CN112158353B - 一种利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法，包括以下步骤：受试者坐在专用座椅工装上；通过扫描仪对受试者的各种坐姿的背部进行扫描，采集到受试者的多种背部曲面数据；将背部曲面数据导入系统；对多个背部曲面数据进行分析对比和处理，得到相应的弹射座椅靠背形面。本发明能较为准确地获得弹射座椅的靠背的形面，设计出的靠背的外形更能与人体的外形贴合，实现对不同飞行员的个性化靠背的定制设计。
Description
技术领域
本发明涉及航空座椅技术领域，具体涉及一种利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法。
背景技术
目前，公知的弹射座椅靠背的设计是由靠背的支撑件(碳纤维材质)，聚氨酯泡沫加外套构成靠背主体，在腰部增加一个小的腰靠垫构成。而由于弹射座椅的结构限制，导致靠背支撑往往很不理想，对于身高和胖瘦不同的飞行员，很难满足舒适性，以至于部队总反映不舒适。
另外，国外的弹射座椅普遍采用一种靠背形面的设计方式，但这种设计方式也无法满足大样本量飞行员的情况，传统的弹射座椅靠背的设计方法很难满足舒适的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法，能较为准确地获得弹射座椅的靠背的形面，设计出的靠背的外形更能与人体的外形贴合，实现对不同飞行员的个性化靠背的定制设计。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法，包括以下步骤：
1)受试者坐在专用座椅工装上；
2)通过扫描仪对受试者的各种坐姿的背部进行扫描，采集到受试者的多种背部曲面数据；
3)将背部曲面数据导入系统；
4)对多个背部曲面数据进行分析对比和处理，得到相应的弹射座椅靠背形面。
按照上述技术方案，扫描仪为非接触式的三维扫描仪。
按照上述技术方案，在所述的步骤2)中，各种坐姿包括直立坐姿状态、放松坐姿状态和弹射坐姿状态。
按照上述技术方案，在所述的步骤4)中，对背部曲面数据进行分析对比和处理的具体过程是：对背部曲面的各特殊点进行处理，进行三个方向的切面对比。
按照上述技术方案，各特殊点包括颈根外侧点、肩端点、腋窝后点、腰节点、腰点和髂棘点。
按照上述技术方案，对背部曲面的各特殊点进行处理是指将各特殊点进行相应的连接，形成颈根线、肩端线、肩胛胸椎线、腰节线、腰椎线、髂棘线、左肩端髂棘线、左肩胛背肌线、纵向中央线、右肩胛背肌线、右肩端髂棘线和所得截面曲线。
按照上述技术方案，专用座椅工装包括座垫、脚蹬、背部支撑板和头靠，脚蹬设置于座垫的下前方，背部支撑板设置于座垫的后端，头靠设置于背部支撑板的上端。
按照上述技术方案，扫描仪布置于专用座椅工装的后方，在所述的步骤2)中，当受试者通过专用座椅工装调整到相应坐姿后，拿掉专用座椅工装的背部支撑板，对受试者背部曲面进行扫描。
按照上述技术方案，通过步骤1)～4)采集多个受试者的各种坐姿的背部曲面数据，根据尺寸的大小将弹射座椅靠背形面划分成尺寸依次变化的型号，适用于不同百分位的飞行员的背部贴合。
按照上述技术方案，将弹射座椅靠背形面划分成大、中、小三种型号，选用聚氨酯泡沫作为靠背的材料。
本发明具有以下有益效果：
本发明方法能较为准确地获得弹射座椅的靠背的形面，设计出的靠背的外形更能与人体的外形贴合，同时对肋部也可达到有效地支撑，可以改变用一种设计适应全部的飞行员的现状，也可以利用该技术对不同飞行员进行个性化靠背的定制设计，具有真实、直观的创新性。
附图说明
图1是本发明实施例中直立坐姿状态下对受试者背部进行扫描的示意图；
图2是本发明实施例中放松坐姿状态下对受试者背部进行扫描的示意图；
图3是本发明实施例中弹射坐姿状态下对受试者背部进行扫描的示意图；
图中，1-头靠；2-背部支撑板；3-座垫；4-脚蹬；5-三维扫描仪；6-受试者；α-背靠角。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图3所示，本发明提供的一个实施例中的利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法，包括以下步骤：
1)受试者6坐在专用座椅工装上；
2)通过扫描仪对受试者6的各种坐姿的背部进行扫描，采集到受试者6的多种背部曲面数据；
3)将背部曲面数据导入系统的三维设计软件中；
4)对多个背部曲面数据进行分析对比和处理，得到相应的弹射座椅靠背形面。
进一步地，扫描仪为非接触式的三维扫描仪5。
进一步地，在所述的步骤2)中，各种坐姿包括直立坐姿状态、放松坐姿状态和弹射坐姿状态。
进一步地，直立坐姿状态是保证设计眼位的状态，放松坐姿状态是受试者6身体放松时的坐姿状态，弹射坐姿状态是受试者6贴紧头靠1和靠背的坐姿状态。
进一步地，在所述的步骤4)中，对背部曲面数据进行分析对比和处理的具体过程是：对背部曲面的各特殊点进行处理，进行三个方向的切面对比。
进一步地，各特殊点包括颈根外侧点、肩端点、腋窝后点、腰节点、腰点和髂棘点。
进一步地，对背部曲面的各特殊点进行处理是指将各特殊点进行相应的连接，形成颈根线、肩端线、肩胛胸椎线、腰节线、腰椎线、髂棘线、左肩端髂棘线、左肩胛背肌线、纵向中央线、右肩胛背肌线、右肩端髂棘线和所得截面曲线。
进一步地，背部曲面处理的方法，参考GJB4856-2003中歼/强击机飞行员推荐项目测量数据，选取人体背部国军标特征点，如颈根外侧点、肩端点、腋窝后点、腰节点、腰点、髂棘点等，将背部划分相应曲线，按横向划分从上向下为：颈根线、肩端线、肩胛胸椎线、腰节线、腰椎线和髂棘线，按纵向划分从左向右为：左肩端髂棘线、左肩胛背肌线、纵向中央线、右肩胛背肌线、右肩端髂棘线，所得截面曲线。
进一步地，专用座椅工装包括座垫3、脚蹬4、背部支撑板2和头靠1，脚蹬4设置于座垫3的下前方，背部支撑板2设置于座垫3的后端，头靠1设置于背部支撑板2的上端。
进一步地，背部支撑板2上还布置有腰托。
进一步地，扫描仪布置于专用座椅工装的后方，在所述的步骤2)中，当受试者6通过专用座椅工装调整到相应坐姿后，拿掉专用座椅工装的背部支撑板2，对受试者6背部曲面进行扫描。
进一步地，通过步骤1)～4)采集多个受试者6的各种坐姿的背部曲面数据，根据尺寸的大小将弹射座椅靠背形面划分成尺寸依次变化的型号，适用于不同百分位的飞行员的背部贴合。
进一步地，将弹射座椅靠背形面划分成大、中、小三种型号，选用聚氨酯泡沫作为靠背的材料。
进一步地，背部支撑板与竖直方向的夹角为背靠角α，背靠角α为背切线与底切线垂线的夹角。
以往的研究没有考虑过弹射姿态的人体背部形态，本发明可以有效的获取飞行员的背部的外形，并分为驾驶状态和弹射姿态，可以对飞行员在使用座椅时背部的空间状态有全面的了解。在大量的数据基础上，基于人体的尺寸符合正态分布的原理，将获取的背部外形数据进行对比和处理，由背部曲面得到靠背的外形设计的设计方法。
本发明的工作原理：首先，对受试者6进行身体背部参数测量。采用非接触式的三维扫描仪5，在专用的座椅工装上对受试者6背部曲面进行扫描。同一个人可以扫描的姿态包括直立坐姿状态(保证设计眼位的状态)、放松坐姿状态(受试者6身体放松)、弹射坐姿状态(受试者6贴紧头靠和靠背)。
其次，对每个人的测量数据进行分析整理。扫描得到的文件是点云数据，将点云数据输入三维软件进行处理得到曲面文件，得到包括腰椎4、5椎支撑部位，胸椎的5、6椎支撑部位，两肩端点，两腰节点，两肋部尺寸等。扫描的好处是可以直接获得连续的形面，并对形面进行三个方向的取截面，获得人体背部不同位置的截面曲线。截面曲线数据可用于设计参考，得到飞行员乘坐弹射座椅时腰部的支撑高度、肩部的支撑位置等重要设计参数。
因为不同的坐姿会导致背部的曲面有所不同，必须针对不同的姿态来研究。过去没有人通过弹射状态的背部外形特征来设计靠背型面，这也是本发明的另一个特点。通过真人扫描取得大量样本，人体背部数据的来源更为准确和真实，并考虑到弹射状态，覆盖的飞行员的姿态范围大大增加。
最后，在前两步的基础上对个别特殊部位进处理。腰部增加可以调整的装置，如增加腰托；靠背外形尺寸设计为对于上、中、下位乘员的衔接；兼顾选用的聚氨酯泡沫的压缩特性设计出舒适性优良的靠背。
本发明的工作过程：如图1和图2所示，首先受试者6坐在专用工装上，脚放置在脚蹬4上，臀部在座垫3上。操作者持三维扫描仪5对常规坐姿的受试者6的背部进行扫描，此时不需要工装的头靠1。常规坐姿分为直立坐姿状态和放松坐姿状态，分别代表的是对准设计眼位和放松飞行时的状态。
如图3所示，把工装的头靠1按要求放在指定的位置，根据受试者6的坐高调节背部支撑板2的高度，受试者6带头盔靠紧工装后，将模拟背切线的背部支撑板2拿掉，操作者持三维扫描仪5对受试者6的背部进行扫描。该状态模拟的是弹射状态飞行员靠紧座椅的坐姿，扫描得到背部曲面。目的是在靠背的设计上兼顾弹射时对腰部的支撑。
扫描后的数据导入三维设计软件，对曲面进行研究处理，提取曲面作为设计靠背的基础数据。对特殊点进行特殊的处理，可以进行三个方向的切面对比。分析如何分号型来解决不同百分位的飞行员的背部贴合问题。需要对聚氨酯泡沫的压缩特性有一定的了解。
背部曲面处理的方法，参考GJB4856-2003中歼/强击机飞行员推荐项目测量数据，选取人体背部国军标特征点，如颈根外侧点、肩端点、腋窝后点、腰节点、腰点、髂棘点等，将背部划分相应曲线，按横向划分从上向下为：颈根线、肩端线、肩胛胸椎线、腰节线、腰椎线和髂棘线，按纵向划分从左向右为：左肩端髂棘线、左肩胛背肌线、纵向中央线、右肩胛背肌线、右肩端髂棘线，所得截面曲线。
也可因需要增加别的坐姿姿态的背部曲面的扫描，如靠紧座椅，头部不靠紧头靠的姿态等。最后进行不同型号的靠背的设计，进行试验测试和评估。可以考虑个性化考虑定制，或者可以考虑分大、中、小号型。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)受试者坐在专用座椅工装上；
2)通过扫描仪对受试者的各种坐姿的背部进行扫描，采集到受试者的多种背部曲面数据；
3)将背部曲面数据导入系统；
4)对多个背部曲面数据进行分析对比和处理，得到相应的弹射座椅靠背形面。
2.根据权利要求1所述的利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法，其特征在于，扫描仪为非接触式的三维扫描仪。
3.根据权利要求1所述的利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法，其特征在于，在所述的步骤2)中，各种坐姿包括直立坐姿状态、放松坐姿状态和弹射坐姿状态。
4.根据权利要求1所述的利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法，其特征在于，在所述的步骤4)中，对背部曲面数据进行分析对比和处理的具体过程是：对背部曲面的各特殊点进行处理，进行三个方向的切面对比。
5.根据权利要求4所述的利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法，其特征在于，各特殊点包括颈根外侧点、肩端点、腋窝后点、腰节点、腰点和髂棘点。
6.根据权利要求4所述的利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法，其特征在于，对背部曲面的各特殊点进行处理是指将各特殊点进行相应的连接，形成颈根线、肩端线、肩胛胸椎线、腰节线、腰椎线、髂棘线、左肩端髂棘线、左肩胛背肌线、纵向中央线、右肩胛背肌线、右肩端髂棘线和所得截面曲线。
7.根据权利要求1所述的利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法，其特征在于，专用座椅工装包括座垫、脚蹬、背部支撑板和头靠，脚蹬设置于座垫的下前方，背部支撑板设置于座垫的后端，头靠设置于背部支撑板的上端。
8.根据权利要求7所述的利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法，其特征在于，扫描仪布置于专用座椅工装的后方，在所述的步骤2)中，当受试者通过专用座椅工装调整到相应坐姿后，拿掉专用座椅工装的背部支撑板，对受试者背部曲面进行扫描。
9.根据权利要求1所述的利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法，其特征在于，通过步骤1)～4)采集多个受试者的各种坐姿的背部曲面数据，根据尺寸的大小将弹射座椅靠背形面划分成尺寸依次变化的型号，适用于不同百分位的飞行员的背部贴合。
10.根据权利要求9所述的利用三维扫描仪研究弹射座椅靠背形面设计的方法，其特征在于，将弹射座椅靠背形面划分成大、中、小三种型号，选用聚氨酯泡沫作为靠背的材料。
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