Microsoft Word - Dervinis.doc

Transkriptas

1 ISSN ELEKTRONIKA IR ELEKTROTECHNIKA Nr. 7(49) T 5 MEDICINOS TECHNOLOGIJA Galvos posūkių kotrolės sistemos tyrimas D. Derviis, V. Laurutis Šiaulių uiversitetas Viliaus g. 4, LT 5400 Šiauliai, Lietuva, el.p. ddoatas@cetras.lt Įvadas Orietavimosi erdvėje ematat tyrimai yra svarbūs daugelyje žmogaus veiklos sričių: Ergoomikoje, kuriat žmogaus ir mašios sistemas (svarbu optimaliai įregti darbo vietą, kad žmogui būtų patogiausia. Daugelis operatoriaus veiksmų ilgaiiui atliekami automatiškai, ežiūrit į reikiamą vietą). Aviacijoje ir avigacijoje (arams, pasieriatiems į vadeyo gelmę, lakūams, skredat rūke, kai ėra realių orietyrų). Nustatat žmogaus profesiį tikamumą. Medicioje, diagozuojat kai kurias ligas. Šiame straipsyje orima apžvelgti, kaip tiksliai tiriamasis sugeba atkartoti galvos posūkius tam tikru kampu. Apžvelgę šia tema publikuotus straipsius, padarėme išvadą, kad ši sritis dar epakakamai uodugiai išagriėta, ėra skelbta kiekybiių galvos posūkių erdvėje rodiklių. Didelė šiuo metu atliekamų tyrimų dalis yra skirti žmogaus diamiėms savybėms ustatyti [-7]. Metodika Yra įvairių metodų galvos posūkiams registruoti [8]:. Mechaiis metodas (prie tiriamojo galvos pritvirtiamas lazeris ir jo spidulys registruojamas sužymėtame cilidriiame ekrae, kuriame ustatomas kampas). Šio metodo trūkumai: duomeų egalima tiesiai įvesti į kompiuterį; ribotas tikslumas, jis priklauso uo cilidriio ekrao skersmes. 2. Elektromagetiis metodas taikomas tiek galvos, tiek viso kūo posūkiams tirti. Tam audojamas kubas su ritėmis, kurių aalogiis sigalas verčiamas į skaitmeiį ir rezultatai įrašomi tiesiai į kompiuterį, prie tiriamojo tvirtiama ritė, į kurią siučiamas 40 khz moduliuotas sigalas. Šis metodas tika tik edideliems kampams matuoti (0,5 tikslumu galima matuoti kampus uo 40 iki +40, tikslumu - uo 60 o iki +60 o ). Šio tikslumo užteka galvos posūkius matuoti, tačiau per maža viso kūo posūkiams matuoti. 3. Televiziiu metodu (jį ir audosime tyrimams atlikti) galima tokiu pat tikslumu matuoti 360 kampus. Toliau aptarsime eksperimete audotą metodą. Jo struktūriė schema pavaizduota paveiksle. Skaitmeiė kamera Žeklas pav. Eksperimetiis galvos posūkių kampų matavimo modelis Tiriamasis sodiamas at kėdės, ir jam at galvos pritvirtiamas paveiksle parodytas žeklas. Virš žeklo 5 0 cm atstumu tvirtiama kamera (vaizdas turi būti šiek tiek išfokusuotas, kad programa galėtų rasti bet 9 skirtigo ryškio taškus eilutėje pereiat iš baltos spalvos į juodą). Vaizdas perduodamas į kompiuterį ir apdorojamas specialiai sukurta programa. Gautas kadras aalizuojamas eilutėmis, ieškat vietos, kur balta spalva pereia į juodą. Kiekvieoje eilutėje yra radami dev skirtigo ryškio slekstiiai taškai. Mėlya tiesė Geltoi taškai Raudoi taškai 2 pav. Atpažitos liijos vaizdas programoje Po aproksimacijos ketvirtojo laipsio poliomu kiekvieoje eilutėje gauamos pakoreguotos taško (raudoo) koordiatės bei pirmiiai tiesės taškai (geltoi). Kitu etapu radama tiesės lygtis (3) (mėlya tiesė ): 60

2 y = v0 + vx; () 2 xi xi xi v = = = = 0 = i i i i ; (2) 2 2 x ( x ) i i i= i= xi xi i= i= i= v =. (3) 2 2 xi ( xi ) i= i= Iš jos gauamas tiesės pasvirimo kampas ϕ: ϕ = arctg ( v ). (4) Kad būtų tiksliau, kiekviea padėtis filmuojama ir aalizuojama po 0 kartų (kas 0,2s). Galutiis kampo rezultatas yra dešimties verčių matematiė viltis. Televiziio kampų ustatymo metodo jautrumas Naudojat stacioariai įtaisytą kamerą ir ekspouojat ejudamą žeklą, atlikta 00 badymų. Jų rezultatai pateikiami 3 paveiksle. Badymai buvo atliekami su šešiais tiriamaisiais (2 kairiarakiai ir 4 dešiiarakiai), kurių amžius uo 2 iki 26 metų. Tyrimo rezultatai Eksperimeto pradžioje buvo atliekama keletas badymų. Badyta ustatyti, kokie kampai yra aktualiausi žmogui. Pirmiiais badymais ustatyta, kad žmogus, sėdėdamas prie darbo stalo, atlieka edidelius posūkius apie 0 arba didesius - apie 30. Dėl šios priežasties tyrimas apribotas šiais dviem kampais, tiriamajam pasisukat į kairę ir į dešię pusę. Taip pat rezultatai parodė, kad dešiiarakių ir kairiarakių žmoių posūkiai yra evieodi, dėl šios priežasties dešiiarakių ir kairiarakių duomeys pateikiami atskirai. Kiekvieo tiriamojo 0 galvos posūkio rezultatai atskirai pateikiami 4 ir 5 paveiksluose, kur matyti, kad beveik visi dešiiarakiai ( 4) į kairę galvą pasuka didesiu kampu ei reikia vidutiiškai 3. Didžiausias uokrypis - iki 8 yra 3-io tiriamojo. Kairiarakiai vidutiiškai epasiekia reikiamo kampo 2. Į dešię pusę per daug kairiarakiai ir dešiiarakiai pasukdavo galvą vidutiiškai 4. Visų tiriamųjų paklaidų vidutiis eksperimetiis kvadratiis uokrypis yra paašus ir lygus pav. Metodo jautrumo įvertiimas Maksimali išmatuoto kampo vertė gauta 5,23, miimali 4,92. Apskaičiavę dispersiją, gauame, kad metodo jautrumas yra 0, ; taip pat svarbu, kad jis yra epriklausomas uo kampo. 4 pav. Įvairių tiriamųjų galvos posūkio paklaidos. Tikslo kampas 0 laipsių į dešię; 4 žmoės dešiiarakiai, 5 ir 6 kairiarakiai Galvos posūkių eksperimeto eiga Badymai atliekami į kairę ir į dešię puses su dviem kampais (0 ir 30 ). Pradžioje užsimerkęs tiriamasis pasuka galvą kampu ir bado įsimiti jos padėtį. Po atsipalaidavimo atliekami 9 badymai (tarpuose daromos 3 5s pauzės), kurių metu žmogus bado galvą pasukti tokiu pat kampu. Kiekvieo badymo rezultatas registruojamas ir lygiamas su pirmiiu posūkio kampu. Pradžioje atliekamas kiekvieo žmogaus tyrimas atmerktomis akimis ir įvertiamas sugebėjimas orietuotis matat apliką. Visi kiti badymai atliekami užmerktomis akimis, sudarat tolygų apšvietimą ir aplikos triukšmą (kad šie veiksiai eturėtų įtakos rezultatams). 5 pav. Įvairių tiriamųjų galvos posūkio paklaidos. Tikslo kampas 0 laipsių į kairę; 4 žmoės dešiiarakiai, 5 ir 6 - kairiarakiai 6

3 Tiriamieji, darydami 0 posūkius, dažiausiai pradžioje kampą ustatydavo tiksliau, paklaida eviršydavo ±2 (6 9 pav.). Kiekvieos tolesės fiksacijos metu dešiiarakiai žmoės (6 pav.) į kairę galvą pasukdavo vis daugiau, persukdami iki 8. Į dešię (7 pav.) jie taip pat pasuka galvą per daug. Nors pirmųjų fiksacijų tikslumas siekia, tačiau paklaidos didėja iki 4. Kairiarakiai (8 pav.) paklaidas į kairę daro paašiai kaip ir dešiiarakiai uo iki 6,8 į dešię (9 pav.) pasuka per daug iki 4. Iš grafikų matyti, kad, atliekat badymus mažais kampais, paklaidos didėja ir esistabilizuoja. Progozuoti galvos posūkio beveik eįmaoma. 9 pav. Kairiarakių žmoių galvos posūkio paklaidos. Tikslo kampas 0 laipsių į dešię 6 pav. Dešiiarakių žmoių galvos posūkio paklaidos. Tikslo kampas 0 laipsių į kairę Sukiojat galvą didesiais kampais (30 ) gauami akivaizdžiai kitokie rezultatai: dešiiarakiai (0 pav.) tiriamieji į kairę epasukdavo galvos iki reikiamo kampo 2 3 ir ši paklaida vidutiiškai išsilaikydavo viso badymo metu, ors badymo gale būdavo pastebima iki 6 paklaidų sklaida. Sukdami galvą į dešię ( pav.), paklaidas jie darydavo gerokai mažeses, persukdami iki 2. Kairiarakių rezultatai paašūs, tik tikslesi. Sukat galvą į kairę (2 pav.), pradžioje paklaida būdavo apie 0. Paaši paklaida išsilaiko ir tolesių fiksacijų metu. Į dešię (2 pav.) kairiarakiai galvą persuka uo 2 iki 3. 7 pav. Dešiiarakių žmoių galvos posūkio paklaidos. Tikslo kampas 0 laipsių į dešię 0 pav. Dešiiarakių žmoių galvos posūkio paklaidos. Tikslo kampas 30 laipsių į kairę 8 pav. Kairiarakių žmoių galvos posūkio paklaidos. Tikslo kampas 0 laipsių į kairę pav. Dešiiarakių žmoių galvos posūkio paklaidos. Tikslo kampas 30 laipsių į dešię 62

4 Atliekat badymus atmerktomis akimis, kai tiriamasis žvilgsiu prisisieja prie aplikos elemetų, paklaidos gauamos mažesės. Maksimalūs uokrypiai eviršija 2. Badymų metu pastebėta, kad tiriamieji, atlikdami tuos pačius veiksmus mokosi, t.y. paklaidos mažėja, didiat eksperimetų skaičių. Daroma prielaida, kad, kuriat žmogaus ir mašios sąsajas bei parekat operatorių, svarbu atsižvelgti e tik į bedrus ergoomikos reikalavimus, bet ir idividualias žmogaus savybes, kurias galima ustatyti atliekat testus. Literatūra 2 pav. Kairiarakių žmoių galvos posūkio paklaidos. Tikslo kampas 30 laipsių į kairę 3 pav. Kairiarakių žmoių galvos posūkio paklaidos. Tikslo kampas 30 laipsių į dešię Apibedriat rezultatus, galima pasakyti, kad žmogui pasukti galvą didesiu kampu yra legviau, es iki 20 ejaučiamas galvos raumeų tempimas (propriorecepsiis refleksas), todėl žmogui yra sukiau ustatyti galvos padėtį ir pasukti reikiamu kampu. Ties 30 laipsių riba žmogus pradeda jausti raumeų įtempimą ir taip gali geriau uspręsti, kiek yra pasukta galva. Todėl tokiu atveju galima esukiai progozuoti galvos posūkius, es paklaidos ilgaiiui stabilizuojasi.. Heriques Y.D.; Crawford D.J. Role of eye, head, ad shoulder geometry i the plaig of accurate arm movemets // Joural of europhysiology Apr; 87 (4). P Gdowski T.G.; McCrea A.R. Itegratio of vestibular ad head movemet sigals i the vestibular uclei durig wholebody rotatio. // Joural of europhysiology. 999 Jul; 82 (). P José F. Barraza ad Norberto M. Grzywacz. Measuremet of agular velocity i the perceptio of rotatio // Visio Research. Volume 42, Issue 2, September P Williams A.; Mark N. Head, eye ad arm coordiatio i table teis // Joural of Sports Scieces. Mar2002, Vol. 20 Issue 3. P Smeets JB; Hayhoe MM; Ballard DH. Goal-directed arm movemets chage eye-head coordiatio. // Experimetal brai research. 996 Ju; 09 (3). P Heriques Y.D.; Mededorp P.W.; Kha Z.A.; Crawford D.J. Visuomotor trasformatios for eye-had coordiatio. // Progress i brai research. 2002; 40. P Biguer B; Jeaerod M; Prablac C. The coordiatio of eye, head, ad arm movemets durig reachig at a sigle visual target. // Experimetal brai research. Experimetelle Hirforschug. 982; 46 (2). P Крищюнас К.С. Преобразование эргатической информации. - Вильнюс: Мокслас, Kėvelaitis E., Illert M., Hultbar H. Žmogaus fiziologija. K.: Kauo medicios uiversiteto leidykla, Išvados Galvos pasukimo paklaidos priklauso uo to, ar žmogus yra dešiiarakis, ar kairiarakis, bei uo posūkio kampo dydžio. Pateikta spaudai D. Derviis, V. Laurutis. Galvos posūkių kotrolės sistemos tyrimas // Elektroika ir elektrotechika. Kauas: Techologija, Nr. 7(49). P Žmogaus galvos judesių tikslumas buvo ištirtas televiziiu kampų matavimo metodu. Šis metodas tika 360 apie savo ašį besisukačio kūo posūkio kampui matuoti. Galvos posūkių tyrimo rezultatai atskleidė, kad žmogaus sugebėjimas pasukti galvą tam tikru kampu ematat orietyro priklauso uo tikslo kampo dydžio didėjat kampui didėja ir paklaida; taip pat uo to, ar žmogus yra dešiiarakis ar kairiarakis dešiiarakiai, sukdami galvą į dešię, pasuka daugiau, ei yra duotas kampas, o kairiarakiai reikiamo kampo epasiekia. Kartojat judesius rezultatai gerėja ir tai rodo, kad žmogus gali laviti savo galvos posūkių tikslumą. Il. 3, bibl. 9 ( lietuvių kalba;satraukos lietuvių, aglų, rusų k.). 63

5 D. Derviis, V. Laurutis. The Research of Head Tur Cotrol System // Electroics ad Electrical Egieerig. Kauas: Techologija, No. 7(49). P The accuracy of huma head rotatio was ivestigated by video method for measuremet rotatio agle. This method ca measure rotatio agle i a rage of 360 for rotatig body. Head rotatio results revealed that huma subject ability to rotate head by defied agle, whe subject does t see target, depeds o aim agle size icreasig agle elds larger errors; do the subject is left or right hader whe right hader rotates head to right, he rotates head too much, left hader too little. The improvemet of accuracy was oticed after repeated experimets, this shows, that huma ca trai accuracy of his head rotatios. Ill. 3, bibl. 9 (i Lithuaia; summaries i Lithuaia, Eglish ad Russia). Д. Дeрвинис, В. Лаурутис. Исследование системы контроля поворотов головы // Электроника и электротехника. Каунас: Технология, (49). - С Точностъ движений головы человека исследоваласъ телевизионным методом измерения углов. Этот метод позволяет измерять углы поворота вращающегося тела округ своей оси до 360. Результаты исследований поворота головы показали, что точностъ, не видя ориентира, зависит от величины угла (при увеличиние угла точностъ уменьшается), также от того, является ли человек левшой или нет (левши, поворачивая голову направо, не достигают заданного угла, а остальные превышают этот угол). Повторяя испытания точностъ результатов увеличивается, из чего следует, что человек способен тренировать точность поворотов головы. Ил. 3, библ. 9 (на литовском языке; рефераты на литовском, английском и русском яз.). 64