部精细操作能力。精细操作能力评估设备包括显示装置、底座10、座椅20、手部评估装置30、脚部评估装置40以及控制器。

显示装置用于显示评估指示以及被评估者的操作。具体的，在本实施例中，评估指示显示为若干个边框为黑色的空心圆圈，被评估者的操作显示为一个蓝色实心圆。

座椅20固定于底座10，座椅20供被评估人员200测试时坐下，使被评估人员200的手和脚既能单独进行评估，也能同时进行评估。

手部评估装置30固定安装于底座10，手部评估装置30用于评估被评估人员200的手部精细操作能力。

手部评估装置30包括壳体31、操纵杆32、第一变负载施加装置33、第二变负载施加装置34。壳体31固定于底座10。操纵杆32一端收容于壳体31，另一端从壳体31伸出。第一变负载施加装置33以及第二变负载施加装置34安装于壳体31并与操纵杆32传动连接，以分别带动操纵杆32的端部在第一方向以及垂直于第一方向的第二方向移动。

具体的，操纵杆32包括杆体320以及套筒321，杆体320的一端套设于套筒321。杆体320远离套筒321的端部为握持部，供被评估人员200抓握。杆体320靠近套筒321的端部与第二变负载施加装置34连接，使第二变负载施加装置34的动力传递至杆体320。套筒321远离杆体320的端部与第一变负载施加装置33连接，使第一变负载施加装置33的动力传递至套筒321，从而带动杆体320的握持部移动。

第一变负载施加装置33包括第一驱动器330、第一传动组件331、第一力矩传感器335以及第一支架336。第一驱动器330固定于壳体31，提供动力。优选的，在本实施例中，第一驱动器330为电机。第一传动组件331包括第一轴承332、第一皮带333以及第二轴承334。第一轴承332以及第二轴承334分别转动安装于壳体31。第一轴承332与第一驱动器330的输出端传动连接，第一皮带333套设于第一轴承332以及第二轴承334之间。第一轴承332通过第一皮带333带动第二轴承334转动。第一力矩传感器335安装于第二轴承334一侧，第一力矩传感器335检测第一驱动器330输出的力矩，并将实时力矩数值传递至控制器。第一驱动器330输出的力矩与被评估人员200在第一方向施加的力矩大小相等，第一力矩传感器335间接测量被评估人员200手部在第一方向施加的力矩。第一支架336包括第一主体337以及第一安装轴338，第一主体337与第二轴承334传动连接，第二轴承334带动第一主体337转动。第一安装轴338两端分别固定安装于第一主体337，第一安装轴338与套筒321固定连接。第一驱动器330输出的力矩能够变化，使第一方向的负载能够调节。

第二变负载施加装置34包括第二驱动器340、第二传动组件341、第二力矩传感器345以及第二支架346。第二驱动器340固定于壳体31，提供动力。优选的，在本实施例中，第二驱动器340为电机。第二传动组件341包括第三轴承342、第二皮带343以及第四轴承344。第三轴承342以及第四轴承344分别转动安装于壳体31。第三轴承342与第二驱动器340的输出端传动连接，第二皮带343套设于第三轴承342以及第四轴承344之间。第三轴承342通过第二皮带343带动第四轴承344转动。第二力矩传感器345安装于第四轴承344一侧。第二力矩传感器345检测第二驱动器340输出的力矩，并将实时力矩数值传递至控制器。第二驱动器340输出的力矩与被评估人员200在第二方向施加的力矩大小相等，第二力矩传感器345间接测量被评估人员200手部在第二方向施加的力矩。第二支架346包括第二主体347以及第二安装轴348。第二主体347与第四轴承344传动连接，第四轴承344带动第二主体347沿第二方向转动。第二安装轴348两端分别固定于第二主体347，第二安装轴348与杆体320固定。第二驱动器340输出的力矩能够变化，使第二方向的负载能够调节。

脚部评估装置40包括固定板41、第三驱动器42、第三传动组件43、第一力矩传感器、转轴44以及脚舵45。固定板41固定于底座10，第三驱动器42固定于固定板41。优选的，在本实施例中，第三驱动器42为电机。第三驱动器42通过第三传动组件43带动转轴44转动。脚舵45的数量为两个，两脚舵45分别安装于转轴44两端。第三力矩传感器安装于第三传动组件43，并实时监测第三驱动器42的输出力矩，并将实时力矩数值传递至控制器。第三驱动器42的输出力矩与被评估人员200脚部施加的力矩相等，第三力矩传感器间接测量被评估人员200脚部施加的力矩。

使用精细操作能力评估设备时，被评估人员200坐在座椅20上，手握住操纵杆32，脚放在脚舵45上。通过控制器预设评估时第一方向、第二方向以及第三方向的移动距离以及负载变化。其中第一方向、第二方向以及第三方向的移动距离以空心圆圈的形式显示在显示装置上。被评估人员200观察显示装置上显示的图案，开始测试。测试时，实验分为X向、Y向和Z向的保持实验与往复实验。保持实验要求被评估人员200按照指示，从左到右依次保持在黑色圆圈中心，保持时间为10s；往复实验要求被评估人员200按照节拍器的频率(1Hz、1.5Hz、2Hz)控制蓝色小球在两个黑色圆圈内往复运动。两个实验可设置参数：电机力矩大小、设定目标位置及大小、节拍器频率。

控制器根据第一方向的操作力、第一方向的位置信息、第二方向操作力、第二方向的位置信息分析被评估者200手部的精细操作能力。控制器根据第三方向的操作力、第三方向的位置信息分析被评估者200脚部的精细操作能力。

本申请还涉及一种采用上述精细操作能力评估设备实施的精细操作能力评估方法，包括以下步骤：

预设负载以及距离：通过控制器预设评估时第一方向以及第二方向的移动距离以及负载变化；

手部保持实验：被评估者手部握住操纵杆32，按照显示器的指示，操作操纵杆32，使显示器上代表被评估者操作的图标位于指示位置，并保持一段时间，控制器根据第一方向的操作力、第一方向的位置信息、第二方向操作力、第二方向的位置信息分析被评估者的手部精细操作的稳定性；

手部往复实验：被评估者手部握住操纵杆32，按照显示器的指示以及节拍器的频率，操作操纵杆32，使显示器上代表被评估者操作的图标在至少两指示位置往复运动，控制器根据第一方向的操作力、第一方向的位置信息、第二方向操作力、第二方向的位置信息分析被评估者的手部精细操作的准确性。

进一步地，还包括脚部保持实验，脚部保持实验具体为：被评估者脚部踩住脚舵45，按照显示器的指示，操作脚舵45，使显示器上代表被评估者操作的图标位于指示位置，并保持一段时间，控制器根据第三方向的操作力、第三方向的位置信息分析被评估者的脚部精细操作的稳定性。

进一步地，还包括脚部往复实验，脚部往复实验具体为：被评估者脚部踩住脚舵45，按照显示器的指示，操作脚舵45，使显示器上代表被评估者操作的图标在至少两指示位置往复运动，控制器根据第三方向的操作力、第三方向的位置信息分析被评估者的脚部精细操作的准确性。

相比现有技术，本发明精细操作能力评估设备通过第一变负载施加装置33以及第二变负载施加装置34能够施加两个不同自由度的负载，并且负载能够实时变化，模拟飞行过程中的负载变化；通过力矩传感器以及驱动器获得不同自由度上的操作力大小以及位置信息，并根据操作力大小以及位置信息分析被评估者的精细操作能力，评估结果更加准确。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进演变，都是依据本发明实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本发明的保护范围。