CN103366629A - 起重机驾驶员数字化人体模型 - Google Patents

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赵改平
陈二云
颜文涛
王殊轶
冯勇
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Abstract

本发明公开了一种起重机驾驶员数字化人体模型，它由头部、颈部、上躯干、下躯干、大腿、小腿、足、上臂、前臂、手、颈关节、肩关节、肘关节、腕关节、髋关节、膝关节和踝关节装配而成；其中，颈部与颈关节为同一部件，头部通过颈关节与上躯干相连，上躯干通过肩关节与上臂相连，上臂通过肘关节与前臂相连，前臂通过腕关节与手相连，下躯干通过髋关节与大腿相连，大腿通过膝关节与小腿相连，小腿通过踝关节与足相连。本发明依据人体32个相关部位的体态参数和7个主要关节在正常生理条件下关节角度在侧视、俯视和正视三个方向上的运动幅度参数而建立，具有结构合理，关节和环节数据可靠，可广泛应用的特点。

Description

起重机驾驶员数字化人体模型
技术领域
本发明涉及一种人体模型，尤其涉及一种模拟港口起重机司机室内驾驶员在正常工作姿态下人体部位体型特征的起重机驾驶员数字化人体模型。
背景技术
驾驶员人体模型在港口起重机司机室的工程设计和驾驶员舒适度评价及驾驶员正常操作方式下受力分析问题中被广泛应用。驾驶员人体模型的建立可以为驾驶员在正常工作姿态下最大活动域和舒适活动域的分析提供数据依据，并为驾驶室内主要操作装置的空间布局进行设计与优化提供理论依据。
目前，现有的人体模型主要是用于服装行业的假人模特、或者是服装立体裁剪设计用的人台模型以及机器人制作过程中的一些简化人体模型的装配与设计。其中，机器人制作过程中的一些简化人体模型并不要求其按照精确的人体尺寸数据建立，多数是关注人体模型的结构装配和功能。服装行业的人体模型是依据中国人体尺寸标准和中国国民人体体型特点设计和制作，一般只包括人体躯干部分，因此并非全部意义上的人体模型，而且现有的人体模型在设计中也未同时考虑和应用到人体多个重要环节的具体尺寸数据和多个重要关节在侧视、俯视和正视三个方向上的运动幅度参数等，并且这些模型都很难直接用来替代驾驶员人体模型，进一步分析驾驶员在正常工作姿态下的最大活动域和舒适活动域以及对驾驶室内主要操作装置空间布局进行设计和优化等。因此，依据人体主要相关部位的参数建立实际意义上的驾驶员人体模型是必要的。
港口起重机司机室内驾驶员在正常工作姿态下人体部位体型特征数字化人体模型的建立，主要依据和采用国家标准GB/T14779《坐姿人体模板功能设计要求》、GB/T12985《在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则》、GB 3975《人体测量术语》、GB 5703《人体测量方法》和GB10000《中国成年人人体尺寸》中的相关参数、理论通则和术语，并且在确定人体各环节分界点以及中国成年男性人体各环节质量、质心位置及整体质心位置和人体主要关节角度活动范围等参数时，运用了“中国正常人体惯性参数测定和大样本统计”及“中国成人人体质心研究”(《现代运动生物力学》，作者：郑秀媛，出版社：国防工业出版社，2007年)等成果对其进行了计算和设计。研究和建立符合中国人体特征的起重机司机室内驾驶员的数字化人体模型，对起重机司机室的工程设计和人机工程分析有着重要的意义，也是缩短产品的开发周期，降低产品研发成本，提高产品水平和竞争力的有力手段。
发明内容
本发明的目的，是为了解决现有起重机司机室内驾驶员人体模型的问题，提供一种模拟港口起重机司机室内驾驶员在正常工作姿态下人体部位体型特征的起重机驾驶员数字化人体模型。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种起重机驾驶员数字化人体模型，由头部、颈部、上躯干、下躯干、大腿、小腿、足、上臂、前臂、手、颈关节、肩关节、肘关节、腕关节、髋关节、膝关节和踝关节装配而成；其中，颈部与颈关节为同一部件，头部通过颈关节与上躯干相连，上躯干通过肩关节与上臂相连，上臂通过肘关节与前臂相连，前臂通过腕关节与手相连，下躯干通过髋关节与大腿相连，大腿通过膝关节与小腿相连，小腿通过踝关节与足相连。
所述的人体模型的坐高为949mm，坐姿眼高为837mm，坐姿颈椎点高为689mm，坐姿肩高为627mm，坐姿肘高为298mm，头全高为241mm，上肢长为771mm，全臂长为583mm，上臂长为331mm，前臂长为252mm，手长为191mm，上肢前伸长为875mm，上肢功能前伸长为767mm，前臂加手前伸长为478mm，坐姿大转子点高为75mm，坐姿臀大转子点距离为114mm，坐姿下肢长为1076mm，臀膝距为587mm，坐深为484mm，坐姿膝高为532mm，小腿加足高为465mm，内踝点高为103mm，足长为259mm，坐姿大腿厚为139mm，胸厚为219mm，胸宽为291mm，肩宽为389mm，最大肩宽为446mm，坐姿臀宽为336mm，两肘间宽为438mm，两肘展开宽为923mm，两臂展开宽为1785mm。
所述的颈关节、肩关节、肘关节、腕关节、髋关节、膝关节和踝关节在正常生理条件下关节角度在侧视、俯视和正视三个方向上的运动幅度参数如表1所示：
表1驾驶员人体模型中主要关节角度的调节范围
Figure BDA0000148828270000031
本发明的驾驶员人体模型包括上述人体10个主要环节和7个主要关节部分，并依据人体32个相关部位的体态参数和7个主要关节在正常生理条件下关节角度在侧视、俯视和正视三个方向上的运动幅度参数建立，建立的人体模型具有结构合理，关节和环节数据可靠，可广泛应用的特点。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的侧视结构示意图；
图3是本发明的正视结构示意图；
图4是本发明的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
参见图1，配合参见图2、图3、图4，本发明的起重机驾驶员数字化人体模型，包括：头部1、颈部2、上躯干3、下躯干4、大腿5、小腿6、足7、上臂8、前臂9、手10等人体十个主要环节以及颈关节11、肩关节12、肘关节13、腕关节14、髋关节15、膝关节16和踝关节17等人体7个主要关节。
头部1环节划分的分界点近侧点为头顶点，远侧点为头部与颈椎相连接点，质心测量起点为头顶点；颈部2环节划分的分界点近侧点为头部与颈椎相连接点，远侧点为颈椎与上躯干相连接点，质心测量起点为头部与颈椎相连接点；上躯干3环节划分的分界点近侧点为颈椎与躯干相连接点，远侧点为胸下点，质心测量起点为颈椎与躯干相连接点；下躯干4环节划分的分界点近侧点为胸下点，远侧点为会阴，质心测量起点为胸下点；大腿5环节划分的分界点近侧点为髂前上棘点，远侧点为胫骨点，质心测量起点为胫骨点；小腿6环节划分的分界点近侧点为胫骨点，远侧点为内踝点，质心测量起点为内踝点；足7环节划分的分界点近侧点为内踝点，远侧点为足底，质心测量起点为足底；上臂8环节划分的分界点近侧点为肩峰点，远侧点为桡骨点，质心测量起点为桡骨点；前臂9环节划分的分界点近侧点为桡骨点，远侧点为桡骨茎突点，质心测量起点为桡骨茎突点；手10环节划分的分界点近侧点为桡骨茎突点，远侧点为中指指尖点，质心测量起点为中指指尖点。其中四肢左右对称部分，其各部分环节分界点的名称相同。
头部1与上躯干3之间通过颈关节11相连接；
上躯干3与上臂8之间通过肩关节12相连接；
上臂8与前臂9之间通过肘关节13相连接；
前臂9与手10之间通过腕关节14相连接；
下躯干4与大腿5之间通过髋关节15相连接；
大腿5与小腿6之间通过膝关节16相连接；
小腿6与足7之间通过踝关节17相连接。
参见图2，颈关节侧视图中运动角度α1的范围为130-225度，肩关节侧视图中运动角度α2的范围为0-135度，腕关节侧视图中运动角度α3的范围为140-200度，肘关节侧视图中运动角度α4的范围为60-180度，髋关节侧视图中运动角度α5的范围为65-120度，膝关节侧视图中运动角度α6的范围为75-180度，踝关节侧视图中运动角度α7的范围为70-125度。
参见图3，颈关节正视图中运动角度γ1的范围为155-205度，肩关节正视图中运动角度γ2的范围为0-120度，肘关节正视图中运动角度γ3的范围为60-180度，腕关节正视图中运动角度γ4的范围为140-200度，髋关节正视图中运动角度γ5的范围为75-120度，踝关节正视图中运动角度γ6的范围为165-200度。
参见图4，颈关节俯视图中运动角度β1的范围为55-125度，肩关节俯视图中运动角度β2的范围为0-110度，肘关节俯视图中运动角度β3的范围为60-180度，腕关节俯视图中运动角度β4的范围为140-200度，髋关节俯视图中运动角度β5的范围为86-115度，膝关节俯视图中运动角度β6的范围为90-104度，踝关节俯视图中运动角度β7的范围为90度。

Claims (3)

1.一种起重机驾驶员数字化人体模型，其特征在于：由头部、颈部、上躯干、下躯干、大腿、小腿、足、上臂、前臂、手、颈关节、肩关节、肘关节、腕关节、髋关节、膝关节和踝关节装配而成；其中，颈部与颈关节为同一部件，头部通过颈关节与上躯干相连，上躯干通过肩关节与上臂相连，上臂通过肘关节与前臂相连，前臂通过腕关节与手相连，下躯干通过髋关节与大腿相连，大腿通过膝关节与小腿相连，小腿通过踝关节与足相连。
2.如权利要求1所述的一种起重机驾驶员数字化人体模型，其特征在于：所述的人体模型的坐高为949mm，坐姿眼高为837mm，坐姿颈椎点高为689mm，坐姿肩高为627mm，坐姿肘高为298mm，头全高为241mm，上肢长为771mm，全臂长为583mm，上臂长为331mm，前臂长为252mm，手长为191mm，上肢前伸长为875mm，上肢功能前伸长为767mm，前臂加手前伸长为478mm，坐姿大转子点高为75mm，坐姿臀大转子点距离为114mm，坐姿下肢长为1076mm，臀膝距为587mm，坐深为484mm，坐姿膝高为532mm，小腿加足高为465mm，内踝点高为103mm，足长为259mm，坐姿大腿厚为139mm，胸厚为219mm，胸宽为291mm，肩宽为389mm，最大肩宽为446mm，坐姿臀宽为336mm，两肘间宽为438mm，两肘展开宽为923mm，两臂展开宽为1785mm。
3.如权利要求1所述的一种起重机驾驶员数字化人体模型，其特征在于：所述的颈关节、肩关节、肘关节、腕关节、髋关节、膝关节和踝关节在侧视、俯视和正视三个方向上的运动幅度如下表所示：
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