基于人機工程學評價與仿真的人體模型建模.pdf

1、隨著人機工程技術(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,還具有合乎實際的運動形式。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)計與評價過程中來。
　　盡管不同的人機問題對應著不同的設(shè)計要求,但應用在人機工程上的人體模型的設(shè)計原則是一致的,即要達到:外觀合理、尺寸精確

2、、運動逼真。參數(shù)化的人體模型的設(shè)計目前存在以下三方面的難點:(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工程測量基準,但模型的外形較生硬、失真度較大;基于曲面表達的人體模型外形較逼真但是缺少準確的測量基準。(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體現(xiàn)個體的形態(tài)。(3)從運動情況來看,目前多數(shù)人體模型只能進行靜態(tài)的尺寸測量,少數(shù)模型即使能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的動作仿真,但逼真度不高。

3、r>　　本文針對當前人體模型設(shè)計過程中上存在的諸多問題,開發(fā)了基于UG軟件的二次開發(fā)模塊和VC++6.0軟件的參數(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)進行參數(shù)化建模,同時加入各肢體段的質(zhì)量數(shù)據(jù)和各個關(guān)節(jié)的活動角度范圍數(shù)據(jù),并根據(jù)D-H法建立人體模型的關(guān)節(jié)坐標系,旨在創(chuàng)建一種外觀上具有必要的測量基準并能進行動力學仿真的動態(tài)人體模型。其次,利用求解各個關(guān)節(jié)處方向余弦矩陣的導數(shù)的方法,求解關(guān)節(jié)運動角度和速度;根據(jù)拉格朗日方法建立人體

4、模型的動力學方程并分析求解。用運動學和動力學相結(jié)合的方法控制人體模型運動,對人體模型的姿態(tài)進行數(shù)學描述,并通過調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)的角度生成多種姿態(tài)的人體模型同時評價其舒適性。再次,在運動仿真方面,本文根據(jù)人體模型各個關(guān)節(jié)的自由度數(shù)目,用特定的函數(shù)驅(qū)動關(guān)節(jié)運動,對模型整體進行運動學和動力學仿真,從而實現(xiàn)人體模型的簡單連續(xù)運動。最后,把人體模型放入某一工作環(huán)境中,能實現(xiàn)視域、可達域、設(shè)備的可操作性、無障礙空間的可通過性及工作姿態(tài)舒適性等人機工程學評價