基于CATIA V5在上下肢康复器的人机工程学分析与研究

　　0　引　言

　　人机工程学是研究人和机器及环境的相互作用的学科;研究在工作中、家庭生活中与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科[1].随着计算机辅助设计在产品设计和开发中的应用越来越广,更多更高效率的辅助设计研究方法引入到设计研究中,本文利用CATIA V5软件的人机工程学分析的功能,通过建立三维人体模型以及在模拟人在使用上下肢康复器过程的姿态评估优化,来对它进行人机工程分析与研究,得出对上下肢康复器设计具有指导意义数据.

　　1　CATIA的人机功能介绍

　　CATIA V5中集成为4个模块:人体模型构造(CATIA Human Builder)HBR模块、人体行为分析(Human Activity Analysis)HAA模块、人体模型测量编辑(CATIA Human MeasurementsEditor)HME模块、人体姿态分析(CATIA Hu-man Posture Analysis)HPA模块[2].

　　2　上下肢主被动康复器人机工程学分析与研究

　　在上下肢主被动康复器人机工程学分析与研究中,根据人体上肢和下肢在康复器上的训练的特点,如何应用人机工程学对设计和研究具有重要的作用,如何使康复器最大程度地满足操作的舒适性、方便性、安全性,以及如何达到最大的训练效果,从而提高它康复效率.现引入CATIA软件的人机工程功能对上下肢主被动康复器进行分析.

　　2.1　人体模型的建立

　　2.1.1　人体数据库

　　人体数据库是三维人体建模的基础,人机工程学将人体测量的数据以百分位数表示人体尺寸的等级.最常用的是第5,50,95百分位数,分别记作P5,P50,P95.P95表示95%的人群身材尺寸均小于此值,而有5%的人群身材尺寸大于此值[3].其他百分位数的含义依此类推.在CATIAV5中默认提供的五个国家人体尺寸,分别为美国、加拿大、法国、日本和韩国.因此参考中国GB/T 10000—1988人机工程技术标准,按成年男性身高的50百分位,体重75kg建立人体模型.

　　2.1.2　人体模型的建立

　　在CATIA中,按图1和表1建立人体模型,并对人体模型进行编辑,按符合中国成年男性身体的50百分位的人体修改模型.

　　2.2　产品模型建立

　　在CATIA中零件建模部分建立好模型各个零件,装配好后进入人机工程分析系统,将预设好的人体模型引入到模型中,打开干涉检验和终止干涉后,当人体与模型出现干涉现象的时候,人体就不会向前移动,利用肢体精确定位,将人体的各个部位精确放置到康复器的相对应的位置.如图2所示.

　　2.3　肢体的伸展范围

　　人体在康复器上正常坐姿下,上肢的活动域如图3所示,上肢在训练的整个过程中都在这个范围内,为了达到最好的训练效果,人体上肢和下肢都应该尽可能大的舒展开,因此把手应该在旋转到离人体最远处但是又不能脱离人体手掌.本文所取的50百分位的男性上肢长61.2cm,人体在康复器模型上正常坐姿下,从肩部到旋转手柄的最远距离应该小于或者等于61.2cm,这样就可以最大限度的锻炼了上肢.人体小腿长44cm,人体在康复器模型上正常坐姿下从膝盖到踏板距离是小于或等于此值,下肢才能不会在训练过程中脱离康复器踏板也能在最大范围内使下肢得到锻炼.