【正文】 體測量中經(jīng)常用到均值、方差、標準差、標準誤差等統(tǒng)計函數(shù)來統(tǒng)計分析人體測量變量間的相互關系。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)計值估算法、用“加減”運算估算法、混合群體估算法及偏差系數(shù)值估算法等。本論文直接從GB100001988中查取所要用到的各個尺寸值，在標準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。人體的關節(jié)按運動性質(zhì)可分為單軸關節(jié)、雙軸關節(jié)、多軸關節(jié)等。 關節(jié)的類型根據(jù)關節(jié)類型把人體關節(jié)的運動分為滑動、擺動、旋轉(zhuǎn)、環(huán)轉(zhuǎn)四種基本運動形式。擺動運動通常指相連兩肢體的屈伸和收展，如肘關節(jié)的的伸和屈、腕關節(jié)的內(nèi)收和外展。環(huán)轉(zhuǎn)運動是屈、展、伸、收的一次連續(xù)運動。因為本文開發(fā)的人體模型的外形描述車輛人機工程學 課程論文細化到手指的各個指關節(jié)，手指的指掌關節(jié)能實現(xiàn)手指的擺動運動和繞關節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)運動，近位指關節(jié)和遠位指關節(jié)只能在一個方向上實現(xiàn)手指的伸和屈。表21手指關節(jié)活動范圍表23給出的是人體主要關節(jié)的坐標描述和最大運動角度及舒適活動范圍。在表中所列的關節(jié)局部坐標系的轉(zhuǎn)動軸X、Y、Z定義符合右手法則。因此，考慮在不影響運動逼真性的前提下，如何用最少的自由度描述人體運動問題，是簡化問題的關鍵。每條關節(jié)鏈上的關節(jié)運動都是從該關節(jié)鏈的起始端傳遞而來的。另外，若簡化某些關節(jié)處的常規(guī)運動所需的自由度，如簡化頭部的左歪、右歪，則會導致頭部運動僵化，不能實現(xiàn)頭部某些常規(guī)運動。在上肢中，肩關節(jié)、肘關節(jié)和腕關節(jié)的聯(lián)合運動實現(xiàn)了手臂的運動。人體模型構造過程中表現(xiàn)為肩關節(jié)分別繞肩關節(jié)所在局部坐標系的X、Y、Z軸作旋轉(zhuǎn)運動。腕關節(jié)實現(xiàn)手和前臂之間的內(nèi)外擺和彎曲運動，表現(xiàn)為繞其所在坐標系的Y、Z軸作旋轉(zhuǎn)運動，屬常規(guī)運動所必需的自由度，故不能簡化。反映在人體模型中即是繞著髖關節(jié)所在局部坐標系的X、Y、Z軸作旋轉(zhuǎn)運動。踝關節(jié)簡化為2個自由度，實現(xiàn)腳部前后擺動和左右旋轉(zhuǎn)運動。反映在人體模型中是繞著腰關節(jié)所在局部坐標系的X、Y、Z軸作旋轉(zhuǎn)運動。本文所要創(chuàng)建的人體模型EHuman共包含17個軀干肢體段和每只手15個手指段，共47個肢體段，46個關節(jié)，共包含72個自由度。車輛人機工程學 課程論文 人體模型的運動仿真人體模型的運動是動態(tài)人體模型開發(fā)的難點和重點。所謂的“靜態(tài)運動控制”就是通過分別調(diào)節(jié)人體模型各個關節(jié)的角度，實現(xiàn)不同姿態(tài)展現(xiàn)。要想實現(xiàn)人體模型的運動仿真，首先要建立運動機構主模型，進而分析該主模型的運動規(guī)律。該模塊可進行機構的干涉分析、運動軌跡分析和動力學分析等。不同的關節(jié)抽象為不同的運動副，如頸關節(jié)、腰關節(jié)、肩關節(jié)等有3個自由度的關節(jié)抽象為球面副；腕關節(jié)、踝關節(jié)等有2個自由度的關節(jié)抽象為萬向節(jié)；膝關節(jié)、肘關節(jié)等有1個自由度的關節(jié)抽象為旋轉(zhuǎn)副。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。/*解算方案的最大允許步長，想要得到更詳細的結果，增大這個數(shù)值，想要更快得出結果，減小這個數(shù)值。/*解算方案的最大允許誤差，想要得到更精確的結果，增大這個數(shù)值，想要更快得 出結果，減小這個數(shù)值。/*動力學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，則增大這個數(shù)值。/*運動學分析的最大允許迭代次數(shù)，若動作模型求解的問題具有收斂性，則增大這個數(shù)值。/*靜力學分析的最大允許迭代次數(shù)，若動作模型求解的問題具有收斂性，則增大這個數(shù)值。/*確定是否在分析中使用質(zhì)量特性，如果是“FALSE”，則表示不能進行動力學仿真，或者運動學仿真中也沒有慣性數(shù)據(jù)。Typedef struct uf_motion_solver_parameters_s uf_motion_solver_parameters_t。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），人體模型的各個肢體段和關節(jié)一起組成一個機構，這個機構就是運動的人體模型。機構要運動，必須有一個機架，因此創(chuàng)建連桿的過程中必須要有一個連桿與地固連，不能移動，即人體模型的某一個肢體段應創(chuàng)建為固定連桿。在創(chuàng)建連桿之前，要先定義中心線，中心點及描述模型的其他幾何體，以便對運動副和其他機構對象定義和定向，并將這些描述性的幾何體放在連桿的定義中。這樣在創(chuàng)建的肢體連桿上就包含了便于描述運動副位置及方位定義的相關信息。但當進行動力學分析和反作用力的靜力學分析時，必須為每個連桿輸入質(zhì)量、質(zhì)心和慣性矩等參數(shù)。材料特性（Material）是計算質(zhì)量和慣性矩的關鍵因素，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構中的實體。，以右上臂為例創(chuàng)建肢體連桿，選擇連桿對象為右上臂，定義連桿質(zhì)量特性、速度參數(shù)等，并定義材料特性。通常情況下，系統(tǒng)可以根據(jù)模型的在材料信息，自動計算質(zhì)量特性，也可以得到精確的運動分析結果。 創(chuàng)建右上臂車輛人機工程學 課程論文運動副（Joints）的作用就是連接人體模型中相互接觸的兩個肢體段，并通過一定的約束條件使其產(chǎn)生相對的運動。將關節(jié)抽象為運動副后，肢體段抽象為連桿，運動副就把各個連桿連接在一起，從而使人體模型運動。沒有創(chuàng)建運動副的肢體連桿具有6個自由度（DOF），分別是沿坐標軸方向的移動和繞坐標軸的轉(zhuǎn)動。人體模型作為一個復雜的空間機構，嚴格來說，包含的運動副類型很多，但是經(jīng)過前面章節(jié)的簡化處理，把人體模型的關節(jié)均簡化為旋轉(zhuǎn)類運動副，忽略微小的移動。當關節(jié)具有兩個轉(zhuǎn)動自由度時，原理上可以處理為萬向節(jié)，但是在運動仿真模塊中，萬向節(jié)不可以加驅(qū)動并且不能限制運動極限，故把具有兩個運動自由度的關節(jié)定義為“類萬向節(jié)副”，使其具有兩個方向上的轉(zhuǎn)動自由度。前面已經(jīng)提到，創(chuàng)建連桿時要包含中心點、中心線等描述性幾何體，以便在創(chuàng)建運動副時定義運動副的方向，以肘關節(jié)的旋轉(zhuǎn)副的創(chuàng)建為例，首先選擇要創(chuàng)建運動副的連桿（前臂），原點為肘關節(jié)處關節(jié)球的球心坐標，因為肘關節(jié)的旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸是肘關節(jié)處局部坐標的z軸，故z軸定義為指定方位，咬合連桿選擇上臂。旋轉(zhuǎn)副可以在兩個連桿之間添加約束，也可以對單個連桿添加約束使之與地固定，但允許繞空間一點旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)副可以定義其運動極限。萬向節(jié)有兩個轉(zhuǎn)動自由度，連接兩個成一定角度的轉(zhuǎn)動連桿，(b)所示。類萬向節(jié)就是把兩個垂直方向上的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)副，把兩個旋轉(zhuǎn)副封裝成一個運動副。球面副連接兩個連桿，有3個自由度，球面副沒有方向，當創(chuàng)建球面副時，只需指定連桿和球面副的原點即可，(c)所示。把這三個轉(zhuǎn)動副封裝成一個運動副，稱為“類球面副”。人體模型運動仿真中定義的類球面副有髖關節(jié)、肩關節(jié)、頸關節(jié)等。在所有的運動驅(qū)動類型中，運動函數(shù)驅(qū)動（Motion Function）、恒定驅(qū)動（Constant）、簡諧運動驅(qū)動（Harmonic）均是基于時間的運動仿真，關節(jié)運動驅(qū)動（Articulation）是基于位移的驅(qū)動。（a）旋轉(zhuǎn)副、（b）類萬向節(jié)、（c）類球面副的顯示圖標。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。恒定運動驅(qū)動只需設定初始位移（Initial Displacement），初始速度（Initial Velocity）和加速度（Acceleration）即可。簡言之，標量力指只有大小不規(guī)定方向的力，在仿真分析階段標量力的方向是不斷變化的，但力的起點和終點是固定不變的。當定義力時，須選擇第一個連桿（作用連桿Action Link），用于定義作用力的作用點；選擇第二個連桿（基礎連桿Base Link），用于定義大小相等、方向相反的反作用力的作用點。在所有外力中，重力是比較常見的一種矢量力。在人體模型的運動仿真中要定義的力有由外部施加的力，該力應是人體某部位（手、腳）直接同外部控制器接觸時所要施加的操縱力的反作用力。在人體模型的運動仿真中，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。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。拿轉(zhuǎn)動手臂來說，轉(zhuǎn)動軸是肘關節(jié)和肩關節(jié)，手臂運動產(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作。扭矩可使物體產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，使用時必須考慮扭矩大小和旋轉(zhuǎn)軸。扭矩的旋轉(zhuǎn)軸有3種：現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸、用戶自定義坐標軸、絕對坐標系中的坐標軸。兩類扭矩的主要區(qū)別在旋轉(zhuǎn)軸的定義上：標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軸。在機構運動學分析中，不考慮產(chǎn)生運動的原因，只考慮運動驅(qū)動。動力學分析要考慮運動的真正原因，如作用力、摩擦力、個別組件的質(zhì)量（或重量）和慣性等，主要用于預測或確定產(chǎn)生特定運動所需的力。又進一步通過施加力或是約束對連桿和運動副添加了運動驅(qū)動，最后就可以對整個系統(tǒng)創(chuàng)建不同的求解方案了。在進行運動規(guī)律仿真之前，要先利用封裝選項（Packaging Options）來收集或封裝特定的、感興趣的對象信息，以便于在隨后的分析過程中進行測量、跟蹤、干涉等操作。測量功能用來測量人體模型的肢體對象或?qū)ο笊系狞c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)境對象之間的安全區(qū)域（Clearance Zones），即最小允許距離，運動一個步長系統(tǒng)就會比較測量距離和最小允許距離的大小，如果測量結果小于這個最小距離時，系統(tǒng)會發(fā)出安全警告并暫停運動?？梢栽诮^對（Absolute）參考框架或相對（Relative）參考框架中，進行運動仿真分析或關節(jié)運動。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。高亮顯示就是發(fā)生干涉的物體高亮；而選擇創(chuàng)建實體選項時，干涉出現(xiàn)時系統(tǒng)會生成一個描述干涉體積的非參數(shù)化的相交實體；顯示相交曲線則是發(fā)生干涉時顯示干涉發(fā)生部位的相交曲線。車輛人機工程學 課程論文 總結結合國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和現(xiàn)有的研究技術，本文在人機工程學相關理論及標準的基礎上，總結并吸取了前人研究成果，并針對目前人體模型研究上存在的問題或不足，進行相應的改進和創(chuàng)新，構建了適合于人機工程學評價與仿真的參數(shù)化的動態(tài)人體模型。利用UGNX的運動仿真模塊進行人體模型的運動仿真，把人體關節(jié)的運動形式轉(zhuǎn)化為運動仿真中的運動副的運動形式。本論文研究中還存在一些不足，從功能角度出發(fā)，對人體的關節(jié)自由度進行了一定程度的簡化，在運動仿真逼真度上有所損失。 Y C Deng(2006):Multiscale human body model topredict side impact thoracic trauma[J].International Journal of Crashworthiness，2006，11(3):203216p [9] Kim KiSun, Kim Jongwan, Kim modeling of seated humanbody based on measurements of apparent inertia matrix for foreandaft/vertical/pitch motion[J].Journal of Sound and ，330(23):57165735p [10] Sancisi N, Zannoli D, ParentiCastelli 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