航天员虚拟训练中运动物体抓持规则研究

目的探索航天员虚拟训练中运动物体抓持规律,为提升地面仿真训练中存在的航天员协同操作训练效果提供技术基础。方法在力封闭虚拟手抓持规则的基础上,以手为研究对象,建立指尖和物体组成的碰撞系统,采用弹塑性力学推导建立物体运动和抓持碰撞时最大接触力之间的关系;开展实验分别验证手姿、材质和物体速度对抓持的影响。结果手姿对是否符合抓持规则起着重要影响,主要取决于抓持接触点位置和法矢;物体密度主要影响最大抓持压力,摩擦系数影响是否满足力封闭原理,杨氏模量对抓持影响较小;物体的运动速度越大,越难抓持。结论通过碰撞模型和力封闭原理实现了抓持判断,仿真手部抓持运动物体的场景,可以应用到航天员虚拟训练的虚拟手抓持场景,对航天员虚拟训练有应用价值。     

航天飞行训练模拟器的故障仿真

目的实现空间飞行训练模拟器故障仿真功能,用于航天员故障训练。方法根据飞船故障预案与对策,定义了训练模拟器中故障仿真原则,对飞船的故障模式进行了分类,确定了用于航天员训练的故障类型,建立了故障仿真模型,通过数字仿真方法实现故障仿真。结果按照航天员训练需求,建立了环控生保、GNC、推进、电源、热控、数管、测控通信及结构等飞船分系统故障仿真模型并实现了故障仿真。结论空间飞行训练模拟器中所实现的故障训练仿真功能满足航天员故障训练要求。     

航天员虚拟训练系统启发式评估准则研究

目的设计一套适用于航天员虚拟训练系统的启发准则。方法在Nielsen十大准则和其他学者启发准则研究的基础上,结合航天员虚拟训练系统特点,完成启发准则设计。为验证所设计准则的有效性,与Nielsen准则评估效果进行对比。结果这套准则在发现独特问题的数量,准则彻底性、有效度和可靠性等方面都要优于Nielsen准则,同时评估人员对这套准则适用性的评价也显著高于Nielsen准则。结论该启发准则可用于开发前中期的航天员虚拟训练系统启发式评估。     

基于人在回路感知的房颤导管消融训练器研究

目的 为解决三维标测指导下房颤导管消融手术医生缺乏训练手段的问题,根据常用的三维标测CARTO房颤手术系统原理,研制一种基于人在回路感知的房颤导管消融训练器.方法 分析人在回路的CARTO系统手术过程,提出训练器系统总体结构,并给出实现该系统的关键技术,包括:与实际手术用消融导管手感一致的训练用消融导管实现方法、基于实际病人数据的虚拟病人心脏几何模型和心电数据仿真方法、基于质点弹簧模型的虚拟消融导管仿真方法和基于OBB(oriented bounding box,方向包围盒)包围盒碰撞检测算法的两层虚拟手术交互操作模型.系统集成后邀请专家试用并对其评价.结果 该训练器与实际手术系统的操作方法、硬件操作界面和视觉信息一致,该系统交互操作实时、灵活.结论 该训练器能完成人在回路的房颤手术过程交互仿真,并可用于医生的手术训练和术前手术预演.     

交互方式对航天员虚拟训练效率和体验影响研究

目的研究不同交互方式对航天员虚拟训练效率和体验的影响,制定更好的航天员虚拟训练交互方案。方法针对选择/操纵类虚拟交互任务,设计用户实验,对比研究航天员虚拟训练过程中动作捕捉手套和交互手柄两种交互方式的差异。通过比较任务完成时间,客观比较两种交互方式的交互效率,同时通过主观量表比较两种交互方式的用户体验。结果两种交互方式在不同类型任务中交互效率不同;动作捕捉手套用户体验评分更高,但交互手柄也能带来出色的体验。结论在航天员虚拟训练系统开发过程中,应该优先根据任务类型选择交互方式,以更高的交互效率保证航天员虚拟训练效率。     

面向航天虚拟操作分析的航天员人体建模与姿态仿真技术

目的建立支持虚拟操作分析的航天员三维人体模型。方法研究了层次化、关节化和参数化人体建模方法;通过CATIA软件建立人体骨骼层、皮肤层和服饰层静态模型,并将其导入到JACK环境当中进行关联处理,赋予人体关节运动特性。结果生成了可根据百分位和各体段参数进行调整的航天员模型,并实现了姿态仿真。结论建立的航天员人体模型具有几何外观特性和基本动力学特性,结合JACK软件环境,可以实现航天操作的可视性、可达性、疲劳度等分析。     

固定基全任务航天飞行训练模拟器

固定基全任务飞行训练模拟器是航天员训练中非常关键和重要的综合训练设备,主要用于对航天员进行载人航天飞行程序、故障处理能力、飞行操作和控制及船地通信等综合技能和任务训练.模拟器由飞船仿真、模拟座舱、视景、音响、主控机、教员、辅助支持等分项组成.实现了飞船环境模拟、飞船运动模拟、天地通信模拟、典型故障模拟、人工控制与操作训练、训练控制、训练监视、训练数据库管理、训练数据记录、模拟器系统检测等功能.     

基于感知特性的移动式交会对接训练器研究

目的为航天员提供一套可随时随地训练的移动式手控交会对接训练器,提高未来空间站任务手控交会对接操作的训练效率。方法以当前桌面式训练器为基础,分析了影响手控交会对接操作的关键感知因素,通过对照实验分别对小型化显示设备和仿真手柄两种模式训练平台的操作效能进行了验证。结果小型化显示设备并不会显著影响操作效能;而仿真手柄模式下受试者的操作效率发生了一定变化,但没有显著影响对接精度。结论在保证一定训练效能的前提下,手控交会对接训练器有希望实现系统结构的小型化,满足航天员移动式训练需求。     

载人航天空间定向障碍及虚拟环境下的适应性训练

在空间站等具有复杂三维结构的大型航天器中,空间定向障碍严重影响了航天员的工作进程。如果航天员能够进行相关的飞行前体验和适应性训练,将减少空间定向障碍的发生。本文在分析了三种典型的空间定向问题和对抗方法基础上,针对失重仿真、视觉仿真和导航任务仿真3个方面,对常用的几种飞行前适应性训练方法进行了比较,分析虚拟环境下适应性训练方法的优势与缺陷,总结国内外基于虚拟现实技术的定向训练系统研究现状,并提出进一步的研究建议。     

航天员空间操作人因分析一体化仿真平台

目的为支持航天任务中航天员作业能力变化规律方面的研究,建立航天员空间操作人因分析一体化仿真平台。方法分析了该平台的系统结构,给出了控制流程及软件各部分的详细实现方法,包括认知和生物力学仿真,作业可视化,负荷预测与绩效分析等软件。结果通过手控交会对接任务作为用例,对平台功能进行了实验验证,实验结果证实了平台的可行性、有效性和实用性。结论平台的认知和生物力学模型可实现人在回路外的仿真,可对负荷与绩效进行预测及可视化显示,为进一步分析航天员在太空操作能力的变化奠定了技术基础。     

Ⅱ区指屈肌腱损伤患者在修复术后实施虚拟情景反馈训练对手功能的恢复作用

目的探讨Ⅱ区指屈肌腱损伤患者在修复术后实施虚拟情景反馈训练对手功能的恢复作用。方法 2012年6月—2017年6月鹤壁市人民医院显微外科诊治Ⅱ区指屈肌腱损伤患者中抽取76例随机分组,对照组(n=38)在修复术后应用常规综合康复训练方式治疗,研究组(n=38)则加用修复术后实施虚拟情景反馈训练,对两组患者手功能指标(手指总活动度,手指三点捏力、侧捏力、握力和并发症发生率)进行统计学分析。结果 (1)研究组患者的手指总活动度康复优良率是97.37%,与对照组手指总活动度康复优良率84.21%相比有统计学差异(P0.05);(2)治疗前,研究组和对照组侧捏力、握力和三点捏力比较差异均无统计学意义(P0.05);治疗后,研究组患者侧捏力、握力和三点捏力明显高于对照组(P0.01);(3)研究组患者并发症发生率2.63%,低于对照组的10.53%,但差异无统计学意义(P0.05)。结论Ⅱ区指屈肌腱损伤患者在修复术后实施虚拟情景反馈训练,对恢复手功能有积极作用,可借鉴。     

Initial experience of acoustic radiation force impulse ultrasound imaging of cervical lymph nodes

The aim of this study was to evaluate acoustic radiation force impulse imaging for cervical lymphadenopathy in routine clinical practice and to correlate the acoustic radiation force impulse values with the morphological signs and the pathological results, which were used as the reference standard. The virtual touch tissue quantification values were analyzed in 123 patients (mean age 40.8 years, range 1–81 years) with 181 cervical lymph nodes (87 benign, 94 malignant). The diagnostic performance of acoustic radiation force impulse values were evaluated with respect to sensitivity, specificity, and area under the curve using a receiver operating characteristic curve analysis. The mean virtual touch tissue quantification values of the benign lesions (2.01 ± 0.95 m/s) differed from that of the malignant lesions (4.61 ± 2.56 m/s; P < 0.001). The cutoff level for virtual touch tissue quantification value for malignancy was estimated to be 2.595 m/s. Using the receiver operating characteristic curve curves with the cutoff value, the virtual touch tissue quantification value predicted malignancy with a sensitivity of 82.9%, specificity of 93.1% and gave an areas under the curve of 0.906 (95% CI 0.857–0.954). Acoustic radiation force impulse is feasible for cervical lymph nodes and provides quantitative elasticity measurements, which may complement B-mode ultrasound and potentially improve the characterization of cervical lymph nodes.     

航天员与月球表面周围介质之间热交换的数学模型

为了在月球表面维持航天员本身热平衡，保护航天员不受太阳辐射和月球表面红外辐射的危害，对月球表面航天员与周围介质之间的热交换进行了综合分析，建立了月球表面航天员与周围介质之间热交换的数学模型。计算与分析结果表明：月球表面温度及穿透到航天员的热流随太阳射线的入射角的变化而变化；登月服的吸收系数、辐射系数以及热阻直接影响航天员本身的热平衡。     

航天在轨快速伸缩复合训练研究进展

快速伸缩复合训练作为一种非常有效的提高运动员爆发力的体能训练手段,为我国奥运军团的体能训练作出了突出的贡献.该方法对航天员的在轨训练和人体力量的维持研究与应用尚不完全清晰,将其运用于航天在轨训练的方案和体系在我国尚属空白.该文综合分析国内外相关研究,对快速伸缩复合训练的原理及其提高运动表现能力的研究进行全面系统的阐述,并创新性地提出将该法应用于航天员的在轨训练.旨在拓展航天员的体能训练领域,为我国航天航空领域的失重防护功能训练提供相关理论依据与应用参考.     

Virtual motor training to improve the activities of daily living,hand grip,and gross motor function among children with cerebral palsy: Meta-regression analysis

BackgroundGiven that cerebral palsy is a lifelong condition, continuous motor training is necessary to correct abnormal posture and patterns to improve functional performance.ObjectiveTo explore the essential features of virtual motor training and identify its effects on the activities of daily living, hand grip function, and gross motor function among children with cerebral palsy.MethodsTen databases were systematically searched for randomized controlled trials from inception until October 15, 2019. Studies with a randomized controlled trials design, children with cerebral palsy, comparisons of virtual motor training with other interventions, and activities of daily living, hand grip, and gross motor function outcomes were included. Subgroup analyses and meta-regression were performed. The effect size was assessed using random-effects meta-analysis and evaluated by using Hedges’ g. Random effects univariate meta-regression model was used to examine the association of covariates with intervention effectiveness.ResultsSeventeen randomized controlled trials with 853 participants were included. Meta-analysis indicated that the virtual motor training had significant positive effects on activities of daily living (g = 0.31, 95% confidence interval, CI = 0.10, 0.51), grip (g = 0.40, 95% CI = 0.08, 0.71), and gross motor (g = 0.71, 95% CI = 0.43, 0.99) function. Univariate random-effects meta-regression analysis indicated an increase in activities of daily living scores for motion capture systems that used depth imaging compared with those that used digital imaging.SignificanceOur systematic review indicated that virtual motor function may significantly improve ADLs, hand grip, and gross motor functions among children with cerebral palsy.     

航天员应急着陆时面临的温度环境及热交换问题

目的对不同的可能着陆区的温度环境以及人体与环境的热交换问题进行分析，并讨论相应的对抗措施。方法 利用能量守恒原理建立人与环境热交换方程并对影响人体热平衡的因素进行讨论。结果 温度环境，包括温度、湿度、压力、风速以及太阳辐射是影响航天员热平衡的关键因素。结论航天 在应急丰或溅落等待期间，只要能适当地行动和正确地利用生存装具豚环境条件，就能生还。     

Problems of Psychological Monitoring in Astronaut Training

在进行职业训练时，对受训者的心理变化趋势进行监视是必要的。航天员心理因素的发展水平可通过心理测试来检测，以便能对其重要的心理指标进行评价，并给出综合评价。文中列出应进行测试的心理指标，并根据大量的样本统计给出了经验加权因子。测试结果的积累可以预测航天员将来飞行任务中处理复杂问题的能力，并能帮助改进训练过程及暴露缺点。