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仿真人体模型是在形态、结构和对外部环境反应等方面都与人体高度仿真的智能化的“人体模型”。它在现代科学领域中起着重要的作用:是人一机一环境系统相互联系的“桥梁”;是各种物质波作用的“稳定受体”;是危险场所进行人体模拟的“实验工具”;是具有传感、自适应、自调节、损伤程度自我评价的“智能测量仪器”。
目前,世界各国对仿真人体模型的应用越来越广泛,仿真人体模型的研究也从单一的几何形态仿生发展为形态结构功能等各方面的高度仿生。但是,就目前研究现状而言,仿真人体模型的设计仍然存在一些缺陷:首先,国际上所通用的仿真人体模型是根据欧美的人体尺寸所设计,无法完全适用于我国的各种实验。因此,必须研制具有中国人体特征和独立知识产权的仿真人体模型;其次,仿真人体模型的设计欠缺人性化。其具体表现为:研制周期长,尤其是仿真人体模型的设计尺寸采集复杂、缓慢;生产未能实现批量生产和数字化生产,产品供不应求等等。
为了提高我国仿真人体模型的人性化设计,本论文运用人机工程学理论,分析了仿真人体模型人性化设计的内容。内容主要包括产品自身的人性化设计、设计过程的人性化设计以及生产过程的人性化设计三个部分。同时借助人体参数基础理论,提出了具有我国人体特征的人体参数模型,并将其应用于仿真人体模型的人性化设计中,力图提高仿真人体模型的人性化设计水平:运用人体的外形参数模型、运动力学参数模型、组织等效参数模型能够更好地实现仿真人体模型的产品自身人性化设计;运用人体数字化参数模型能够更好的实现仿真人体模型的设计和生产过程的人性化设计。
在研究人体参数模型在仿真人体模型人性化设计中的应用时,重点阐述了人体数字化参数模型在设计过程的人性化设计中的应用,其主要方法和步骤如下:
(1)对人体参数测量数据进行相关分析和回归分析。通过研究人体各环节主要参数尺寸与人体身高和体重两个基本尺寸的相关关系,并对其进行回归分析,建立以身高和体重为自变量,人体各环节主要参数尺寸为因变量的回归方程,并进行检验。
(2)建立人体各环节主要参数尺寸的查询系统。依据回归方程,采用VC++工具,开发了一个人体各环节主要参数尺寸的查询系统,方便仿真人体模型设计尺寸的查询和计算,从而大大缩短了设计周期。
(3)仿真人体模型的数字化设计。采用计算机辅助设计软件来实现数字化设计。利用计算机进行模拟、仿真、评价、分析和修改,增强了设计的可视化程度,降低了成本,并大大提高了设计的品质和效率。