系统动力学与动觉反馈对人机遥操作中工具补偿和用户策略的影响

通过机器人遥操作器远程操控环境会在用户与环境之间引入新颖的机电（EM）动力学。尽管大量工作集中于最小化这些动力学，但关于它们对用户内部模型及由此产生的运动控制策略影响的研究有限。本文研究了遥操作器的动力学和动觉反馈在多大程度上影响任务行为和工具补偿。我们的遥操作实验平台具有一个由用户通过手腕旋转控制的领导端口，一个连接到由旋转电机渲染的虚拟环境的跟随端口，以及介于两者之间的三种独立接合的不同传动装置（刚性、单边EM、双边EM）。30名成年参与者通过平衡呈现每种传动装置，在粘弹性虚拟环境中旋转圆盘。用户追踪以0.55至2.35 Hz之间7个预定义随机频率振荡的目标。实验结束后，将目标、领导者和跟随者的轨迹分解为所有频率下的增益和相位误差分量。我们发现，尽管跟随端口的追踪性能在不同传动装置间相似，但用户在领导端口的调整在刚性和EM传动装置之间存在差异。用户在刚性和单边传动装置之间施加了不同的捏合力，表明追踪策略确实随动力学和反馈而变化。然而，随着任务速度加快和难度增加，用户补偿动力学的能力显著下降。因此，在补偿遥操作器动力学时，人类手腕的追踪追踪存在极限。