坐式下肢康复训练机器人人机舒适度设计

目的 从满足脑卒中偏瘫患者或行走能力弱的患者,进行下肢康复训练时对设备的使用需求出发,对传统坐式下肢外骨骼康复机器人进行改造,以增强机器人的人机舒适度.方法 通过主观评价的方法,对坐式下肢康复训练机器人的座椅椅背处于不同角度时不同患者的舒适度进行评价;并借助JACK软件创建第95百分位男性和第5百分位女性虚拟人体模型,利用受力分析模块对虚拟人体第4节和第5节腰椎(L4/L5)进行受力分析,得到座椅相对舒适角度区间;通过分析使用者与设备的人机交互过程,对外骨骼匹配性和显示装置的可视性进行人机工效评估.结论 通过对康复训练机器人的舒适度分析,得出了更加符合人机关系的产品尺寸区间,为康复训练产品舒适度方面的设计提供了有效的方法.     

基于CATIA的可穿戴下肢康复外骨骼人类工效学研究

为改进和完善偏瘫患者处于穿戴下肢康复外骨骼期间的人机耦合舒适性,运用CATIA(computer aided three-dimensional interactive application)人类工效学模块对偏瘫患者的运动形态进行虚拟仿真,将外骨骼设备作为研究方向,着重进行整机系统中人、机关系的剖析,在此基础上应用人类工效学理论对康复外骨骼设备作出人机工学设计、人机校定和评估。经过仿真分析及人机评估系统的研究表明,应用该设计方法使下肢康复外骨骼的空间适配和人机系统更好地达到偏瘫患者舒适度需求的要求。     

多约束下的载人潜器舱内计算机辅助工效设计系统研究

为了能使载人潜器舱内工效设计人员加深对多约束条件下舱内人员的生理、心理和环境约束条件的理解,有效地辅助设计方案的智能生成与优化.提出了基于虚拟人体模型参数作为布局设计解空间的参数获取方法、基于遗传算法的舱内人-机界面布局设计方案计算智能求解方法、基于知识推理的舱内色彩工效设计方案获取方法和基于粒子群算法的载人舱工效设计方案智能优化方法,以此为基础,应用UG二次开发和数据库技术,开发了载人潜器舱内人机工效设计计算机辅助系统.通过设计实例的人机工效布局和色彩设计与方案优化验证了该系统的可行性.     

基于CATIA V5的中国成年人数字人体模型研究

人体模型是产品人机工效分析的重要基础工具。针对CATIA V5中缺少中国人体模型的问题,本文通过中国成年人人体尺寸项目与CATIA V5中人体变量的对比分析,找出了中国成年人人体尺寸中缺少的测量项目,在此基础上建立了一个完整的中国成年人人体模型尺寸数据文件。建立中国数字人体模型作为满足人生理需要的设计依据,根据人机工程学理论并考虑人的心理认知,通过计算机辅助人机设计确定人性化操作空间。     

空间站卫生间人机仿真评估与实践

目的 对空间站卫生间的人机关系进行分析,评价其人机工效,为空间站卫生间人机工程评价、设计优化提供理论方法和技术支持。方法 以DELMIA软件为分析工具,在对空间站卫生间环境建模后,导入航天飞行乘员人体尺寸模型,构建人机仿真虚拟场景。将空间站卫生间如厕过程分解,调整人体模型的如厕姿态及舒适角度范围,对空间站卫生间可达可视域进行判别,开展空间站卫生间如厕姿态舒适性仿真分析与评价。结果 仿真结果显示虚拟航天成员如厕各阶段姿态可达性、可视性、舒适性均满足人机工程学需求。结论 该空间站卫生间能为航天乘员提供一个舒适的如厕环境,其总体结构与布局符合人机工程学设计原则。     

基于JACK虚拟仿真分析的介助老人护理床人机工程学设计

目的 目前护理床普遍采用标准化设计,针对介助老人及护理人员的双用户体验模型进行护理床人机工程学设计,对现有护理床结构、功能提出改进方案。方法 以人机工程软件Jack为分析工具,建立符合中国老年人身体尺寸模型和护理人员相关任务动作模型,在此基础上进行虚拟仿真,对介助老人护理床使用人机匹配性、不同姿势下的舒适度分析,以及护理人员在护理任务中不同动作的舒适性、动作姿势和快速上肢分析,并通过对静态人体尺寸与动态功能尺寸人机分析,对现有护理床进行设计改进。结论 在护理床设计过程中进行介助老人和护理人员双用户人机工程分析,有利于发现双用户在使用过程中不合理的设计内容,得到新的基于人机工程学的护理床设计方法,提高介助老人和护理人员的舒适性,提高使用性能。     

基于AHP-QFD的共享老年代步车人机工程设计

目的 本文旨在结合人机工程学理论和方法,研究老年代步车及其相关服务领域问题,打造更为适老的产品,同时以共享服务为目标提供创新的解决方案。方法 在综合考虑老年代步车的人机关系、尺寸、交互,以及服务等各方面的基础上,对老年人的生理、心理及出行特征进行研究,通过AHP-QFD法,对老年人需求及服务管理需求进行实证研究,并综合进行产品及服务设计。结论 研究结果表明,通过分析人机需求,将共享服务模式应用于养老社区环境的老人出行方式之中,规范了老年人的驾驶行为,减少了驾驶安全隐患,综合提升了用户体验,为解决老年人短途出行提供了新的途径。通过AHP-QFD法,将不同层次的需求转化为功能,提升了产品需求研究的科学性和准确性,并为复杂多类型产品需求研究提供了方法。     

参数化人体模型驱动的产品人机工程设计

针对产品人机工程设计的要求,提出了通过人体模型对产品的形态与结构进行驱动设计的思路.基于人体测量数据库建立了结构模型、尺寸模型和曲面模型3种参数化人体驱动模型,实现了产品人机工程设计的驱动设计,即通过对人体模型的操作将人体测量数据直接映射为产品设计尺寸,为人机工程设计原则的合理应用提供了效率和可靠性的保障.通过座椅的人机设计进行了验证.     

手动抓握结构的人机适配性实验研究

目的通过实验研究,确定手工搬运重物时手动抓握结构的工效学设计要求和测评方法。方法通过用户使用习惯调研和人机交互行为分析,提炼出抓握结构的工效学设计和测评指标,应用目标用户进行典型结构样件的实际使用体验测试,并辅以虚拟仿真的方法对实验结果进行验证。结果获得满足手工搬运者搬运安全性和舒适性要求的抓握结构形状尺寸及位置的工效学设计要求。结论为手动抓握结构的工效学设计及评价提供参考。     

本能行为下智能康复产品的自然交互设计

目的探讨用户本能行为下人机交互设计模型在智能康复产品中的应用。方法通过对偏瘫患者康复训练时的本能交互行为层级和心理需求进行全面的分析,提炼出产品设计过程中人机自然交互设计原则,按照人机交互设计流程及用户心理模型建立智能康复产品的人机交互设计模型。结果结合偏瘫患者需求层次,完成了智能康复训练轮椅的设计实践,初步验证了人机交互设计模型对改善偏瘫患者心理,使其主动进行康复行为的有效性。结论基于本能行为的人机交互设计模型能够实现偏瘫患者对智能康复训练轮椅的本能自然交互,深层次地满足偏瘫患者情感和心理需求,建立一种更符合偏瘫患者的心理逻辑,使产品更好地为偏瘫患者服务。这为今后产品人机自然交互设计提供新的思路和方法。     

面向脑卒中患者的上肢康复产品人机工程设计

目的 为提升脑卒中患者的康复体验,帮助患者上肢恢复,围绕患者的人机要素展开设计研究。方法 首先,对脑卒中患者的生理和心理特征进行分析,剖析病患显性和隐性障碍,并调查上肢康复产品使用现状,分析总结现有产品存在的问题,为上肢康复产品提供设计依据;基于人机工程学分析患者的上肢运动特征和信息感知特征,探讨上肢康复产品设计的关键点;依据用户分析和人机分析,从产品尺寸、信息交互、色彩与材质等方面展开设计,为患者上肢康复提供解决方案,并通过对比分析验证设计方案。结果 通过系统研究患者与康复产品的人机特征,设计出符合人体工学的上肢康复产品。结论 从人机工程学角度剖析脑卒中康复产品中存在的问题具有可行性,通过借助其他感官通道能有效解决脑卒中康复产品在人机方面存在的问题,为其他康复产品设计提供参考。     

基于Multi-Agent的人机环境仿真设计系统

提出了用于制造过程仿真和人机工程分析的多Agent智能设计系统。基于模糊多目标决策理论建立了虚拟人自适应作业行为仿真模型。在虚拟环境中,智能化的虚拟人能自主完成作业任务的仿真,优化自身的工作状态,同时提供人机工程的评估结果。通过仿真实验,证明了所用技术的可行性。     

基于JACK虚拟仿真的学龄前脑瘫儿童助行器人机优化设计

目的 减少学龄前脑瘫儿童助行器的安全隐患,解决患儿在训练过程中的肢体二次损伤问题,提升助行器人机舒适性,对学龄前脑瘫儿童助行器进行优化设计。方法 通过JACK虚拟仿真软件的RULA工具,分析得到学龄前脑瘫儿童在使用助行器过程中存在的不合理姿势,并对其进行人机工学与受力分析,提出改进方法并进行设计优化,最后导入JACK虚拟仿真软件进行风险与舒适性验证。结果 优化后的学龄前脑瘫儿童助行器的使用受伤风险从4级降低到1级,患儿躯干弯曲力矩、L4/L5脊柱压缩力、剪切力的姿势载荷指数分别降低53%、47%、81%,上身各关节处于舒适角度。结论 经过JACK仿真分析及人机优化后的助行器,有效降低了学龄前脑瘫儿童在康复训练中的二次损伤风险,减轻了患儿步行训练中的身体负担,提升了助行器使用的舒适性。     

面向社区的脑卒中患者上肢康复产品设计研究

目的 为提高脑卒中患者上肢康复训练的主动性和积极性,改善当前因训练枯燥乏味导致的训练中断情况。方法 首先,通过对医院和康复机构的实地调研,以脑卒中上肢康复训练理念及技术为核心,分析现有上肢康复训练产品的优势及不足,研究脑卒中上肢康复治疗模式提取相应上肢运动特征;其次,选择国内外流行的几款情景游戏,分析其情景特点和操作方式;最后,将脑卒中患者上肢康复训练动作与经典游戏情境相匹配,探究两者结合的可行性。结果 从设计学的角度出发,通过多学科、交叉性设计研究,为脑卒中患者设计了一系列趣味性上肢康复训练产品。结论 经康复训练实验验证,该系列产品在提高患者主动训练意识、训练效率及效果等方面具有显著优势。     

Motion generation and virtual simulation in a digital environment

The growing complexity in product design and manufacturing processes has made virtual prototyping an important new approach that enhances products and process development. Considering the ergonomic issues evident in product lifecycles, digital human modelling (DHM) is adopted for virtual simulation and proactive evaluation. A motion generation from semantics (MGS) system is proposed in this research. The MGS system features include virtual prototyping, natural language instruction, a method time measurement (MTM) translator and motion generator. The system was implemented using product lifecycle management (PLM) software and validated in an automotive manufacturing company. The practice of intuitively generating manual operations and conducting virtual simulations enables the system planners to quickly respond to manufacturing process changes and recursively improve the tooling and process design flexibility and efficiency.     

偏瘫老人上肢功能延续性康复服务模式研究

目的 探索基于我国现有康复体系的偏瘫老人康复服务模式,通过完善康复服务平台并设计适用于居家康复的产品,实现偏瘫老人从医院回归家庭的康复延续性。方法 对北京地区医院、社区等服务组织和典型住宅小区失能老人实地调查,采用定性定量的研究方法,分析偏瘫老人生理、心理特点及康复服务需求,总结我国康复体系及北京偏瘫老人康复服务现状。运用服务设计方法,以偏瘫老人为核心,整合康复资源,进行社区康复服务与产品设计。结果 搭建出联结各方利益相关者的五方联动延续性偏瘫康复服务平台,实现医疗资源的角色分工及康复信息的双向顺畅传递;设计出一款与服务配套的智能上肢康复辅具,提供个性化康复训练方案,实现居家康复科学性。结论 以偏瘫上肢康复为例,整合创新延续性康复服务模式、平台和辅具的联动作用,为偏瘫老人居家康复提供可能,加快其功能康复进程。