【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 指等是用圓臺(tái)進(jìn)行描述的。車(chē)輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文 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(lái)表示的評(píng)價(jià)指標(biāo)。本論文參照的客觀標(biāo)準(zhǔn)有：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T100001988《中國(guó)成年人人體尺寸》和GB/T135471992《工作空間人體尺寸》中給出的人體靜態(tài)測(cè)量尺寸，《中國(guó)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(guò)處理的簡(jiǎn)化了的尺寸數(shù)值。人體測(cè)量學(xué)給出了相關(guān)的測(cè)量及簡(jiǎn)化標(biāo)準(zhǔn)，如人體測(cè)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(lái)統(tǒng)計(jì)分析人體測(cè)量變量間的相互關(guān)系。簡(jiǎn)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GB100001988中查取所要用到的各個(gè)尺寸值，在標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有列出的百分位數(shù)的人體尺寸通過(guò)百分位數(shù)法給出。 關(guān)節(jié)類(lèi)型及運(yùn)動(dòng)范圍人體是由多個(gè)關(guān)節(jié)連接起來(lái)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)，；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)，；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)。 關(guān)節(jié)的類(lèi)型根據(jù)關(guān)節(jié)類(lèi)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。滑動(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_(kāi)發(fā)的人體模型的外形描述車(chē)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22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21手指關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍表23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22人體關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍 人體模型的自由度通過(guò)簡(jiǎn)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(wèn)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(wèn)題，是簡(jiǎn)化問(wèn)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(lái)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(jiǎn)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(jiǎn)化某些關(guān)節(jié)處的常規(guī)運(yùn)動(dòng)所需的自由度，如簡(jiǎn)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(jiǎn)化的過(guò)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(chē)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(jiǎn)化。人體模型構(gòu)造過(guò)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(jiǎn)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(jiǎn)化。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(jiǎn)化為1個(gè)自由度。踝關(guān)節(jié)簡(jiǎn)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表22中已列出。車(chē)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(kāi)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(guò)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)。“動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)控制”則是通過(guò)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(cè)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(wàn)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(kāi)發(fā)的程序控制來(lái)說(shuō)，首先是仿真的參數(shù)預(yù)定義部分，包括單位類(lèi)型、測(cè)量類(lèi)型、參考類(lèi)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(lái)是關(guān)節(jié)種類(lèi)、運(yùn)動(dòng)極限及運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)類(lèi)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(lèi)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(zhǎng)，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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(méi)有慣性數(shù)據(jù)。*/ }。Typedef struct uf_motion_solver_parameters_s uf_motion_solver_parameters_t。車(chē)輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文連桿（Links）通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(kù)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。106kg/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。，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(guò)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)。 創(chuàng)建右上臂車(chē)輛人機(jī)工程學(xué) 課程論文運(yùn)動(dòng)副（Joints）的作用就是連接人