基于OpenSim人机耦合仿真的外骨骼设计方法

针对传统外骨骼研发中普遍忽略外骨骼对人体作用的缺陷,提出一种基于OpenSim开源生物力学仿真平台的外骨骼设计方法,以提高外骨骼的安全性和有效性。将外骨骼机械本体嵌入人体肌肉骨骼模型中进行耦合仿真,分析在外骨骼助力下人体特定部位关节肌肉的状态;在仿真平台中修改外骨骼的结构参数,观察其对人体助力的影响,不断迭代改进,最终得到外骨骼产品;以踝关节保护器为例,阐述外骨骼设计方法的流程。仿真分析结果表明：使用该方法设计的踝关节保护器能使人在30°斜坡上竖直着陆时脚踝距下关节内翻角度减小34%。     

基于专利图片的产品外观设计专利分析技术

为挖掘外观设计专利图片中蕴涵的丰富信息,将基于内容的图像检索技术和数据挖掘技术应用于外观设计专利分析过程中,提出了基于专利图片的产品外观设计专利分析技术.借助基于内容的图像检索技术提取外观设计专利图片的颜色、纹理和形状特征,通过相关反馈确定权重,据此计算外观设计专利的相似性并完成专利聚类.利用聚类结果生成带有专利发展轨迹和专利区域状态等信息的专利地图.以此为基础开发完成了外观设计专利分析软件,分析产品外观设计专利的发展趋势,从而辅助设计师和企业进行决策分析和产品定位.     

织物物理模拟与三维服装实时仿真技术

针对织物物理建模的计算效率和稳定性问题,提出基于约束的织物质点弹簧模型。以简单几何实体球和圆柱为例,说明处理织物可变形体与环境对象碰撞的总体策略,结合实体碰撞对物理模拟流程进行总结性描述。实验结果表明,该建模方法相对于织物的几何复杂度有接近线性的计算效率,因此很适合于实时仿真环境。将上述研究成果集成应用到三维服装仿真环境中,给出了验证实例。     

面向设计知识重用的产品外观分类

为了设计知识重用,提出一种通过分类、索引获取产品外观设计知识的方法.根据产品外观在传播系统中的性质,建立对象和实现性两类产品外观设计知识基本类型.基于分类学原理,根据用户认知过程和设计师造型过程,对产品外观知识的基本类型进行分解,形成可以细致描述和规范案例的外观知识框架.知识框架包括功能、形式、使用方式、文化时尚、设计过程、创新方法、形式方法和制造工艺8种类型,可以应用于建立产品外观案例库,分解产品外观.在造型过程中,设计师搜索图像信息阶段和发展形态阶段,案例库对灵活重用设计知识有着促进作用.最后,对设计师使用外观案例库进行手机设计的情况进行观察,统计使用情况和方案设计质量的关系,调查结果反映该方法存在应用价值.     

基于sEMG的按摩椅绩效人机评价模型实验研究

针对机械式按摩椅缓解肌肉疲劳的绩效,提出了基于表面肌电(sEMG)信号的人机评价模型。实验要求两名被试者在执行静力性标准俯卧撑(SPU)动作之间,分别采用静坐与按摩两种方式恢复肌肉疲劳,并在SPU过程中采集竖脊肌的sEMG信号。根据模型的评价指标对实验数据进行了比较与分析,结果表明,SPU后采用拍打按摩恢复对竖脊肌疲劳缓解的效果好于静坐恢复的效果,从而验证了模型在按摩椅人机评价上的可行性。     

面向竞技训练的下肢外骨骼多模态交互系统研究

目前关注辅助下肢提升身体素质训练的可穿戴设备研究存在缺失,而外骨骼与虚拟现实的协同研究是近几年的新兴方向,多模态信息融合的外骨骼系统能有效优化训练效果和训练体验。因此,开发了一套面向竞技训练的下肢外骨骼多模态交互系统,不仅提供了丰富多样且标准规范的辅助训练,并且实现了多感官的沉浸体验。首先,设计一种多自由度分步动作规划方法,基于下肢运动动作点实现训练动作的复现。其次,提出下肢外骨骼多模态交互系统,通过虚拟现实竞技训练模拟器实现信息空间中规范动作的呈现与指示,构建动作数据集和下肢外骨骼机器人实现物理空间中基础训练的辅助与矫正。系统基于多模态交互执行策略,实时给予训练者视觉、听觉、触觉的多感官反馈,实现符合安全规范的沉浸体验。最后,通过系统功能与用户体验两项实验进行系统验证。功能性实验证明,与原有传统训练相比,该系统平均可提升动作准确率27.62%,且具有一定通用性。用户体验的实验结果表明,该系统功能符合设计预期,舒适性相对其他指标有待提高。     

人机接触面形态设计的数据映射模型

针对产品人机接触面形态设计的复杂性,基于人机接触压力分布实验数据,建立了从实验数据到接触曲面形态的映射模型.采用能量优化的方法进行曲面造型,并通过对压力分布图的优化来产生高质量的曲面人机性能.叙述了映射模型构建的技术路线与实验方法,通过座椅曲面的形态设计对映射模型进行了应用验证,结果表明,该模型在曲面人机工程设计方面有巨大的潜力和广阔前景.     

基于能量优化的产品曲面人机设计

基于对产品人机接触面形态的概率和接触力学等特性的分析，提出了基于人体形态与产品曲面形态的相似性和人机接触压力的能量优化曲面形态设计方法。考虑载荷大小、接触压力分布状态、曲面材料特性设置、曲面光顺性等，拟订了人机曲面形态设计的能量函数与求解方法，并建立了基于能量优化的产品曲面人机设计过程模型，结合理论建模、实验数据分析和编程实践，建立了从实验数据到产品人机接触面形态的映射机制，以座椅曲面设计为实例实现了基于接触压力实验数据的能量优化设计方法，并对设计结果做了比较分析。     

产品风格计算研究进展

阐明了产品风格的基本内涵、认知过程和主要研究内容,进一步从认知心理学、形状文法、感性工学、模式识别等4个方面总结了产品风格计算的研究进展,最后指出了其发展趋势.