千文網(wǎng)小編為你整理了多篇相關(guān)的《車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文(推薦6篇)》，但愿對(duì)你工作學(xué)習(xí)有幫助，當(dāng)然你在千文網(wǎng)還可以找到更多《車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文(推薦6篇)》。

第一篇：人機(jī)工程學(xué)課程論文

人機(jī)工程學(xué)課程論文

本論文為《人機(jī)工程學(xué)》課程的考核環(huán)節(jié)，通過書寫論文鞏固課堂教學(xué)過程中所講授的知識(shí)內(nèi)容，掌握人機(jī)工程學(xué)在作業(yè)環(huán)境、操作系統(tǒng)等方面的應(yīng)用。

二、論文選題：

論文題目為自選，應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分析，確定其合理性；應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其復(fù)合人機(jī)工程要求。（只選一個(gè)方面）

三、論文內(nèi)容：

1、應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分析，確定其合理性。研究對(duì)象可以為操作環(huán)境、操作系統(tǒng)、人及交互產(chǎn)品、日常用品等。

2、應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其復(fù)合人機(jī)工程要求。研究對(duì)象可以為操作環(huán)境、操作系統(tǒng)、人及交互產(chǎn)品、日常用品等。

要求要有必要的圖表說明。

四、論文要求：

1．時(shí)間：

論文上交日期為2011年1月10日。2．字?jǐn)?shù)要求： 字?jǐn)?shù)不少于3000字。3．提交文件：

同時(shí)提交打印稿和電子稿件。

五、評(píng)分原則

1．考核成績(1)平時(shí)成績20%；(2)論文70%。2．評(píng)分原則

課程論文（設(shè)計(jì)）中，最終的論文或設(shè)計(jì)說明書并不能完全反映學(xué)生的真實(shí)水平，因此，對(duì)同學(xué)的評(píng)分，特別要注意抓兩頭：一頭抓平時(shí)，一頭抓論文?？砂聪率鲈瓌t作原則上的評(píng)定成績：

成績優(yōu)秀的條件：

(1)設(shè)計(jì)或書寫論文過程中表現(xiàn)有一定的獨(dú)立工作能力，能按老師的指導(dǎo)的內(nèi)容自己獨(dú)立完成論文或設(shè)計(jì)；

(2)論文或設(shè)計(jì)中沒有較大錯(cuò)誤和較多的一般性錯(cuò)誤(允許有個(gè)別非原則性錯(cuò)誤)；

第二篇：車輛人機(jī)工程學(xué)課程論文

車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文

基于人機(jī)工程學(xué)評(píng)價(jià)與仿真的人體模型建模

╳ ╳ ╳

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱，150030）

摘要： 隨著人機(jī)工程技術(shù)的不斷完善，參數(shù)化的人體模型已不再僅是作為一種靜態(tài)的視覺參考，而是在此基礎(chǔ)上融入了人體結(jié)構(gòu)、人體功能和人體力學(xué)等方面的特征,使人體模型不僅具有合理的外觀、精確的尺寸，還具有合乎實(shí)際的運(yùn)動(dòng)形式。隨著研究的不斷深入，參數(shù)化的人體模型已經(jīng)成為一種有效的輔助工具，直接參與到工作環(huán)境的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)過程中來。盡管不同的人機(jī)問題對(duì)應(yīng)著不同的設(shè)計(jì)要求，但應(yīng)用在人機(jī)工程上的人體模型的設(shè)計(jì)原則是一致的，即要達(dá)到：外觀合理、尺寸精確、運(yùn)動(dòng)逼真。參數(shù)化的人體模型的設(shè)計(jì)目前存在以下三方面的難點(diǎn)：

（1）從外觀上看，基于簡單幾何體搭建的人體模型具有必要的人機(jī)工程測量基準(zhǔn)，但模型的外形較生硬、失真度較大；基于曲面表達(dá)的人體模型外形較逼真但是缺少準(zhǔn)確的測量基準(zhǔn)。

（2）從尺寸的精確度上看，人體模型的尺寸都是經(jīng)過簡化或是估算得到的，模型的尺寸不能真實(shí)體現(xiàn)個(gè)體的形態(tài)。

（3）從運(yùn)動(dòng)情況來看，目前多數(shù)人體模型只能進(jìn)行靜態(tài)的尺寸測量，少數(shù)模型即使能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的動(dòng)作仿真，但逼真度不高。

本文針對(duì)當(dāng)前人體模型設(shè)計(jì)過程中上存在的諸多問題，開發(fā)了參數(shù)化的人體模型。首先，人體模型采用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)化建模，同時(shí)加入各肢體段的質(zhì)量數(shù)據(jù)和各個(gè)關(guān)節(jié)的活動(dòng)角度范圍數(shù)據(jù)。其次，在運(yùn)動(dòng)仿真方面，本文根據(jù)人體模型各個(gè)關(guān)節(jié)的自由度數(shù)目，用特定的函數(shù)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，對(duì)模型整體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，從而實(shí)現(xiàn)人體模型的簡單連續(xù)運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)、UG二次開發(fā)、人體模型、碰撞檢測、運(yùn)動(dòng)仿真

車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文 人體模型國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國外發(fā)展概述

最近幾年，歐美許多國家和亞洲其他國家對(duì)人體模型方面的研究向著更精細(xì)的方向發(fā)展，不再僅僅是追求外形上的相似性，更關(guān)注內(nèi)部結(jié)構(gòu)、姿勢重構(gòu)、運(yùn)動(dòng)仿真以及熱效應(yīng)等生理效應(yīng)方面的內(nèi)容。

Forbes.PA.等2006年提出了一種用于預(yù)測側(cè)面碰撞引起胸部損傷的多尺寸的人體模型，文中給出了第50百分位的人體模型的有限元模型，并且模型加入了材料屬性能更好的預(yù)測人體局部的損傷情況。Kim Ki-Sun等人研究了基于縱向、垂直、俯仰運(yùn)動(dòng)的慣性測量的坐姿人體模型的動(dòng)態(tài)建模[9]。Sancisi N等人創(chuàng)建了人體膝關(guān)節(jié)的一種單自由度的球形機(jī)械模型，并在假肢和矯形器的設(shè)計(jì)中深入研究了人體膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。Satoru Takada等開發(fā)一個(gè)在給出的環(huán)境條件下可以預(yù)測熱響應(yīng)的人體熱模型，能實(shí)現(xiàn)人體溫度調(diào)節(jié)。Hee-Deok Yang等對(duì)三維人體姿勢的重構(gòu)做了相關(guān)的研究，分別從捕捉三維立體圖像序列、捕捉有效的視覺特征、分析輪廓的相關(guān)向量等方面入手研究了人體模型的姿勢重構(gòu)[12-15]。文獻(xiàn)中研究了用于電磁仿真軟件中的一個(gè)動(dòng)態(tài)的人體模型，在人體表面固定天線來模擬動(dòng)態(tài)人體的運(yùn)動(dòng)和姿勢并捕捉運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。Steffen Knoop等在動(dòng)態(tài)三維人體模型的關(guān)節(jié)上設(shè)置人工智能通訊點(diǎn)的方式來跟蹤人體外輪廓的運(yùn)動(dòng)，模型由一系列剛性圓柱體組成，連接這些圓柱體的關(guān)節(jié)定義為一些人為的通訊點(diǎn)（迭代最近點(diǎn)）來跟蹤算法，并計(jì)算相關(guān)的力和力矩情況。Seung-YeobBaek等開發(fā)一種能集成到各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用程序中的參數(shù)人體建?？蚣?，該建?？蚣苡蓜?chuàng)建數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)計(jì)分析和模型生成三個(gè)階段組成。Jared Gragg等研究提出了一種混合方法預(yù)測最佳司機(jī)座椅調(diào)節(jié)范圍以滿足不同人不同車輛的直接姿態(tài)預(yù)測，該混合方法結(jié)合了邊界數(shù)值、人口抽樣和個(gè)別抽樣等數(shù)值操作。

綜合國外人體模型的發(fā)展可以看出，國外的人體模型盡管做的外形的逼真度很高而且功能很完善，但是由于種族和生活區(qū)域等因素的不同，以國外人體作為標(biāo)準(zhǔn)的人體尺寸不僅在數(shù)值上有一定的差異，而且由于在工作過程中不同的操作習(xí)慣，也將影響人體模型的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等運(yùn)動(dòng)仿真的相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)。1.2 國內(nèi)發(fā)展概述

人體模型的運(yùn)動(dòng)控制方法有很多，選擇不同的運(yùn)動(dòng)控制方法，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的路徑會(huì)有一定的差異，但是最終都能實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)的目的。目前，國內(nèi)對(duì)人體模型的運(yùn)動(dòng)控制的研究分路徑研究、步態(tài)研究、靈巧關(guān)節(jié)、姿勢驅(qū)動(dòng)和姿勢重構(gòu)等幾個(gè)方面進(jìn)行。運(yùn)動(dòng)仿真方面有運(yùn)動(dòng)規(guī)律仿真，運(yùn)動(dòng)軌跡仿真等。

天津大學(xué)的劉艷等人研究了用于人機(jī)測試的虛擬人，提出了一種能實(shí)現(xiàn)手臂的無碰撞可達(dá)測試的路徑規(guī)劃算法。并通過對(duì)IK算法的進(jìn)一步研究，達(dá)到實(shí)時(shí)、逼真、柔性的控制，并可以根據(jù)周圍環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)反應(yīng)。山東大學(xué)的汪麗等提出了基于VRML（Virtual Reality Modeling Language）的三維人體建模方案，并給出了人機(jī)工程仿真軟件的總體框架。但創(chuàng)建的人體模型只是考慮了位置和時(shí)間特性的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題，未考慮力等真正實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的原因。西南石油大學(xué)的鄧麗提出了一種基于人體姿勢驅(qū)動(dòng)的工作空間的研究方法，通過調(diào)節(jié)二維的人體桿狀模型的下肢關(guān)節(jié)角度，從而確定坐姿的下肢工作空間。但是針對(duì)不同的布局，需手動(dòng)輸入權(quán)值數(shù)據(jù)，影響準(zhǔn)確程度。上海大學(xué)的王企遠(yuǎn)提出并驗(yàn)證了人體下肢髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角變化規(guī)律的數(shù)學(xué)建模方法，并制定了一套完整的步態(tài)規(guī)劃方法，但患者只能被動(dòng)的跟隨步行腿的步態(tài)運(yùn)動(dòng)。浙江大學(xué)的徐孟開發(fā)了一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的人體外力模型，能實(shí)現(xiàn)力和扭矩分析，但脊柱關(guān)節(jié)鏈的運(yùn)動(dòng)約束有一定偏差。浙江大學(xué)的陳逸帆研究了基于解剖學(xué)的人體模型，并通過施加約束的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)方法實(shí)現(xiàn)人體模型的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)控制，但研究未添加頭部，手、腳等的關(guān)節(jié)約束，沒能實(shí)現(xiàn)交互操作及碰撞檢測等。

車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文

在人體模型的姿勢重構(gòu)方面，研究者的切入點(diǎn)也各不相同，取得的成果也很多。有研究者提出在給出所有骨骼的視覺特征的基礎(chǔ)上，首先從候選的姿勢庫中找到有關(guān)的候選姿勢，動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)候選的姿勢來形成連續(xù)的姿勢序列，從而創(chuàng)建特定姿態(tài)的人體模型的方法。在文獻(xiàn)中提出一種新的算法,能減少著衣、圖像噪音和背景等因素引起的不確定數(shù)據(jù)的影響，從多個(gè)視頻圖像輪廓中提取一個(gè)體積數(shù)據(jù)(立體像素)來捕捉少量標(biāo)記模型的人體動(dòng)作。文獻(xiàn)中提出的一種主動(dòng)形狀模型(Active Shape Model)能主動(dòng)的探測和跟蹤人體動(dòng)作過程中的變形情況。在CATIA中人體模型被普遍應(yīng)用于自動(dòng)布局，可以用攝影的方法來測量人體尺寸并用測量到的尺寸在CATIA軟件中快速的創(chuàng)建人體模型[49]，也可以在SolidWorks中實(shí)現(xiàn)虛擬人姿勢重構(gòu)。運(yùn)輸設(shè)備的幾何參數(shù)是影響操作者舒適度的關(guān)鍵因素，基于舒適度或人機(jī)評(píng)價(jià)需求的人體模型可以用來分析設(shè)備的幾何參數(shù)對(duì)人體舒適性的影響，模擬和評(píng)價(jià)操作中的人體可達(dá)域和視域等。

目前，國內(nèi)有很多人進(jìn)行了人體模型的跑步或步行的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)及路徑規(guī)劃問題研究，也取得了很多成果。武漢理工大學(xué)的任靜麗等分析了跑步運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵時(shí)刻及關(guān)鍵階段，建立了沿指定路徑的跑步運(yùn)動(dòng)模型。所研究的模型外觀上未能實(shí)現(xiàn)手指描述，虛擬交互方面也未實(shí)現(xiàn)碰撞檢測。西北工業(yè)大學(xué)的羅貫提出了一種16關(guān)節(jié)，39個(gè)自由度的人體模型，模型未包含手部的詳細(xì)描述，通過控制上肢、下肢、軀干等關(guān)節(jié)的姿態(tài)實(shí)現(xiàn)步行、跑步等基本運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)仿真方面未能實(shí)現(xiàn)多剛體系統(tǒng)模型的碰撞檢測。國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)的彭善躍對(duì)平面五連桿描述的點(diǎn)接觸兩足機(jī)器人的跑步運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究，并搭建了仿真平臺(tái)并驗(yàn)證了控制策略的有效性。但是研究未實(shí)現(xiàn)三維人體建模，導(dǎo)致仿真結(jié)果與實(shí)際的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)存在一定的差異。

并且，隨著對(duì)人體模型研究的不斷深入，越來越多的研究者開始關(guān)注手部的靈巧運(yùn)動(dòng)研究。北京航空航天大學(xué)機(jī)器人所的張玉茹等人提出了一種食指的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。該模型建立在人手解剖學(xué)模型的基礎(chǔ)之上，分析了側(cè)擺和屈曲兩種關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，并且考慮各個(gè)手指之間的運(yùn)動(dòng)耦合關(guān)系。武漢理工大學(xué)的曹文祥研究了虛擬人手的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并用Pro/E軟件實(shí)現(xiàn)人手五指的裝配建模，能實(shí)現(xiàn)伸屈和收展運(yùn)動(dòng)，卻沒有考慮動(dòng)力學(xué)分析問題。山東大學(xué)的馮志全研究了三維人手的跟蹤問題，通過單目視覺跟蹤的方法獲取人手運(yùn)動(dòng)過程中每一時(shí)刻的姿態(tài)和位置。濟(jì)南大學(xué)的朱德良用OpenGL搭建了虛擬裝配平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了人手的三維建模，并提出了一種手勢跟蹤算法，實(shí)現(xiàn)手部運(yùn)動(dòng)的跟蹤，研究中因數(shù)據(jù)手套檢測不到力反饋及重量感，故無法準(zhǔn)確反映碰撞信息。

從目前國內(nèi)在人體模型的運(yùn)動(dòng)控制及仿真方面的發(fā)展現(xiàn)狀來看，應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)函數(shù)不同，得到的仿真的逼真度就不同。還沒有一種運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)，能實(shí)現(xiàn)與真實(shí)人體的運(yùn)動(dòng)一模一樣的運(yùn)動(dòng)，無論函數(shù)多么復(fù)雜，結(jié)果都會(huì)存在不可避免的偏差。即使從仿真需求上看，效果上已經(jīng)達(dá)到了逼真要求，卻未能實(shí)現(xiàn)精確的碰撞檢測。相信隨著越來越多的研究者加入到人體模型的研究隊(duì)伍中來，經(jīng)過不斷的改進(jìn)與創(chuàng)新，我國在虛擬人體模型領(lǐng)域的研究將取得更為顯著的成果。

車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文 人體模型簡化處理

目前，研究人機(jī)工程學(xué)問題的方法有很多，人體模型是模擬與模型試驗(yàn)法和系統(tǒng)分析評(píng)價(jià)法中的一種重要的人機(jī)工程學(xué)的研究工具。本文動(dòng)態(tài)人體模型的開發(fā)過程主要包括:(1)抽象人體所包括的肢體及關(guān)節(jié)；(2)確定各個(gè)肢體及關(guān)節(jié)的幾何尺寸和外形；(3)描述人體模型關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)方式并限定其運(yùn)動(dòng)范圍；

(4)對(duì)人體模型的各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行機(jī)械描述并確定各個(gè)關(guān)節(jié)的自由度；

2.1 人體模型的軀體組成

人體是一個(gè)復(fù)雜的有著不規(guī)則表面的實(shí)體，而且人與人之間各部位尺寸也有很大的差別，因此，只有經(jīng)過了簡化的人體尺寸和外形才能符合人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)評(píng)價(jià)和仿真的功能的需求。經(jīng)過簡化的人體模型包括：軀干主關(guān)節(jié)鏈、左右上肢關(guān)節(jié)鏈、左右下肢關(guān)節(jié)鏈。肢體組成如圖2.1所示。

(a)有向關(guān)節(jié)圖

(b)EHuman 肢體圖

圖2.1 肢體組成圖

其中在軀干主關(guān)節(jié)鏈上髖關(guān)節(jié)和腰關(guān)節(jié)之間是軀體的腹部，腰關(guān)節(jié)和胸關(guān)節(jié)之間是腰部，胸關(guān)節(jié)和頸關(guān)節(jié)之間是胸部，頸關(guān)節(jié)和頭部之間是頸部。在左上肢上，左肩關(guān)節(jié)連接胸部和左上臂，左肘關(guān)節(jié)連接左上臂和左前臂，左腕關(guān)節(jié)連接左前臂和左手。在左下肢上，左髖關(guān)節(jié)和左膝之間是左大腿，左膝關(guān)節(jié)和左踝關(guān)節(jié)之間是左小腿，左踝關(guān)節(jié)連接左小腿和左腳。

在人體模型的軀體組成的表示方法中，頭、胸、腰、腹及手掌和足都是用長方體進(jìn)行描述的，而頸部是圓柱體，大腿、小腿、上臂、前臂、手指等是用圓臺(tái)進(jìn)行描述的。

車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文

2.2 人體模型的各部分尺寸

人機(jī)工程學(xué)標(biāo)準(zhǔn)分為主觀標(biāo)準(zhǔn)和客觀標(biāo)準(zhǔn)。主觀標(biāo)準(zhǔn)主要用于評(píng)價(jià)主觀指標(biāo)，如一些與人的主觀感受相關(guān)聯(lián)的評(píng)價(jià)指標(biāo)；客觀標(biāo)準(zhǔn)用于評(píng)價(jià)客觀指標(biāo)，如一些可用精確數(shù)值或某一區(qū)間的數(shù)值來表示的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

本論文參照的客觀標(biāo)準(zhǔn)有：國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10000-1988《中國成年人人體尺寸》和GB/T13547-1992《工作空間人體尺寸》中給出的人體靜態(tài)測量尺寸，《中國成年人人體尺寸》中列出7個(gè)百分位，涵蓋人體主要尺寸、水平尺寸、頭部、手部、足部、坐姿和立姿共47項(xiàng)人體尺寸數(shù)據(jù)；《工作空間人體尺寸》中給出了站姿、坐姿、跪姿、爬姿、俯臥姿等人體相關(guān)尺寸項(xiàng)目。

由于人的年齡、性別、種族及職業(yè)等的差別，很多人體尺寸會(huì)隨著這些因素的改變而變化。同時(shí)人體表面是不規(guī)則的曲面，所以不可能得到精準(zhǔn)的符合人體的數(shù)據(jù)，只能是經(jīng)過處理的簡化了的尺寸數(shù)值。人體測量學(xué)給出了相關(guān)的測量及簡化標(biāo)準(zhǔn)，如人體測量中經(jīng)常用到均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)誤差等統(tǒng)計(jì)函數(shù)來統(tǒng)計(jì)分析人體測量變量間的相互關(guān)系。

簡化人體各部分的尺寸也就是對(duì)人體各部分的尺寸進(jìn)行估算。估算人體尺寸的方法有很多，一般常用的有回歸方程估算法，比例縮放估算法、概率統(tǒng)計(jì)值估算法、用“加減”運(yùn)算估算法、混合群體估算法及偏差系數(shù)值估算法等。利用這些方法可以推算和獲取人體模型所需的人體尺寸數(shù)據(jù)。本論文直接從GB10000-1988中查取所要用到的各個(gè)尺寸值，在標(biāo)準(zhǔn)中沒有列出的百分位數(shù)的人體尺寸通過百分位數(shù)法給出。

2.3 關(guān)節(jié)類型及運(yùn)動(dòng)范圍

人體是由多個(gè)關(guān)節(jié)連接起來的鏈?zhǔn)街w段的組合。人體的關(guān)節(jié)按運(yùn)動(dòng)性質(zhì)可分為單軸關(guān)節(jié)、雙軸關(guān)節(jié)、多軸關(guān)節(jié)等。其中只允許在一個(gè)平面中活動(dòng)的關(guān)節(jié)是單軸關(guān)節(jié)，例如肘關(guān)節(jié)和如圖2.2中4所示的近位指關(guān)節(jié)等；允許在兩個(gè)維度上作屈伸和收展運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)稱為雙軸關(guān)節(jié)，如圖2.2中5所示的腕關(guān)節(jié)；多軸關(guān)節(jié)允許在三個(gè)維度上作各種運(yùn)動(dòng)，具有三個(gè)自由度，如肩關(guān)節(jié)。

圖2.2 關(guān)節(jié)的類型

根據(jù)關(guān)節(jié)類型把人體關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)分為滑動(dòng)、擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、環(huán)轉(zhuǎn)四種基本運(yùn)動(dòng)形式?；瑒?dòng)運(yùn)動(dòng)一般活動(dòng)量微小，本文研究中忽略滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)通常指相連兩肢體的屈伸和收展，如肘關(guān)節(jié)的的伸和屈、腕關(guān)節(jié)的內(nèi)收和外展。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)指某一肢體段向內(nèi)側(cè)或向外側(cè)旋轉(zhuǎn)，如肩關(guān)節(jié)的旋內(nèi)和旋外。環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是屈、展、伸、收的一次連續(xù)運(yùn)動(dòng)。

為了研究人體工作姿態(tài)的舒適度，首先要知道人體各個(gè)關(guān)節(jié)的最大活動(dòng)范圍，而且還要明確各個(gè)關(guān)節(jié)的舒適范圍，舒適范圍是評(píng)價(jià)中判斷是否舒適的主要依據(jù)。因?yàn)楸疚拈_發(fā)的人體模型的外形描述

車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文

細(xì)化到手指的各個(gè)指關(guān)節(jié)，手指的指掌關(guān)節(jié)能實(shí)現(xiàn)手指的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)和繞關(guān)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，近位指關(guān)節(jié)和遠(yuǎn)位指關(guān)節(jié)只能在一個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)手指的伸和屈。表2-2給出手指關(guān)節(jié)的最大運(yùn)動(dòng)角度，同時(shí)給出各個(gè)手指的指掌關(guān)節(jié)和近位指及遠(yuǎn)位指關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)副描述形式和自由度數(shù)目。

表2-1手指關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍

表2-3給出的是人體主要關(guān)節(jié)的坐標(biāo)描述和最大運(yùn)動(dòng)角度及舒適活動(dòng)范圍。并且給出了分別繞坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)狀態(tài)。在表中所列的關(guān)節(jié)局部坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)軸X、Y、Z定義符合右手法則。

表2-2人體關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍

2.4 人體模型的自由度

通過簡化人體運(yùn)動(dòng)的自由度，在一定程度上能降低多自由度系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)問題求解的復(fù)雜性。因此，考慮在不影響運(yùn)動(dòng)逼真性的前提下，如何用最少的自由度描述人體運(yùn)動(dòng)問題，是簡化問題的關(guān)鍵。

人體是由上肢、下肢和軀干五條關(guān)節(jié)鏈組成。每條關(guān)節(jié)鏈上的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)都是從該關(guān)節(jié)鏈的起始端傳遞而來的。因此，運(yùn)動(dòng)鏈的起始端的運(yùn)動(dòng)自由度對(duì)整個(gè)關(guān)節(jié)鏈的運(yùn)動(dòng)影響最大，若簡化此處關(guān)節(jié)的自由度，可能會(huì)使肢體末端不能到達(dá)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)位置。另外，若簡化某些關(guān)節(jié)處的常規(guī)運(yùn)動(dòng)所需的自由度，如簡化頭部的左歪、右歪，則會(huì)導(dǎo)致頭部運(yùn)動(dòng)僵化，不能實(shí)現(xiàn)頭部某些常規(guī)運(yùn)動(dòng)。因此在人體關(guān)節(jié)的自由度簡化的過程中，一定要保留運(yùn)動(dòng)起始端的關(guān)節(jié)自由度，盡量不要去掉一些常規(guī)運(yùn)動(dòng)所需

車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文 的自由度。

在上肢中，肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了手臂的運(yùn)動(dòng)。肩關(guān)節(jié)處于人體上肢運(yùn)動(dòng)鏈的起始端，能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)外擺和上下擺、前后擺，并且運(yùn)動(dòng)范圍較大，所以肩關(guān)節(jié)的3個(gè)自由度不能簡化。人體模型構(gòu)造過程中表現(xiàn)為肩關(guān)節(jié)分別繞肩關(guān)節(jié)所在局部坐標(biāo)系的X、Y、Z軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。肘關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)前臂相對(duì)于上臂的運(yùn)動(dòng)，簡化為具有一個(gè)自由度的關(guān)節(jié)，人體模型中表現(xiàn)為繞肘關(guān)節(jié)所在坐標(biāo)系的Z軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。腕關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)手和前臂之間的內(nèi)外擺和彎曲運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為繞其所在坐標(biāo)系的Y、Z軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，屬常規(guī)運(yùn)動(dòng)所必需的自由度，故不能簡化，如圖2.3所示。

圖2.3上肢關(guān)節(jié)自由度定義

在下肢中，髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)了腿部的運(yùn)動(dòng)，髖關(guān)節(jié)處于人體下肢運(yùn)動(dòng)鏈的起始端，可實(shí)現(xiàn)大腿的前后、左右、內(nèi)外擺動(dòng)，保留3個(gè)自由度。反映在人體模型中即是繞著髖關(guān)節(jié)所在局部坐標(biāo)系的X、Y、Z軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。膝關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)小腿相對(duì)于大腿的伸屈，簡化為1個(gè)自由度。踝關(guān)節(jié)簡化為2個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)腳部前后擺動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

在軀干中，腰關(guān)節(jié)處于軀干運(yùn)動(dòng)的起始端，分別實(shí)現(xiàn)腰部的前后彎、左右彎、左右轉(zhuǎn)，有3個(gè)自由度。反映在人體模型中是繞著腰關(guān)節(jié)所在局部坐標(biāo)系的X、Y、Z軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。上下胸部關(guān)節(jié)各有一個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)軀干的前屈。

本文所要?jiǎng)?chuàng)建的人體模型EHuman共包含17個(gè)軀干肢體段和每只手15個(gè)手指段，共47個(gè)肢體段，46個(gè)關(guān)節(jié)，共包含72個(gè)自由度。關(guān)節(jié)自由度數(shù)目在表2-

1、表2-2中已列出。

車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文 人體模型的運(yùn)動(dòng)仿真

人體模型的運(yùn)動(dòng)是動(dòng)態(tài)人體模型開發(fā)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。人體模型的運(yùn)動(dòng)包括關(guān)節(jié)的調(diào)節(jié)形成的“靜態(tài)運(yùn)動(dòng)控制”和運(yùn)動(dòng)仿真模塊實(shí)現(xiàn)的“動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)控制”。所謂的“靜態(tài)運(yùn)動(dòng)控制”就是通過分別調(diào)節(jié)人體模型各個(gè)關(guān)節(jié)的角度，實(shí)現(xiàn)不同姿態(tài)展現(xiàn)?！皠?dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)控制”則是通過運(yùn)動(dòng)仿真模塊，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、運(yùn)動(dòng)軌跡的仿真，進(jìn)而達(dá)到碰撞檢測等評(píng)估功能的實(shí)現(xiàn)。

要想實(shí)現(xiàn)人體模型的運(yùn)動(dòng)仿真，首先要建立運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主模型，進(jìn)而分析該主模型的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。運(yùn)動(dòng)仿真模塊（Motion Simulation）可以建立多種不同的解算方案，并且在不影響裝配主模型的前提下獨(dú)立修改每個(gè)解算方案。該模塊可進(jìn)行機(jī)構(gòu)的干涉分析、運(yùn)動(dòng)軌跡分析和動(dòng)力學(xué)分析等。

人體模型中肢體段抽象為連桿（剛體），關(guān)節(jié)抽象為運(yùn)動(dòng)副。不同的關(guān)節(jié)抽象為不同的運(yùn)動(dòng)副，如頸關(guān)節(jié)、腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)等有3個(gè)自由度的關(guān)節(jié)抽象為球面副；腕關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)等有2個(gè)自由度的關(guān)節(jié)抽象為萬向節(jié)；膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)等有1個(gè)自由度的關(guān)節(jié)抽象為旋轉(zhuǎn)副。

對(duì)于運(yùn)動(dòng)仿真開發(fā)的程序控制來說，首先是仿真的參數(shù)預(yù)定義部分，包括單位類型、測量類型、參考類型等；其次是創(chuàng)建連桿，包括連桿的名稱、質(zhì)量特性、初始速度的定義等；接下來是關(guān)節(jié)種類、運(yùn)動(dòng)極限及運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)類型等的定義；最后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真的解算方案參數(shù)的定義。下面給出解算方案參數(shù)類型定義的程序框架：

Struct uf_motion_solver_parameters_s { uf_motion_solver_ts olver;/*求解方案已使用，查找定義部分*/ double max_step_size;/*解算方案的最大允許步長，想要得到更詳細(xì)的結(jié)果，增大這個(gè)數(shù)值，想要更快得出結(jié)果，減小這個(gè)數(shù)值。*/ double max_solver_error;/*解算方案的最大允許誤差，想要得到更精確的結(jié)果，增大這個(gè)數(shù)值，想要更快得 出結(jié)果，減小這個(gè)數(shù)值。*/ Int max_integrator_iterations;/*動(dòng)力學(xué)分析的最大允許迭代次數(shù)，若解算器求解的問題具有收斂性，則增大這個(gè)數(shù)值。*/ Int max_kinematics_iterations;/*運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的最大允許迭代次數(shù)，若動(dòng)作模型求解的問題具有收斂性，則增大這個(gè)數(shù)值。*/ Int max_statics_iterations;/*靜力學(xué)分析的最大允許迭代次數(shù)，若動(dòng)作模型求解的問題具有收斂性，則增大這個(gè)數(shù)值。*/ Int use_mass_properties;/*確定是否在分析中使用質(zhì)量特性，如果是“FALSE”，則表示不能進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，或者運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真中也沒有慣性數(shù)據(jù)。*/ };Typedef struct uf_motion_solver_parameters_s uf_motion_solver_parameters_t;

車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文

3.1人體模型的肢體段生成連桿

連桿（Links）通過運(yùn)動(dòng)副的連接構(gòu)成了空間機(jī)構(gòu)。將人體的肢體段抽象為連桿后（即把肢體段都抽象為剛性體），人體模型的各個(gè)肢體段和關(guān)節(jié)一起組成一個(gè)機(jī)構(gòu)，這個(gè)機(jī)構(gòu)就是運(yùn)動(dòng)的人體模型。因此，進(jìn)行人體模型的運(yùn)動(dòng)分析的第一步就是創(chuàng)建連桿。機(jī)構(gòu)要運(yùn)動(dòng)，必須有一個(gè)機(jī)架，因此創(chuàng)建連桿的過程中必須要有一個(gè)連桿與地固連，不能移動(dòng)，即人體模型的某一個(gè)肢體段應(yīng)創(chuàng)建為固定連桿。因?yàn)楸疚闹邪讶梭w模型的髖關(guān)節(jié)作為人體模型的根關(guān)節(jié)，故把人體模型的腹部作為固定連桿。

在創(chuàng)建連桿之前，要先定義中心線，中心點(diǎn)及描述模型的其他幾何體，以便對(duì)運(yùn)動(dòng)副和其他機(jī)構(gòu)對(duì)象定義和定向，并將這些描述性的幾何體放在連桿的定義中。本文創(chuàng)建的人體模型包括骨骼的線框模型和體表的實(shí)體模型兩種表達(dá)形式，并且，每個(gè)關(guān)節(jié)用直徑為相應(yīng)關(guān)節(jié)尺寸的球體表示，在創(chuàng)建連桿的過程中，連桿要包含肢體相連處的近端（所謂近端就是與根關(guān)節(jié)靠近的關(guān)節(jié)坐標(biāo)方向）的關(guān)節(jié)球。這樣在創(chuàng)建的肢體連桿上就包含了便于描述運(yùn)動(dòng)副位置及方位定義的相關(guān)信息。

機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析過程中，若不考慮反作用力時(shí)，可以不定義質(zhì)量特性（Mass）。但當(dāng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析和反作用力的靜力學(xué)分析時(shí)，必須為每個(gè)連桿輸入質(zhì)量、質(zhì)心和慣性矩等參數(shù)。人體模型的質(zhì)量特性的相關(guān)參數(shù)在第2章和第3章的相關(guān)章節(jié)做了計(jì)算。

材料特性（Material）是計(jì)算質(zhì)量和慣性矩的關(guān)鍵因素，UG的材料功能可以創(chuàng)建新材料，檢索材料庫中的已有材料，并將這些材料特性賦給機(jī)構(gòu)中的實(shí)體。UG運(yùn)動(dòng)仿真模塊中的材料默認(rèn)密度值為7.83×10-6kg/mm3（千克每立方毫米）；可以繼承裝配主模型在建模模塊中賦予的材料特性。

如圖3.1所示，以右上臂為例創(chuàng)建肢體連桿，選擇連桿對(duì)象為右上臂，定義連桿質(zhì)量特性、速度參數(shù)等，并定義材料特性。其中，質(zhì)量特性包括質(zhì)量、質(zhì)心、和慣性矩，這些參數(shù)均在前面的章節(jié)中給出了計(jì)算公式或表格。通常情況下，系統(tǒng)可以根據(jù)模型的在材料信息，自動(dòng)計(jì)算質(zhì)量特性，也可以得到精確的運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果。但是，本文是通過質(zhì)量特性的用戶自定義選項(xiàng)，手動(dòng)輸入質(zhì)量特性的相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖3.1 創(chuàng)建右上臂

車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文

3.2人體模型的關(guān)節(jié)生成運(yùn)動(dòng)副

運(yùn)動(dòng)副（Joints）的作用就是連接人體模型中相互接觸的兩個(gè)肢體段，并通過一定的約束條件使其產(chǎn)生相對(duì)的運(yùn)動(dòng)。另外，為了人體模型做規(guī)定的運(yùn)動(dòng)，必須添加約束限制各個(gè)肢體段之間的運(yùn)動(dòng)，保留所需的自由度和去掉多余的自由度。將關(guān)節(jié)抽象為運(yùn)動(dòng)副后，肢體段抽象為連桿，運(yùn)動(dòng)副就把各個(gè)連桿連接在一起，從而使人體模型運(yùn)動(dòng)。在創(chuàng)建關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)副之前，人體模型中的肢體連桿沒有約束，運(yùn)動(dòng)規(guī)律不確定。沒有創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副的肢體連桿具有6個(gè)自由度（DOF），分別是沿坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)和繞坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。

對(duì)于UG的運(yùn)動(dòng)仿真模塊來說，可添加的運(yùn)動(dòng)副的種類很多，包括旋轉(zhuǎn)副、球面副、萬向節(jié)、滑動(dòng)副、柱面副、平面副、螺旋副等。人體模型作為一個(gè)復(fù)雜的空間機(jī)構(gòu)，嚴(yán)格來說，包含的運(yùn)動(dòng)副類型很多，但是經(jīng)過前面章節(jié)的簡化處理，把人體模型的關(guān)節(jié)均簡化為旋轉(zhuǎn)類運(yùn)動(dòng)副，忽略微小的移動(dòng)。當(dāng)關(guān)節(jié)具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度時(shí)，運(yùn)動(dòng)副簡化為旋轉(zhuǎn)副。當(dāng)關(guān)節(jié)具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度時(shí)，原理上可以處理為萬向節(jié)，但是在運(yùn)動(dòng)仿真模塊中，萬向節(jié)不可以加驅(qū)動(dòng)并且不能限制運(yùn)動(dòng)極限，故把具有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度的關(guān)節(jié)定義為“類萬向節(jié)副”，使其具有兩個(gè)方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。球面副在仿真中也不能加驅(qū)動(dòng)，不能限制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)極限，同理把球面副定義為一種“類球面副”，使類球面副具有三個(gè)互相垂直方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。

前面已經(jīng)提到，創(chuàng)建連桿時(shí)要包含中心點(diǎn)、中心線等描述性幾何體，以便在創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副時(shí)定義運(yùn)動(dòng)副的方向，以肘關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)副的創(chuàng)建為例，首先選擇要?jiǎng)?chuàng)建運(yùn)動(dòng)副的連桿（前臂），原點(diǎn)為肘關(guān)節(jié)處關(guān)節(jié)球的球心坐標(biāo)，因?yàn)橹怅P(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸是肘關(guān)節(jié)處局部坐標(biāo)的z軸，故z軸定義為指定方位，咬合連桿選擇上臂，如圖3.2所示。

圖3.2 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副

3.2.1單自由度關(guān)節(jié)生成旋轉(zhuǎn)副

旋轉(zhuǎn)副有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，是連接兩個(gè)連桿的常用運(yùn)動(dòng)副，如圖3.3(a)所示。旋轉(zhuǎn)副可以在兩個(gè)連桿之間添加約束，也可以對(duì)單個(gè)連桿添加約束使之與地固定，但允許繞空間一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。在運(yùn)動(dòng)仿真模塊中，旋轉(zhuǎn)副旋轉(zhuǎn)的正向由右手法則決定，右手的大拇指指向?yàn)檎齔軸方向，手指彎曲的方向即是旋轉(zhuǎn)的正向。旋轉(zhuǎn)副可以定義其運(yùn)動(dòng)極限。人體模型的運(yùn)動(dòng)仿真中定義的旋轉(zhuǎn)副有：肘關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文

胸部關(guān)節(jié)及手指的近位指和遠(yuǎn)位指關(guān)節(jié)等。

3.2.2兩自由度關(guān)節(jié)生成萬向節(jié)

萬向節(jié)有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，連接兩個(gè)成一定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)連桿，如圖3.3(b)所示。因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)仿真中，萬向節(jié)不能添加驅(qū)動(dòng)，不能規(guī)定萬向節(jié)的運(yùn)動(dòng)極限。類萬向節(jié)就是把兩個(gè)垂直方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)副，把兩個(gè)旋轉(zhuǎn)副封裝成一個(gè)運(yùn)動(dòng)副。人體模型運(yùn)動(dòng)仿真中定義的類萬向節(jié)副有：踝關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)等。

3.2.3三自由度關(guān)節(jié)生成球面副

球面副連接兩個(gè)連桿，有3個(gè)自由度，球面副沒有方向，當(dāng)創(chuàng)建球面副時(shí)，只需指

定連桿和球面副的原點(diǎn)即可，如圖3.3(c)所示。因?yàn)榍蛎娓辈荒芗域?qū)動(dòng)，不能規(guī)定球面副的運(yùn)動(dòng)極限，所以把球面副簡化成三個(gè)相互垂直坐標(biāo)中上的轉(zhuǎn)動(dòng)副。把這三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副封裝成一個(gè)運(yùn)動(dòng)副，稱為“類球面副”。對(duì)類球面副的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的運(yùn)動(dòng)可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)范圍的限制。人體模型運(yùn)動(dòng)仿真中定義的類球面副有髖關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、頸關(guān)節(jié)等。

(a)旋轉(zhuǎn)副

(b)類萬向節(jié)

(c)類球面副

圖3.3 運(yùn)動(dòng)特征

3.3運(yùn)動(dòng)仿真中的力和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)

3.3.1定義人體模型的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)

在運(yùn)動(dòng)仿真模塊中運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)類型包括：無驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)函數(shù)、恒定驅(qū)動(dòng)、簡諧運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)等。

在所有的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)類型中，運(yùn)動(dòng)函數(shù)驅(qū)動(dòng)（Motion Function）、恒定驅(qū)動(dòng)（Constant）、簡諧運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)（Harmonic）均是基于時(shí)間的運(yùn)動(dòng)仿真，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)（Articulation）是基于位移的驅(qū)動(dòng)。添加驅(qū)動(dòng)就是使運(yùn)動(dòng)副以特定的步數(shù)和步長按一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)。圖3.4給出添加了驅(qū)動(dòng)的（a）旋轉(zhuǎn)副、（b）類萬向節(jié)、（c）類球面副的顯示圖標(biāo)。

(a)旋轉(zhuǎn)副

(b)類萬向節(jié)

(c)類球面副

圖3.4 驅(qū)動(dòng)類型

車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文

運(yùn)動(dòng)函數(shù)驅(qū)動(dòng)是用戶用數(shù)學(xué)函數(shù)和XY表格函數(shù)給運(yùn)動(dòng)副輸入驅(qū)動(dòng)參數(shù)。如定義簡諧函數(shù)為SHF（TIME,60D,PI,360D,0,10），表示：自變量x定義為TIME（時(shí)間）；自變量的相位偏移0x為60度；振幅a為PI；頻率為360度；正弦函數(shù)中的相位偏移為0；平均位移為10。常用的運(yùn)動(dòng)函數(shù)還有多項(xiàng)式函數(shù)和Step函數(shù)等。恒定運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)只需設(shè)定初始位移（Initial Displacement），初始速度（Initial Velocity）和加速度（Acceleration）即可。

3.3.2添加運(yùn)動(dòng)仿真中的操縱力

在運(yùn)動(dòng)仿真中力主要包括標(biāo)量力（Scalar Force）、矢量力（Vector Force）、重力和扭矩。簡言之，標(biāo)量力指只有大小不規(guī)定方向的力，在仿真分析階段標(biāo)量力的方向是不斷變化的，但力的起點(diǎn)和終點(diǎn)是固定不變的。矢量力是既有大小又有方向的力，標(biāo)量力的方向在某一坐標(biāo)系中始終保持不變。

當(dāng)定義力時(shí)，須選擇第一個(gè)連桿（作用連桿Action Link），用于定義作用力的作用點(diǎn)；選擇第二個(gè)連桿（基礎(chǔ)連桿Base Link），用于定義大小相等、方向相反的反作用力的作用點(diǎn)。矢量力是有一定大小，以某方向作用的力，且其方向在絕對(duì)坐標(biāo)系（Absolute Coordinate System）和用戶自定義坐標(biāo)系（User Defined Coordinate System）的其中一個(gè)坐標(biāo)系中保持不變。在所有外力中，重力是比較常見的一種矢量力。重力（Gravity）在運(yùn)動(dòng)仿真模塊運(yùn)行過程中，默認(rèn)的重力方向是負(fù)Z方向，大小為9806.65N。

在人體模型的運(yùn)動(dòng)仿真中要定義的力有由外部施加的力，該力應(yīng)是人體某部位（手、腳）直接同外部控制器接觸時(shí)所要施加的操縱力的反作用力。還有運(yùn)動(dòng)過程中身體內(nèi)部肌肉產(chǎn)生的肌肉力。在人體模型的運(yùn)動(dòng)仿真中，忽略人體內(nèi)部產(chǎn)生的肌肉力，只考慮人體工作過程中受到的外部力。在正常工作狀態(tài)下，人體受到的外部力就是人體手、腳的操縱力大小。如向食指添加大小為147N的拉力，可以在新建載荷里選擇矢量力，然后添加如圖3.5所示的矢量力。

力矩是作用力與力臂的乘積。拿轉(zhuǎn)動(dòng)手臂來說，轉(zhuǎn)動(dòng)軸是肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)，手臂運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩可以改變臂部肌肉的收縮從而可以完成推或拉的動(dòng)作。同樣，身體其它部位產(chǎn)生的力矩也可以完成各種各樣的動(dòng)作。扭矩可使物體產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，使用時(shí)必須考慮扭矩大小和旋轉(zhuǎn)軸。

扭矩的大小由兩方面的因素組成，一個(gè)是扭矩的大小，更一個(gè)是扭矩的作用周期。扭矩的旋轉(zhuǎn)軸有3種：現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸、用戶自定義坐標(biāo)軸、絕對(duì)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)軸。扭矩分為標(biāo)量扭矩和矢量扭矩兩種。兩類扭矩的主要區(qū)別在旋轉(zhuǎn)軸的定義上：標(biāo)量扭矩必須施加在旋轉(zhuǎn)副上，旋轉(zhuǎn)軸必須采用旋轉(zhuǎn)副的軸線；矢量扭矩則是施加在連桿上，其旋轉(zhuǎn)軸可以是用戶自定義的矢量也可以是坐標(biāo)軸。

圖3.5 添加矢量力

車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文

3.4人體模型的運(yùn)動(dòng)仿真

在UGNX的運(yùn)動(dòng)仿真模塊中，分析類型包括運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析兩大類。

在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，不考慮產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原因，只考慮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。也就是說，在假定的條件下，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析將解答在特定的時(shí)間、特定的位置物體之間的相互關(guān)系，如速度、加速度、干涉情況等，而不提供如反作用力及機(jī)構(gòu)中出現(xiàn)的動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)力學(xué)分析要考慮運(yùn)動(dòng)的真正原因，如作用力、摩擦力、個(gè)別組件的質(zhì)量（或重量）和慣性等，主要用于預(yù)測或確定產(chǎn)生特定運(yùn)動(dòng)所需的力。

通過前面章節(jié)的各種準(zhǔn)備工作，搭建了可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真的環(huán)境，并且把人體模型這個(gè)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)中的各個(gè)肢體段定義為連桿，關(guān)節(jié)定義為相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副。又進(jìn)一步通過施加力或是約束對(duì)連桿和運(yùn)動(dòng)副添加了運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，最后就可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)創(chuàng)建不同的求解方案了。運(yùn)動(dòng)規(guī)律仿真即是仿真機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如模擬運(yùn)動(dòng)的位移軌跡，得出速度圖像、加速度圖像等。在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)律仿真之前，要先利用封裝選項(xiàng)（Packaging Options）來收集或封裝特定的、感興趣的對(duì)象信息，以便于在隨后的分析過程中進(jìn)行測量、跟蹤、干涉等操作。封裝選項(xiàng)包括測量（Measure）、跟蹤（Trace）、干涉檢查（Interference）三個(gè)功能。

測量功能用來測量人體模型的肢體對(duì)象或?qū)ο笊系狞c(diǎn)與空間環(huán)境之間的距離或角度，并定義了人體模型和周圍環(huán)境對(duì)象之間的安全區(qū)域（Clearance Zones），即最小允許距離，運(yùn)動(dòng)一個(gè)步長系統(tǒng)就會(huì)比較測量距離和最小允許距離的大小，如果測量結(jié)果小于這個(gè)最小距離時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出安全警告并暫停運(yùn)動(dòng)。

跟蹤功能生成或保存人體模型肢體某一對(duì)象在每一分析步驟開始時(shí)的狀態(tài)和位置?？梢栽诮^對(duì)（Absolute）參考框架或相對(duì)（Relative）參考框架中，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析或關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。跟蹤功能可以生成人體模型肢體段上某一位置點(diǎn)或多個(gè)位置點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

干涉檢查功能是用來比較和檢查人體模型的某一肢體與所在周圍環(huán)境之間的干涉重疊量。干涉檢查選項(xiàng)需要規(guī)定干涉動(dòng)作，即發(fā)生干涉時(shí)系統(tǒng)是要高亮顯示（Hilite）還是創(chuàng)建實(shí)體（Solid）或者是顯示相交曲線（Curve）。高亮顯示就是發(fā)生干涉的物體高亮；而選擇創(chuàng)建實(shí)體選項(xiàng)時(shí)，干涉出現(xiàn)時(shí)系統(tǒng)會(huì)生成一個(gè)描述干涉體積的非參數(shù)化的相交實(shí)體；顯示相交曲線則是發(fā)生干涉時(shí)顯示干涉發(fā)生部位的相交曲線。人體模型運(yùn)動(dòng)過程中可能會(huì)碰撞到周圍環(huán)境中的設(shè)備或控制器，通過干涉功能可以直觀的檢測碰撞現(xiàn)象。

車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文 總結(jié)

結(jié)合國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和現(xiàn)有的研究技術(shù)，本文在人機(jī)工程學(xué)相關(guān)理論及標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)并吸取了前人研究成果，并針對(duì)目前人體模型研究上存在的問題或不足，進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和創(chuàng)新，構(gòu)建了適合于人機(jī)工程學(xué)評(píng)價(jià)與仿真的參數(shù)化的動(dòng)態(tài)人體模型。

通過比較幾種典型的模型構(gòu)建的方法，最終用線框模型描述人體模型的骨骼，不僅精確描述了人體的肢體組成，而且精準(zhǔn)定位了關(guān)節(jié)位置；用實(shí)體模型描述人體模型的外觀，上下肢用圓臺(tái)描述，而且手部描述從單個(gè)長方體塊細(xì)化到用圓臺(tái)描述手部五指的各個(gè)手指段。利用UGNX的運(yùn)動(dòng)仿真模塊進(jìn)行人體模型的運(yùn)動(dòng)仿真，把人體關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)仿真中的運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)形式。同時(shí)對(duì)人體的手、腳的操縱力進(jìn)行研究，把人體對(duì)操縱設(shè)備所施加的力轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)仿真過程中所要輸入的力和力矩信息。

本論文研究中還存在一些不足，從功能角度出發(fā)，對(duì)人體的關(guān)節(jié)自由度進(jìn)行了一定程度的簡化，在運(yùn)動(dòng)仿真逼真度上有所損失。

車輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文

參考文獻(xiàn)：

[1] 駱磊，劉肖健，陸長德.面向人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的參數(shù)化人體建模系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2005，34：16-18 [2] 楊立強(qiáng)，劉西剛.人機(jī)工程學(xué)領(lǐng)域人體建模技術(shù)發(fā)展綜述[J].裝甲兵工程學(xué)院報(bào)，2006，20(2)：59-63 [3] 胡曉康.Unigraphics Solutions Inc.UG運(yùn)動(dòng)分析培訓(xùn)教程[M].清華大學(xué)出版社，2002：357-358 56 65-85 136-147 246-258 199-203 204-205 139 [4] C.D.威肯斯，J.D.人因工程學(xué)導(dǎo)論(第2版).張侃[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2007.3：243-271 238 265 265-266 [5] 朱彥軍，姜國華.虛擬現(xiàn)實(shí)中虛擬人體模型概述[J].計(jì)算機(jī)仿真，2004，21(1)：11-13 [6] 袁修干，莊達(dá)民.人機(jī)工程計(jì)算機(jī)仿真[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2005：1-5 [7] 朱傳敏，袁雙喜.基于 eM-huamn 的人機(jī)工程仿真與分析的實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代制造工程，2007，8：57-60 [8] P A Forbes, D S Cronin& Y C Deng(2006):Multi-scale human body model topredict side impact thoracic trauma[J].International Journal of Crashworthiness，2006，11(3):203-216p [9] Kim Ki-Sun, Kim Jongwan, Kim Kwang-joon.Dynamic modeling of seated humanbody based on measurements of apparent inertia matrix for fore-and-aft/vertical/pitch motion[J].Journal of Sound and Vibration.2011，330(23):5716-5735p [10] Sancisi N, Zannoli D, Parenti-Castelli V.A one-degree-of-freedom sphericalmechanism for human knee joint modeling.proceedings of the institution of mechanical engineers part h-journal of engineering in medicine[J].Building and Environment，2011，225(H8):725-735p [11] Satoru Takada, Hiroaki Kobayashi, Takayuki Matsushita.Thermal model of human body fitted with individual characteristics of body temperature regulation[J].Building and Environment,2009,44(3):463-470p [12] 袁泉.用于人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真的人體模型[M].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2001.9：19-20 [13] 葉海，魏潤柏.工效學(xué)研究中應(yīng)用的幾種假人[J].人類工效學(xué)，2005，11（3）：44-46 [14] 唐利芹，錢志峰，伍鐵軍.面向工業(yè)設(shè)計(jì)的人體模型參數(shù)化研究[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2004，4(16): 865-868 [15] 王春慧，曲戰(zhàn)勝，魏哲浩.可視化人機(jī)界面仿真系統(tǒng)[J].測控技術(shù)，2007，（26）.157-159 [16] 付世波，袁修干.基于 B 一樣條曲面的人體模型的建立[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，1998，21(12)：1131-1135 [30] 季自樺，袁修干，溫文彪.三維人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)提取的人機(jī)交互方法及試驗(yàn)[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，26(1)：91-94 [17] 王黎靜，袁修干.飛機(jī)駕駛艙概念設(shè)計(jì)階段工效評(píng)價(jià)用人體幾何模型[J].航大醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程，2001，14(6)：439-443 [18] 劉艷.三維虛擬人行為控制關(guān)鍵技術(shù)的研究[C].天津大學(xué)博士學(xué)位論文.2003。[19] 郭丹丹.用于人機(jī)測試的虛擬人研究[C].天津大學(xué)碩士學(xué)位論文.2007 [20] 汪麗.面向運(yùn)動(dòng)分析的虛擬人體建模研究[C].山東大學(xué)碩士學(xué)位論文.2006.

第三篇：人機(jī)工程學(xué)論文

安全人機(jī)工程學(xué)

研究人、機(jī)械、環(huán)境三者之間的相互關(guān)系?探討如何使機(jī)械、環(huán)境符合人的形態(tài)學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)方面的特性?使人一機(jī)械一環(huán)境相經(jīng)協(xié)調(diào)?以求達(dá)到人的能力與作業(yè)活動(dòng)要 求相適應(yīng)?創(chuàng)造舒適、高效、安全的勞動(dòng)條件的學(xué)科。安全人機(jī)工程學(xué)側(cè)重于人和機(jī)的安全、減少差錯(cuò)、緩解疲勞等課題的研究。

人機(jī)工程學(xué)在歐洲是以勞動(dòng)科學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的?英國有歐洲開展人機(jī)學(xué)研究最早 的國家?于1950 年成立了英國人機(jī)學(xué)研究會(huì)?1957年創(chuàng)辦會(huì)刊《Ergonomics》。美國于 1957年成立人類因素工程學(xué)會(huì)?同時(shí)發(fā)行了會(huì)刊。日本于 1963 年成立日本人間工學(xué)研究 會(huì)。蘇聯(lián)、德國、法國、荷蘭、瑞典、丹麥、芬蘭、澳大利亞等國也先后開展了人機(jī)工程學(xué) 的研究。1960年成立國際人機(jī)學(xué)協(xié)會(huì)。我國進(jìn)入 80年代以后?也開始人機(jī)工程學(xué)的研究。

關(guān)于人機(jī)工程學(xué)的研究命名?各國有所不同?側(cè)重點(diǎn)也各不相同。歐洲稱作 Ergonomics?人機(jī)學(xué)??美國稱作HumanEngineering?人類工程學(xué)?和 HumanFactors Engineering ?人類因素工程學(xué)??日本稱為人間工學(xué)?目前普遍采用的是Ergonomics? 我國曾譯為人類工效學(xué)?人機(jī)工程學(xué)、人機(jī)學(xué)等。

安全人機(jī)工程學(xué)研空的內(nèi)容大體包括?

1? 研究人機(jī)之間分工及其相互適應(yīng)問題。分工要根據(jù)兩者各自特征?發(fā)揮各自的優(yōu)勢? 達(dá)到高效、安全、舒適、健康的目的。

2? 研究信息傳遞過程。人與機(jī)器在操作過程中要不斷傳遞信息?因此?機(jī)器上各種顯示 器、控制器要設(shè)計(jì)得適合于人使用。

3?研究作業(yè)環(huán)境?創(chuàng)造安全的條件。生產(chǎn)場所有各種各樣的環(huán)境條件?例如高溫、高濕、振動(dòng)、噪聲、空氣中的有害物質(zhì)、工作地的狀況等。這些因素?都會(huì)影響人的健康。安全人 機(jī)工程學(xué)研究的目標(biāo)?是要將這些因素控制在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)?使環(huán)境條件符合人的生 理和心理要求?從而使操作者感到舒適和安全。

4?研究安全裝置。許多設(shè)備都有“危區(qū)”?若無安全裝置、屏障、隔板、外殼、將危區(qū)與人 體隔開?便可能對(duì)人產(chǎn)生傷害。因此?設(shè)計(jì)可靠的安全裝置?是安全人機(jī)工程學(xué)的任務(wù)。

5?選擇合適的操作者。人的個(gè)體差異?使操作者對(duì)工作的適應(yīng)程度不同。在人事安排上? 要研究人機(jī)關(guān)系的協(xié)調(diào)性?人適其職?才有利于安全生產(chǎn)。

6?研究生產(chǎn)過程中?操作者疲勞的特點(diǎn)以及減輕疲勞和緊張度的措施。

7?研究人機(jī)系統(tǒng)的可靠性?保證人機(jī)系統(tǒng)的安全。研究事故的預(yù)防和危險(xiǎn)情況的控制。

安全人機(jī)工程學(xué)的研究方法主要有調(diào)查法、實(shí)驗(yàn)法和模擬法。

人機(jī)工程學(xué)

人機(jī)工程學(xué)是運(yùn)用生理學(xué)、心理學(xué)和醫(yī)學(xué)等有關(guān)科學(xué)知識(shí)?研究組成人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)器和

人的相互關(guān)系?以提高整個(gè)系統(tǒng)工效的新興邊緣科學(xué)。

人機(jī)工程學(xué)研究在設(shè)計(jì)人機(jī)系統(tǒng)時(shí)如何考慮人的特性和能力?以及人受機(jī)器、作業(yè)和環(huán) 境條件的限制。人機(jī)工程學(xué)還研究人的訓(xùn)練?人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)?以及同人機(jī)系統(tǒng)有關(guān) 的生物學(xué)或醫(yī)學(xué)問題。對(duì)于這些研究?在北美稱為人因工程學(xué)或人機(jī)工程學(xué)?蘇聯(lián)稱為工程 心理學(xué)?歐洲?日本和其他國家稱為工效學(xué)。

人開始使用機(jī)器就構(gòu)成了人機(jī)系統(tǒng)。第二次世界大戰(zhàn)期間?人們認(rèn)識(shí)到對(duì)制造出來的各 種高效能的新式機(jī)器和機(jī)器系統(tǒng)(生產(chǎn)、運(yùn)輸、通信、武器和航空飛行器等)進(jìn)行操縱和控制 時(shí)?整體系統(tǒng)的工作效率在很多情況下是由其中人的活動(dòng)來決定的。如雷達(dá)運(yùn)行時(shí)?要求操 縱人員接收和分辨出顯示器上顯示的各種信息?根據(jù)這些信息在很短時(shí)間內(nèi)作出決策和進(jìn)行 操作。若雷達(dá)設(shè)備的全部潛力沒有發(fā)揮出來?至少部分原因是操縱人員不能掌握這個(gè)電子設(shè) 備的復(fù)雜操作。

經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)提醒人們?有時(shí)飛機(jī)弄錯(cuò)方向墜毀?炸彈誤中友船?就是因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)沒有考 慮人的各種長處和短處。電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期?計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度很快?輸入數(shù)據(jù)、編制程 序和打印結(jié)果很慢?機(jī)器經(jīng)常處于空閑狀態(tài)?也是因?yàn)闆]有考慮和研究人機(jī)接口系統(tǒng)和人機(jī) 功能分配等因素引起的。

人的能力和機(jī)器的潛力很好地配合?能提高管理和控制效率。隨著機(jī)械化、自動(dòng)化和電 子化的高度發(fā)展?人的因素在生產(chǎn)中的影響越來越大?人機(jī)協(xié)調(diào)問題也就越來越顯得重要? 人機(jī)工程學(xué)就是在這樣的背景下創(chuàng)立和發(fā)展起來的。

在人機(jī)系統(tǒng)中操縱人員被看作系統(tǒng)中的一個(gè)元件。操作人員通過感覺器官(視、聽、觸、嗅、味)接收來自機(jī)器的信息?了解其意義并予以解釋?或先進(jìn)行計(jì)算?再把結(jié)果與過去的 經(jīng)驗(yàn)和策略進(jìn)行比較?然后作出決策。

作出決策后?人通過控制器官(手、腳等)去操縱機(jī)器的操縱器?如開關(guān)、按鈕、操縱桿、操縱盤、光筆或呼口令等?來改變機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。機(jī)器隨即發(fā)出新的信息?如此重復(fù)不斷。人機(jī)系統(tǒng)不是孤立存在的?而是存在于某種環(huán)境之中。環(huán)境特性影響人的效率和行為。環(huán)境 因素包括溫度、濕度、噪聲、照明、加速、振動(dòng)、污染和失重等。

設(shè)計(jì)人機(jī)系統(tǒng)時(shí)?要把人和機(jī)器作為一個(gè)整體來考慮?合理地或最優(yōu)地分配人和機(jī)器的 功能?保證系統(tǒng)在環(huán)境變動(dòng)下達(dá)到要求的目標(biāo)。有些人機(jī)系統(tǒng)能用定量的系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜 合的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。一個(gè)簡單系統(tǒng)?如一位操縱人員和一臺(tái)機(jī)器構(gòu)成的單參數(shù)跟蹤系統(tǒng)?操 縱人員被看作是系統(tǒng)中一個(gè)元件?可用定量方法?即用傳遞函數(shù)或其他數(shù)學(xué)方法近似表達(dá)操 縱人員的動(dòng)態(tài)特性?建立操縱人員的準(zhǔn)線性數(shù)學(xué)模型?用控制理論方法對(duì)操縱人員的傳遞函 數(shù)?和機(jī)器的傳遞函數(shù)進(jìn)行綜合?便可得到調(diào)節(jié)品質(zhì)合乎要求的穩(wěn)定的人機(jī)跟蹤系統(tǒng)。

建立人機(jī)系統(tǒng)?必須考慮以下五個(gè)方面?人員選擇訓(xùn)練(包括訓(xùn)練設(shè)備)、設(shè)備設(shè)計(jì)、操作 程序和環(huán)境。建立復(fù)雜的人機(jī)系統(tǒng)?除了這五個(gè)方面外?還要考慮人機(jī)系統(tǒng)的系統(tǒng)性能、人 和機(jī)器的特性等?采用系統(tǒng)科學(xué)或信息科學(xué)的方法來設(shè)計(jì)和分析?然后進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)?檢查 系統(tǒng)性能和操縱人員操縱的難易程度。

一般說來?人機(jī)系統(tǒng)要反復(fù)試驗(yàn)和使用才能逐漸完善。人機(jī)系統(tǒng)中?操縱人員是人機(jī)系 統(tǒng)中的主體?設(shè)計(jì)和運(yùn)用人機(jī)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮人在人機(jī)系統(tǒng)中的能動(dòng)和主導(dǎo)作用。設(shè)計(jì) 人員要和操縱人員密切配合?使人機(jī)系統(tǒng)達(dá)到要求的性能和指標(biāo)?同時(shí)保證操縱人員操縱簡

便。安全舒適和提高系統(tǒng)工效。

人機(jī)工程學(xué)是一門年輕的科學(xué)。人機(jī)系統(tǒng)中人的特性、能力和限制已經(jīng)有大量測試數(shù)據(jù) 可查。從系統(tǒng)分析角度研究人機(jī)系統(tǒng)?在原有設(shè)備基本不變的情況下?由于考慮了人的動(dòng)態(tài) 特性而進(jìn)行系統(tǒng)分析?再適當(dāng)改動(dòng)設(shè)備?就能顯著提高工效。如手動(dòng)控制系統(tǒng)?即操縱人員 直接參與的用手連續(xù)控制的系統(tǒng)?在飛機(jī)、火炮、雷達(dá)、汽車、艦船和航天飛機(jī)等方面已廣 泛應(yīng)用?在工業(yè)生產(chǎn)中也得到廣泛應(yīng)用。

人機(jī)接口系統(tǒng)?即人和計(jì)算機(jī)之間相互作用的系統(tǒng)?已是電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的必不可少的 重要組成部分。人機(jī)接口系統(tǒng)不僅在硬件上?而且在軟件上也取得了進(jìn)展-特別是在人機(jī)對(duì) 話(或人機(jī)通信)方面?已研究出許多高級(jí)語言?正在研究采用自然語言進(jìn)行人機(jī)對(duì)話?加快 人機(jī)對(duì)話的速度?提高通信效果?發(fā)揮計(jì)算機(jī)的潛力。

人機(jī)接口系統(tǒng)中人承擔(dān)越來越多的功能?操縱人員執(zhí)行許多操作?進(jìn)行人機(jī)對(duì)話?處理 大量信息?作出各種決策。指揮控制通信系統(tǒng)是一種多操縱人員、多臺(tái)機(jī)器的復(fù)雜的人機(jī)系 統(tǒng)。即使是一個(gè)非常簡單的設(shè)備?在操縱人員的問題上也會(huì)產(chǎn)生常規(guī)工程實(shí)踐無法解決的問 題。因此人機(jī)工程學(xué)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域有電話、電傳、計(jì)算機(jī)控制臺(tái)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、高速公路信號(hào)、汽車、航空、航海、現(xiàn)代化醫(yī)院、環(huán)境保護(hù)、教育等?人機(jī)工程學(xué)甚至可用于大規(guī)模社會(huì) 系統(tǒng)。

第四篇：人機(jī)工程學(xué)論文

鄭州市公交車設(shè)計(jì)與改進(jìn)

項(xiàng)目報(bào)告

鄭州公交車設(shè)計(jì)與改進(jìn)

(一)前言

隨著城市的發(fā)展和現(xiàn)代化水平的提高，公交車作為城市公共交通的重要組成部分，不僅擔(dān)負(fù)著大眾日常交通的使命，而且從一個(gè)側(cè)面反映了該城市現(xiàn)代化的發(fā)展程度。公交車已經(jīng)不再是簡單的代步工具，人性化、智能化成為新一代公交車發(fā)展的方向。如果公交車生產(chǎn)廠商能夠在設(shè)計(jì)之初就將人因工程的設(shè)計(jì)理念融入進(jìn)去，那么，其產(chǎn)品定會(huì)在激烈的競爭中脫穎而出，贏得客戶的認(rèn)可。

(二)項(xiàng)目介紹

此次項(xiàng)目結(jié)合鄭州公交車的現(xiàn)狀，對(duì)公交車內(nèi)、外環(huán)境設(shè)計(jì)進(jìn)行了基于人機(jī)工程學(xué)的研究，提出科學(xué)、合理、人性化的公交車設(shè)計(jì)新方法,方便市民生活。

針對(duì)公交車部位多研究面大的特點(diǎn)，我們從扶手、門窗、座椅及其他地方進(jìn)行了一些改進(jìn)與設(shè)計(jì)。

（三）具體內(nèi)容

一、扶手

扶手是公交車上最常用的工具之一，也是發(fā)現(xiàn)問題最多的。下面將從高度、衛(wèi)生、材料、顏色及美觀舒適等方面提出一些我們的想法，來做一些改進(jìn)。（1）高度

目前，公交車車廂內(nèi)扶手及欄桿基本上為無變化的豎直和水平布置，不能滿足不同身高乘客的需要?？拷Q直欄桿的乘客相對(duì)好些，無論身材高矮都還“有桿可拉”，遠(yuǎn)離豎直欄桿的乘客就只能拉扶水平欄桿，常會(huì)出現(xiàn)身材較小的人夠著費(fèi)力甚至夠不著的情況，而身材較高的乘客在抓握相對(duì)較低的欄桿時(shí)也會(huì)出現(xiàn)“使不上力”的情況。這就導(dǎo)致較高或者較矮的乘客在手握水平欄桿時(shí)都容易產(chǎn)生疲勞，在緊急制動(dòng)狀況下還可能造成腕部拉傷。

鑒于此種情況，建議采用以下2種設(shè)計(jì)方案：

一是漸變式欄桿設(shè)計(jì)。欄桿不是統(tǒng)一的高度，而采用漸變式設(shè)計(jì)。將欄桿設(shè)計(jì)為凹凸形狀，這樣，可以盡可能地使大部分乘客抓握到。另外，還可在車內(nèi)靠近通道的2排座椅椅背上端安裝固定的拉手，以方便身材較矮的乘客抓握

二是可調(diào)節(jié)式拉手設(shè)計(jì)。在水平欄桿安裝若干個(gè)拉手（類似于地鐵拉手），拉手通過一段安全帶和欄桿相聯(lián)接。安全帶的長度設(shè)計(jì)成可以調(diào)節(jié)的，這樣就方便了不同身高乘客的需要，有效避免了因緊急制動(dòng)等情況對(duì)人體的傷害。

在扶手設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該做到，表面無尖角，末端圓滑，全車提供扶靠設(shè)施，防滑表面。在數(shù)據(jù)上，可以參考——直徑：30-45mm 水平扶欄高度175-180cm 垂直欄桿間距離150cm或每隔兩個(gè)座位提供。（2）衛(wèi)生

由于人流量大，接觸的人多，扶手處很容易滋生細(xì)菌，因此扶手的衛(wèi)生就顯得很有必要了?？梢栽诶窒虏吭O(shè)計(jì)一些噴孔，通過定時(shí)裝置或觸鈕開關(guān)，消毒液就會(huì)直接將人們接觸扶手的部位進(jìn)行消毒，拉手中部可以設(shè)計(jì)成透明罐狀，里面裝消毒液，外部透明部分可以作為廣告載體，既美觀實(shí)用，具有廣告性能，又可以快捷消毒，防止細(xì)菌病毒交叉感染，有利于公共衛(wèi)生安全。可以設(shè)計(jì)一種公交車自動(dòng)消毒多功能拉手，包括固定架、拉手，固定架連接有弧形連接裝置，弧形連接裝置與拉手間固定有罐體，罐體內(nèi)裝有消毒劑，與罐體連接的拉手內(nèi)側(cè)開有噴孔。拉手上設(shè)置有定時(shí)裝置，可以控制噴孔定時(shí)噴射消毒液，也可以在拉手上設(shè)置觸鈕開關(guān)，控制噴孔手動(dòng)噴射消毒液。罐體由內(nèi)體和外殼兩部分組成，外殼為透明塑料，內(nèi)體表面為流動(dòng)載體，上面設(shè)計(jì)有廣告圖案。為保證廣告圖案的連續(xù)性，罐體采用圓柱形。固定架的穿孔穿過公交車扶拉桿，從而將拉手固定在扶桿上。

（3）材料

欄桿材料：采用不銹鋼復(fù)合管，這是一種新型材料，其外層采用不銹鋼材料，內(nèi)層采用普通碳鋼材料，經(jīng)特殊工藝復(fù)合而成。它既有純不銹鋼耐腐蝕、光亮等優(yōu)點(diǎn)，又具有碳鋼價(jià)格低、強(qiáng)度和鋼度好等長處，是替代純不銹鋼的理想材料。

拉手材料：1.采用進(jìn)口PC原料生產(chǎn)，韌性好,永不破碎,更堅(jiān)固、更美觀；2.連接帶采用汽車安全帶材料，四條紋高密度，兩頭無縫連接，更堅(jiān)固、耐用；3.采用改進(jìn)型倒掛式夾具設(shè)計(jì)，雙螺栓,更牢固、更可靠；4.采用鍍鋅，防銹，防松螺母螺絲，更安全，更持久

(4)顏色

現(xiàn)在公交扶手大部分都是黃色。一般黃色有表示警示提醒之意，公交車的設(shè)計(jì)應(yīng)注重人性化設(shè)計(jì)，黃色部位表示不宜接近部位，防止乘客夾傷等。以前小的客車用銀色的只是起到防銹或美觀作用，而現(xiàn)在用黃色，除了起到防銹，美觀作用外，還有警示作用。(5)美觀舒適

扶手的形狀及色彩的豐富性對(duì)乘客有著很大的影響，美觀、可愛的扶手總是會(huì)讓乘客有一個(gè)好的心情。現(xiàn)在很多扶手上都有商家廣告，可以利用這一點(diǎn)，比如說制造個(gè)性的扶手，如下圖：

也可以裝扮上可愛的圖像，如下圖：

這些不僅讓乘客感覺而舒適，而且對(duì)商家的也是一種有效地宣傳。

二、門窗

門窗是公交車最重要的地方，不僅涉及到乘客上下車及空氣流通，更更重要的是在危急時(shí)刻能夠順利逃生?，F(xiàn)在來往穿梭的空調(diào)公交車基本上都是全封閉的，只有少量的幾個(gè)狹小的換氣窗口，成人絕對(duì)是不可能鉆出來的！而大幅面的鋼化玻璃窗，在車內(nèi)乘客遇險(xiǎn)時(shí)是根本不可能砸開的！就算備有什么安全鐵錘什么的，也沒有用，當(dāng)濃煙或火焰一下子騰起，誰能在幾秒鐘內(nèi)取下錘子，而且還要完成一錘敲破鋼化玻璃車窗的艱難任務(wù)！我想就是受過專業(yè)訓(xùn)練的人士也很難一錘敲出生之孔洞！何況普普通通的市民百姓呢！上面提到的安全錘其實(shí)只是一個(gè)很小的部分，但公交車的安全設(shè)備配備的問題之嚴(yán)重，是我們所有人都沒有認(rèn)真想過的。

除了從窗戶逃生外，除了司機(jī)座位邊上的那個(gè)門外，另兩個(gè)門在出現(xiàn)燃燒等事故時(shí)，因?yàn)榭刂齐娐繁粺龎?，基本上就無法打開而成為逃生的出口。任何一個(gè)裝載大量人員的車輛或建筑，首要考慮的必須是安全，安全中的一個(gè)最后的防線是人員撤離和逃生。因?yàn)楫?dāng)所有的安全措施都失效時(shí)，逃生就是一個(gè)最后的安全方案。但我們現(xiàn)在的各種公交車輛除了象征性的滅火器和敲碎玻璃的安全錘外，沒有其他的了。

對(duì)于一些大型空調(diào)公交車，手動(dòng)打開兩個(gè)上下乘客的車門應(yīng)該是一個(gè)基本配置，但事故發(fā)生的這輛車關(guān)火后，車門無法打開。而其他的公交車，所曾經(jīng)發(fā)生車輛自燃的南京公交車當(dāng)時(shí)的女司機(jī)介紹說，她當(dāng)時(shí)先要放掉控制車門的氣壓，然后再怎么怎么，這些措施根本不實(shí)用。一個(gè)，在緊急情況下，根本沒有時(shí)間做這種操作;二，如果沒有專業(yè)人員，普通乘客根本就不知道這種操作。公交車門窗改進(jìn)方案：

1、車窗全封閉，有必要改裝成可推拉式車窗！

密閉式車窗要求車窗附近要配備安全錘，但安全錘失竊現(xiàn)象非常嚴(yán)重，對(duì)空調(diào)車車窗實(shí)施改造，最好將原有的固定式車窗改造為2至6個(gè)內(nèi)置推拉式車窗，以適應(yīng)緊急狀態(tài)下乘客疏散需要。雖然窗口通過面積有所減少，但是根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)，一般情況下，成人用肘部撞擊就可以打碎推拉式玻璃窗。

2、有些車門不能正常打開，有必要檢查修理！

公交車必須有在緊急情況下，有類似于民航飛機(jī)上逃生安全門那樣的設(shè)計(jì)，讓乘客可以很快打開車門，在最短的時(shí)候內(nèi)逃生的設(shè)計(jì)。而且很重要：這種逃生門不應(yīng)該只有上下客的車門有，在車輛的另一側(cè)也應(yīng)該安排兩個(gè)逃生門。公交車安全門

飛機(jī)的安全門

3、車內(nèi)救生錘形同虛設(shè)，有必要按標(biāo)準(zhǔn)配齊！

按照原車輛的標(biāo)準(zhǔn)，每臺(tái)車都將配齊8個(gè)消防錘。在消防錘后面加一條軟鋼絲，或者加一條鏈子，固定在車身上。長度既不影響救生時(shí)，需要砸碎相鄰車窗玻璃的長度。又能防盜。若鋼絲或鏈子長度過長，可以盤好用尼龍卡固定，既方便取用，又不影響美觀。（如圖）。四、一些欄桿扶手安裝不恰當(dāng)，應(yīng)該撤除

所以說，車輛本身的安全配置，在城市公交車中是應(yīng)該被認(rèn)真考慮的問題，而這一點(diǎn)是怎么被我們的有關(guān)部門去思考的呢?乘客逃生是中國國內(nèi)目前使用的所有公交車輛的一個(gè)通病。公交車在變大，核定載客人數(shù)在增加，幾年前，當(dāng)北京出現(xiàn)公交車的航母時(shí)我們?cè)?jīng)高興與激動(dòng)過，但安全的因素誰想過呢?希望通過這次事件，我們的公交車生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)能把人的安全因素考慮得更多，特別是逃生裝置的設(shè)計(jì)，希望有更多的逃命的保

三、座椅

公交車座椅分為駕駛員座椅和乘客座椅

駕駛員座椅是現(xiàn)有公交車輛最應(yīng)該改進(jìn)的部分，因?yàn)楝F(xiàn)有駕駛員座椅只是滿足簡單的坐的功能，長時(shí)間連續(xù)駕駛時(shí)駕駛員腰部很容易疲勞，多年駕駛公交的駕駛員很多因腰椎、胸椎得不到有效的支撐而患有程度不同的職業(yè)病。座椅設(shè)計(jì)的原則就是保證駕駛員在長時(shí)間駕駛過程中能夠感到舒適，減少職業(yè)病和安全事故發(fā)生的概率。在坐姿狀態(tài)下，支持人體的主要結(jié)構(gòu)是脊柱、骨盆、腿和腳等。根據(jù)人因工程研究的結(jié)果，根據(jù)人體數(shù)模結(jié)果，可得到高靠背椅的參數(shù)范圍：靠背傾角（與水平面）范圍為95°～110°，高度應(yīng)達(dá)到肩部，范圍為52～56 cm，寬度約為48 cm，且靠背角度、座椅高度均可調(diào)節(jié)，以滿足不同身高駕駛員操作的需求。值得注意的是，不要一味考慮舒適而將座椅傾角隨意加大，由于公交車車身高大，過大的靠背傾角將產(chǎn)生視野盲區(qū)，導(dǎo)致駕駛員看不見較低位置的路況和車況。

汽車總布置中提出的性能要求，如乘坐舒適性、視野性、操縱方便性、手伸及性、上下車方便性等，都是以人為中心提出的。而決定人的關(guān)鍵基準(zhǔn)是H 點(diǎn)。由此可見，H 點(diǎn)在汽車布置中占有極重要的位置。H點(diǎn)的選取直接影響汽車的總體布置性能，是確定與駕駛員操作方便、乘坐舒適等相關(guān)的車內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)。在我國，由于沒有合適的人體數(shù)據(jù)及工具且缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，若要進(jìn)行人體工程設(shè)計(jì)則只能借助于美國SAE 的方法和工具。但這種方法也有一定的缺點(diǎn)：

1、推薦的 H點(diǎn)位置的考慮因素是人體坐姿舒適性,考慮的因素單一。

2、推薦的H點(diǎn)位置是依據(jù)SAE公布的人體數(shù)據(jù)給出的,不適用于中國人體。

根據(jù) A、B 兩類汽車的適宜座椅位置計(jì)算公式即駕駛員H點(diǎn)離拇指基準(zhǔn)點(diǎn)的水平距離X

其中應(yīng)該注意的是：

1、A、B兩類汽車是根據(jù) H點(diǎn)高度和方向盤的直徑來劃分的

2、計(jì)算公式中未體現(xiàn)X 與方向盤尺寸的函數(shù)關(guān)系，然而汽車方向盤的大小是制約座椅設(shè)計(jì)的重要因素。

3、如果 H點(diǎn)設(shè)計(jì)高度Z=404mm 此時(shí)應(yīng)該采用 A類汽車的計(jì)算公式，可得出H點(diǎn)距拇指基準(zhǔn)點(diǎn)的水平距離為X=790mm如果 Z=405mm則應(yīng)該采用B類汽車的計(jì)算公式，可得出H點(diǎn)距拇指基準(zhǔn)點(diǎn)的水平距離為X=618mm，兩個(gè)計(jì)算結(jié)果相差172mm，是高度差1mm的172倍。故可以說明此算法存在一定的缺陷。確定H點(diǎn)位置的行之有效的方法還有待進(jìn)一步解決。

公交車駕駛員較小型汽車駕駛員的施力要大,受反作用力也就相對(duì)要大。如果不能保證力的有效傳遞，則駕駛員很易受到身體損傷。傳統(tǒng)的座椅設(shè)計(jì)并沒有考慮這個(gè)環(huán)節(jié)，如果H點(diǎn)的高度選取偏大，則X值較小，此時(shí)拇指基準(zhǔn)點(diǎn),膝關(guān)節(jié)點(diǎn)連線的延長線與座椅靠背的交點(diǎn)位于肩靠點(diǎn)之上，導(dǎo)致踩踏板時(shí)發(fā)揮不了肩靠的作用。

出于人機(jī)工程學(xué)的考慮，必須保證拇指基準(zhǔn)點(diǎn)、膝關(guān)節(jié)點(diǎn)、坐椅靠背的肩靠點(diǎn)三點(diǎn)共線。乘客座椅

現(xiàn)有公交車乘客的座椅在腰部幾乎沒有設(shè)計(jì)。導(dǎo)致乘客在乘坐公交車時(shí)總有不舒適的感覺。應(yīng)從人體坐姿舒適性入手來設(shè)計(jì)。最舒適的坐姿是臀部稍離背向前移，使上體略向后傾斜，保持體腿夾角在 90°~115°之間，小腿向前伸，大腿和小腿，小腿和腳面之間也有合適的夾角，如圖所示。

乘客保持坐姿時(shí)，座椅各部位的受力合理分布

另外座椅的設(shè)計(jì)還應(yīng)該保證乘客有良好的體壓分布，在靠背上的體壓分布：靠背上的體壓分布應(yīng)當(dāng)是腰靠部位最高。所以設(shè)計(jì)座椅靠背時(shí)應(yīng)保證腰靠區(qū)能為人體提供舒適的支撐，以減輕腰部疲勞。座墊上的壓力分布應(yīng)當(dāng)是坐骨結(jié)節(jié)處最大，由此向外逐漸減小，直至與座墊前緣接觸的大腿下平面壓力最小，所以設(shè)計(jì)座椅座墊時(shí)，應(yīng)保證坐骨下面的座面近似水平，使人體重量的大部分集中在坐骨結(jié)節(jié)處，達(dá)到最佳體壓分布，減輕臀部疲勞。乘坐舒適性是一個(gè)系統(tǒng)的概念，座椅只是其中的一個(gè)環(huán)節(jié)，要達(dá)到很好的乘坐舒適性，還必須依靠舒適的底盤和舒適的車內(nèi)布置等。另外座椅在顏色、造型等方面應(yīng)滿足整體式內(nèi)飾的特點(diǎn)，應(yīng)與乘客區(qū)內(nèi)其他部分同時(shí)設(shè)計(jì)以達(dá)到渾然一體的效果。

乘客座椅設(shè)計(jì)：

在具體的設(shè)計(jì)原則和參數(shù)上同駕駛員座椅類似，但椅背傾斜度可稍小些。一方面，公交車乘客的乘坐時(shí)間相對(duì)較短，無需較大的傾角來倚靠休息；另一方面，較大的傾角勢必造成前后座椅之間的距離增加，從而大大減少車廂內(nèi)座椅的數(shù)量。另外，椅背和坐板邊緣宜采用圓弧設(shè)計(jì)，盡量不要出現(xiàn)棱角，以免在緊急制動(dòng)過程中導(dǎo)致乘客特別是站立乘客劃傷

由于公交車底盤較低，使得車輪正上方形成較大的凸起，因此，車輪正上方的座椅可以適當(dāng)加以調(diào)整，以方便乘客放腳。在寬大的車身中部，可以設(shè)置一豎排形同火車臥鋪車廂座椅的可收縮座椅，面向車門，當(dāng)乘客較少且有大件