外科医生手术站姿辅助器人机工程设计

为改善外科医生在手术操作过程中的舒适性,将视频影像分析和Jack仿真法运用到站姿辅助器设计中。通过视频影像分析外科医生手术操作姿势,确定躯干、臀部、膝部和脚踝关节部位的变化范围和站姿平均持续时长;建立了人-产品-环境虚拟仿真系统,利用Jack仿真软件对其常规姿势进行人机工效仿真,得出影响外科医生手术站姿舒适性的关键部位和关节变化范围,作为产品设计的依据,并进行可行性对比验证。结果表明：运用视频影像分析和Jack仿真软件可快速有效地挖掘外科医生手术站姿人机适配关键部位,为站姿辅助类产品的人机工程设计提供参考。     

基于FMEA与Jack的医用转移床虚拟仿真设计与研究

为快速有效地设计出更安全、更符合人机工程学的医用转移床，降低医护人员的肌肉骨骼疾病患病风险，将潜在失效模式与效应分析（FMEA）和Jack运用到医用转移床的设计开发中。分析患者转移任务流程，运用FMEA对医用转移床进行失效模式评估，计算患者转移任务风险系数；在此基础上建立“人-产品-环境”虚拟仿真系统，运用Jack软件对高风险的患者转移任务进行人机虚拟仿真，得出医用转移床人机匹配的关键部位和影响因素，对其进行改进设计，最后运用FMEA和Jack进行可行性与可靠性对比验证。结果表明：运用FMEA和Jack可有效发掘医用转移床人机匹配关键部位，改进设计后，医护人员的工作姿势得到改善，舒适性显著提高，可有效缩短医用转移床的设计与制造流程。     

修井机司钻工操纵舒适性评价

考虑到目前通过主观感受评价舒适性的方法不够精确,且针对修井机操纵作业舒适性的研究比较少等问题,以XJ70修井机为例,在生物力学分析软件AMS中建立了典型百分位的中国成年男子人体坐姿数字模型,导入了刹把及座椅模型,对刹把操纵作业进行了逆向动力学仿真;以相关肌群的肌肉活动度为评价指标,研究了座椅高度以及靠背倾角对刹把操纵作业过程中各肌群的影响规律及其映射关系。建立了基于肌肉负荷的操纵舒适性评价模型,为操纵舒适性的量化评价提供了一种新途径,对选择舒适的作业姿势以及座椅可调范围的优化具有一定的指导意义。     

飞机驾驶舱舒适性参数可视化技术

为提高飞机驾驶舱人机工效水平,缩短设计过程,以舒适性设计为例,采用遗传算法进行飞行员人体姿势预测。将关节空间坐标作为变量,并以确定性约束减少变量的数量,提高算法求解速度与精度;运用Jack软件对姿势预测结果进行检测,证明了算法的有效性。通过快速上肢评估算法对所得姿势进行评估,获得舒适性参数,最后以不同等级RGB值对舒适性参数进行可视化表示。     

基于Jack仿真的手术转移床人机工程设计

为改善医护人员在操作手术转移床过程中的舒适性,结合Jack仿真和有限元分析方法,在过弯道和坡道的仿真环境下,对手术转移床进行人机仿真和改良设计。通过分析不同场景下人机交互行为,得到手术转移床人机适配性的关键部位为导向手环、护栏、床架;进一步结合受力分析结果对关键部位进行尺寸设计和结构轻量化改进,并对改进后的手术转移床进行舒适性仿真验证。结果表明:医护人员的肌肉关节和腰背部受力明显降低,手术转移床操作舒适性增强,有效降低了造成医护人员不适或受伤的可能性,为手术转移床的人机工程设计提供参考。     

基于CATIA的桥式起重机司机室人机工程设计

为改善桥式起重机司机室作业环境,提高作业舒适度,对桥式起重机司机室的布局及各尺寸结合人机工程学相关理论进行了分析,并给出了尺寸建议,最后以人机工程虚拟仿真软件CATIA进行验证,分析了司机的视野范围、操作姿势舒适度和手部可达区域。结果表明结合人机工程学相关理论所设计的司机室符合人体舒适度要求,设计中加入了视频监控装置,可降低职业病发生的可能性,司机室尺寸优化结果可为起重机司机室设计提供重要的数据参考。     

基于人机工程的雌雄蚕蛹分拣机改进设计与仿真

为提高雌雄蚕蛹分拣机人机工效及分拣员操作的安全性与舒适性,在分析现有分拣机技术原理与结构组成的基础上,基于人机交互原理,对机器的功能布局和结构尺寸进行改进设计.利用Jack软件对改进后的设计方案进行人机工程仿真验证与评价.通过验证可知,改进后的方案在不同工作流程中均符合人体各关节舒适度要求,减轻了分拣员工作疲劳,提高了工作效率,有利于形成和谐的人机关系,为蚕桑生产设备及其他现代化农业工程装备创新设计提供参考.     

汽车低速追尾碰撞中乘员动力学响应和颈部损伤的仿真研究

利用MADYMO仿真分析软件建立了包括BioRIDⅡ假人、座椅和安全带在内的追尾碰撞模型，研究了在追尾碰撞中，座椅特性和乘员位置对乘员动力学响应和颈部损伤的影响。仿真分析结果表明，头枕位置、靠背刚度、靠背倾角调节器特性和乘员乘坐姿势对乘员头颈部的动力学响应有很大影响，通过合理的座椅设计可以显著降低颈部损伤风险。     

基于基因特征的井下工程机械造型方法研究

通过对遗传算法部分设计理念的引用,提出一种基于现有基因特征提取、优化和改良的造型设计方法,优化产品设计的过程。对该方法进行理论论述,并以WC5型防爆胶轮车为例,验证其可行性和优越性。     

基于导纳控制的轮椅姿态柔顺调节方法研究

针对目前多姿态智能轮椅姿态调节舒适性差且存在安全风险的问题,提出一种基于导纳控制的轮椅多姿态柔顺控制策略.首先,基于人体生物力学,分析和获取了人体姿态调节过程中的舒适姿态及人-座椅面压力分布图.其次,采用DH参数法对轮椅座椅姿态调节机构进行运动学建模,并以此为基础,以位置环为内环反馈,建立人-座椅面压力外环驱动的导纳控制策略.最后,构建了基于CoppeliaSim和MATLAB的可视化仿真,建立轮椅姿态调节机构的URDF模型,采用LuaSocket实现MATLAB和CoppeliaSim间的通信,进行联合仿真.仿真结果表明轮椅在姿态调节过程中,人与座椅面间的压力变化平稳,可以自适应地调整其位姿,使用结束后能及时回到初始位姿,验证了该方案的可行性与有效性.     

旋钮操作工效学试验研究

手动旋钮操纵力/力矩过大或过小均会导致其作业绩效降低或误操作.文中探究了影响旋钮操作舒适性的关键因素,研制出了操纵力大小和尺寸大小均可调的旋钮操作工效学测试装置,招募30名青年被试(15男/15女)对6种作业高度、5种旋钮尺寸及7类扭力大小的旋钮操作舒适性进行了测试研究.结果表明:手动旋钮适宜直径为35 mm左右;旋钮适宜扭力3～4N;旋钮力及样件直径显著影响旋钮操作舒适度.研究结果对旋钮及其他手动操控器工效学设计及评测有一定实际应用价值.     

基于表面肌电的肌肉舒适度评价准则

为了避免操作人员长期处于较差的姿势工作,选取人体上身5个关节进行动作试验,对每个动作变化起主要作用的肌肉块进行了肌电信号测试。通过最大主动收缩法消除不同受试者的肌电信号差异,对肌电百分比值进行归一化和加权平均法处理,根据每个动作变化涉及肌肉的平均生理横断面积,给出复合动作肌肉舒适度指数的计算方法;提出了一套基于表面肌电的肌肉舒适度评价准则,与DELMIA人机仿真软件中的RULA分析结果对比显示,该评价准则具有可行性,适合对操作人员的作业姿势进行评价。     

基于关联超图的产品4D信息模型研究

介绍了产品设计过程中的4D信息模型的构成及特点。用关联超图对产品设计过程的4D信息模型进行了形式化描述研究，记录产品进化的历史，实现了产品设计过程中信息的可追溯性，为产品信息的检索、重用和修改提供了基‘础。结合实例验证该方法的可行性，为产品设计及其过程管理提供了一种新的途径和研究方法。     

人体-座椅接触面测量参数的研究初探

文中介绍了一种集力、温度和湿度传感器信息的座椅舒适度检测系统.传感器的布放采用已发表文章中所介绍的布放方式:温度和湿度传感器分别放置在左、右腿和尾臀骨下方;4个力传感器分别放在左、右腿和左、右坐骨结节的下方.在进行人体实验前,对力、温度和湿度传感器的输出一致性进行了测试.测量数据显示:温度传感器标准方差为±0.2℃;湿度传感器标准方差为±0.3%,压力传感器标准方差为±0.09 V(其中加载负荷5 kg～15 kg,力传感器输出电压的变化为3.67～4.31 V),这表明所有的传感器具有一致的输出特性.在三天内,共有10人/次利用该检测系统对3种坐垫(泡沫、木质和压模坐垫)的舒适度进行了评估.为了避免次序效应对测量结果的影响,整个实验采用了拉丁方设计方法.通过将坐姿调整时间、最大温度和平均相对湿度与舒适度主观评测问卷进行对比分析,结果表明传感器的原始数据和相关参数的变化与人对座椅舒适度的主观评价之间存在一定的联系.     

基于神经网络的汽车座椅舒适性研究

提高座椅舒适性可缓解驾乘疲惫、避免腰椎疾病、满足人们对汽车性能日益增高的需求。人员在驾乘过程中的舒适性是身体多个部位感受的综合指标,压力分布与加速度是影响舒适度的重要客观参数。从主观及客观两个方面对汽车座椅舒适性进行研究,并采用神经网络法建立评价模型。结果表明:客观参数如总加权加速度均方根值、坐垫及靠背压力与主观舒适度呈负相关关系,并验证了所建立的评价模型的有效性。     

BRIEF算法在基于增强现实的产品装配引导中的应用研究

面向增强现实环境下采用零件自然特征的装配引导应用,提出一种基于BRIEF算法的虚实装配场景注册融合方法。利用BRIEF算法进行装配零件图像自然特征的提取,建立零件图像的特征描述符。通过海明距离进行装配引导过程中零件图像特征描述符的匹配,实现虚实装配零件的注册;同时将虚拟装配信息在真实装配场景中叠加,用于引导用户完成装配作业过程。实验结果表明:利用该算法进行虚实注册具有较好的鲁棒性和实时性,能够较好地应用于增强现实环境下的产品装配引导过程中。     

基于案例的产品设计知识管理系统

为了有效的对设计知识进行组织和管理,直观的展现设计过程中各个阶段的设计知识,本文构建了基于案例的产品设计知识管理系统。文中首先根据产品设计知识的内容和特点,从知识管理的角度,明确了原始设计信息、设计知识与设计方案的循环流程。接着分析了案例在设计过程中的作用并采用结构化分类方法对案例的各项属性进行了细致分类。在此基础上,在Wamp环境下,采用PHP编程语言、MySQL数据库等手段构建了基于案例的产品设计知识管理系统。最后,以MP3产品设计为例验证了系统的可行性和实用性。     

人机工程研究在高速列车虚拟装配中的应用

为在职业伤害发生之前,应用人机工程学的理论和方法,分析出伤害发生的原因,利用DELMIA软件,分析评估了高速列车装配过程中制动管安装工序存在的人机工程问题,并验证了DELMIA仿真评估的可靠性,对存在不良人机工效的作业进行了分析,并提出了改善措施,还在虚拟的装配环境下,检验了改善方案的合理性。     

锚杆台车工作臂设计及作业空间分析与验证

为解决隧道锚杆施作效率低、风险高等问题，设计了一种新型的锚杆台车工作臂，以满足隧道锚杆机械化快速施作的需求。采用钻臂加三工位的组合结构设计，可在隧道内一次定位后实现钻孔、注浆和锚护一体化作业。为求解和验证工作臂的作业空间，基于改进D-H法建立工作臂数学模型，并利用Matlab机器人工具箱Robotic Toolbox，结合蒙特卡洛法求出工作臂的作业空间点云图和其作业空间参数，并对作业空间边界优化和空间包络，以直观的三维空间曲面图显示出其作业空间。最后，建立隧道断面函数和其三维曲面模型与锚杆台车工作臂作业空间点云包络图，在Matlab中进行联合仿真。仿真结果表明锚杆台车工作臂结构设计和作业空间参数满足隧道断面锚杆施作要求，为同类型的设计和作业空间的求解验证提供了一种可行性方案。     

一种新型产品设计过程模型及实现方法的研究

针对传统瀑布式产品设计模型前期工作周期较长、耗费资源较多、难以满足订单式设计生产等问题，开发了一种包括产品策划、产品设计、产品验证、产品生产的4阶段产品设计过程模型，提出了一种利用快速原型实现产品前期策划和概念设计的方法，分析了快速原型的要求、快速原型库的结构、构建工具、构建方法以及数据转换技术。利用该方法，可以加快产品开发速度、减少开发风险，提高产品的市场竞争力。