人机工程学课程设计.doc

人机工程学课程设计
轮椅的结构优化及人机分析
摘 要
摘要: 人机工程学是运用人体测量学、生理学、心理学等学科的研究手段和成果，即将人体特性、能力和活动限度等方面的数据用于机械系统及其所处环境的设计中去，使操作者能安全、舒适和高效率4月，国家标准局成立了全国人类工效学标准化技术委员会，统一规划、研究和审议全国有关人类工效学的基础标准的制定。1984年，国防科工委成立了国家军用人,机,环境系统工程标准化技术委员会。这两个技术委员会的建立，有力地推动了我国人机工程学研究的发展。此后在1989年又成立了中国人类工效学学会，再在1995年9月创刊了学会会刊《人类工效学》季刊。20世纪90年代初，北京航空航天大学首先成立了我国该专业的第一个博士学科点，随后南京航空航天大学、西北工大、北京理工大
学、北大医学部等大学也先后成立了相应的专业。当前，随着我国科技和经济的发展，人们对工作条件、生活品质的要求正逐步提高，对产品的人机工程特性也会日益重视。一些厂商把“以人为本”、“人体工学”的设计作为产品的卖点，也正是出于对这种新的需求取向的意识。

本设计来源于早期的轮椅设计。根据早期轮椅的设计，从人机工程学的角度重新使其结构更加优化，使使用者更加感受到它的安全性和舒适性。同是使人性化、绿色化和可持续化在现代设计中更充分的体现出来。
在早期的轮椅设计中，轮椅一般由专业人员使用，对其设计着重于追求功能、工作效率和工作的可靠性。现在，轮椅越来越多地由非专业的残疾人使用，轮椅的设计要考虑它的使用和工作环境满足操作者的生理和心理要求，达到工作环境舒适、安全、操作方便、减轻操作疲劳的目的。将轮椅置“人—机—环境”系统中，按人机工程学原理进行设计，主要从座椅系统、操纵系统和乘坐舒适性等方面讨论轮椅的人机工程学设计问题，对于轮椅与人的“人—机—环境”系统如图2所示
图 2 人,机,环境系统图
问题定义
在北京残奥会召开后，人们在绿荫场上看到了一抹美丽的身影。那是残疾运动员们在运动场上挥洒自如的表演和梦想的实现。多少人在那一刻激动的留下了眼泪。正因为轮椅的设计，它才让很多身体有残疾的人们有了实现梦想的工具。
而设计的发展总是要不断的创新才能更上一层楼，才能更符合人们的生活和学****的要求。所以，
结构的优化与分析
轮椅的操纵者是在坐姿的状态下工作的，为了使操作者在使用时处于舒适的状态和适宜
的环境中，在设计中就必须充分考虑人体坐姿的尺度。以座椅的结构为例，主要考虑座宽、座高、座深的设计尺寸。并为了使操作者在操作过程中始终处于安全和能够准确无误的完成操作，对轮椅的驱动轮的表面的材质进行一定的改和加工使使用者更加舒适。同时对其座椅的形态和材质也进行一定的改变，让操作者在工作中不会处于疲劳的状态下。从而使轮椅更加的发挥它的功能。
研究范围
在市场上众多的轮椅产品中选择一款，通过和其他轮椅产品的比较和分析，对其进行市场调查得到反馈意见，从而进行改进。然后进行人机分析和结构优化使其更加完美。并在材质上也进行一定的改良，最好用一些耐用、吸汗性强和柔软的材质。
第二章 三维人体模型的建立
建立人体模型的基础数据及处理
在人机工程分析与评价系统中,三维人体建模有以下特点:
( 1) 人机系统中的虚拟人注重运动特性,要求能够仿真人机作业环境中的各种动作,为动态地进行人机评价做准备。
( 2) 基于人体测量数据的三维建模, 设计者必须熟悉适用条件、百分位的选择等方面的知识, 才能正确的应用有关的数据,明确设计对象, 然后再确定以该群体中的哪些百分位数作为参照的标准, 要求能够根据不同的适用环境构造不同的虚拟人体。采用了基于表面型来进行人体建模,能够满足虚拟人的运动特性; 以人体测量数据库为基础,能够按照给定参数( 如男女、身高、体重、三围等) 建立人体模型。
所引用的主要人体测量数据
坐姿人体尺寸
人体测量数据的应用原则
度 人体测量数据的应用原则

如图3,模型设定为成年男子,其身高为17750mm ,体重为75kg
图3
坐姿的活动空间
根据坐姿活动空间的设计原则和设计要求来座椅的尺寸。如图4所示为坐姿活动空间的示意图。
图4
图中: 上身挺直机头向前倾的身体轮廓，为保持身体姿势而必须的平衡活动已考虑在内;
1. 从髋关节起上身向前、向侧弯曲的活动空间;
2. 上身不动，自肩关节起手臂向上和向两侧的活动空间;
3. 上身从髋关节起向前、向两侧活动时手臂自肩关节起向前和两侧的活动空
间;
4. 自髋关节、膝关节起腿的伸、曲活动