專(zhuān)利名稱(chēng)：：有壓反求設(shè)計(jì)方法有壓反求設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及人機(jī)工程學(xué)
技術(shù)領(lǐng)域：
，確切地說(shuō)，是一種有壓反求設(shè)計(jì)方法，它是將反求設(shè)計(jì)的方法用于研究人體在壓力負(fù)荷下的舒適度，并設(shè)計(jì)出與人體力學(xué)相符合的手持類(lèi)工具，可應(yīng)用于工具、運(yùn)動(dòng)器材等各類(lèi)握柄有一定壓力負(fù)荷的、與人體密切接觸的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
：在手持類(lèi)工具，如小刀、錘子、起子、刨子，以及電動(dòng)工具的使用過(guò)程中，有時(shí)會(huì)因?yàn)楣ぞ咴谠O(shè)計(jì)上的缺陷或過(guò)度使用導(dǎo)致使用者的急性外傷或亞急性/慢性外傷，受傷的部位主要集中于手掌、手腕和前臂，而手是人的重要肢體，其最敏感的部位就是手掌和手腕，因此，改善手持類(lèi)工具和電動(dòng)工具在使用時(shí)的舒適度、使之與人體力學(xué)相符合，在勞動(dòng)保護(hù)意義上非常重要。這種改善主要是針對(duì)工具的手柄及其表面曲面形狀來(lái)進(jìn)行的，使人手與之接觸有舒適感。根據(jù)工作環(huán)境的調(diào)査和實(shí)驗(yàn)?zāi)行怨ぷ鲿r(shí)手掌和手腕正常的壓強(qiáng)承受力約為700kpa，女性約為500kpa，而實(shí)際上，工作的壓強(qiáng)常常超過(guò)這個(gè)值，因此，必須對(duì)工具進(jìn)行改善。在工具手柄的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量增大手的抓握面積，使壓力分散，減小壓強(qiáng)峰值，手柄抓握的表面應(yīng)盡量做到可壓縮、無(wú)靜電、光滑?；谝陨鲜殖止ぞ呤直奶匦?，人們常用有壓反求實(shí)驗(yàn)來(lái)改善工具的設(shè)計(jì)。但是目前，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，反求工程主要集中于對(duì)現(xiàn)有曲面的重構(gòu)，未涉及對(duì)人體體表特性的研究，而且目前的反求工程，無(wú)論采用接觸式還是非接觸式，都不涉及對(duì)壓力下的人體表面特性的研究。在產(chǎn)品使用時(shí)的壓力與舒適度關(guān)系的研究上目前還缺少直接有效的方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種有壓反求設(shè)計(jì)方法，以此來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品與人體接觸部分的表面形狀，并將其與使用者的意見(jiàn)反饋相結(jié)合，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供科學(xué)的量化依據(jù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種有壓反求設(shè)計(jì)方法，其特征是，其步驟為(1)依照目標(biāo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，模擬人體在使用目標(biāo)產(chǎn)品時(shí)所受到的壓強(qiáng)，采用油泥制備形狀與目標(biāo)產(chǎn)品相似的油泥模型，用給定大小和方向的力和力矩模擬目標(biāo)產(chǎn)品在工作時(shí)的負(fù)載。(2)在3545'C的油泥溫度下，使操作者的手與目標(biāo)產(chǎn)品油泥模型的握柄相互擠壓，獲得受壓后的油泥模型；經(jīng)平滑處理得到目標(biāo)產(chǎn)品握柄的表面曲面，然后對(duì)油泥的表面曲面進(jìn)行反求，獲得與人體接觸特性好的握柄表面曲面的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。(3)按獲得的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)制造目標(biāo)產(chǎn)品的試用品，對(duì)試用者使用的信息進(jìn)行反饋，并根據(jù)綜合的反饋信息對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品握柄的表面曲面進(jìn)行調(diào)整。(4)根據(jù)調(diào)整后的目標(biāo)產(chǎn)品握柄的表面曲面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完成對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。所述油泥模型的制備，其步驟為(1)計(jì)算目標(biāo)產(chǎn)品的全重和重心的位置，準(zhǔn)備好形狀與目標(biāo)產(chǎn)品握柄接近的油泥模型，盡量減少對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品重心的影響，必要時(shí)襯以金屬支撐架。(2)把調(diào)溫后的油泥附著在金屬支撐架上制成目標(biāo)產(chǎn)品模型，以模擬目標(biāo)產(chǎn)品在工作時(shí)的負(fù)載——包括所受力、力矩和振動(dòng)帶來(lái)的負(fù)載。所述的油泥由石蠟、凡士林、滑石粉、硬脂酸等材料合成，其組分的重量百分比為-凡士林28.3%，石蠟35%，滑石粉35%,硬脂酸1.7%所述油泥的溫度為37'C。所述操作者的手與目標(biāo)產(chǎn)品油泥模型握柄的相互擠壓可在不同的油泥溫度下重復(fù)進(jìn)行。本發(fā)明有壓反求設(shè)計(jì)方法的積極效果是解決了人體局部在與產(chǎn)品接觸下的形狀是難以模擬和精確測(cè)量的難題，利用在高溫下趨于流體、在低溫下凝為固體的油泥進(jìn)行模擬利用調(diào)溫的方式控制油泥硬度，再利用硬度合適的油泥與人體互壓，得到目標(biāo)產(chǎn)品握柄的相應(yīng)曲面，最后對(duì)互壓后的油泥進(jìn)行反求，測(cè)量工作狀態(tài)下人體體表的負(fù)載，結(jié)合問(wèn)巻和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，為設(shè)計(jì)目標(biāo)產(chǎn)品提供可量化計(jì)算的依據(jù)。本發(fā)明適用于包括手(電)動(dòng)工具握炳、靠墊、坐墊、健身器材上與人體貼和的部分、以及矯正器等大多數(shù)與人體有壓力接觸的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步研究人體在壓力負(fù)荷下的舒適度提供了一條捷徑。附圖l有壓反求設(shè)計(jì)程序流程框附圖2為油泥模型示意附圖3為生物動(dòng)力坐標(biāo)系示意附圖4為手掌接觸部位壓力狀況展開(kāi)示意附圖5為壓重球體在不同溫度的油泥表面形成壓痕的關(guān)系坐標(biāo)圖。具體實(shí)施方式以下提供本發(fā)明有壓反求設(shè)計(jì)方法的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明不限于以下實(shí)施方案。參見(jiàn)附圖1。本發(fā)明有壓反求設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵是獲得目標(biāo)產(chǎn)品與人體接觸特性好的握柄表面曲面，并進(jìn)行反求，其步驟如下-(1)依照目標(biāo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，模擬人體在使用目標(biāo)產(chǎn)品時(shí)所受到的壓強(qiáng)，采用溫度適合的油泥制備形狀與目標(biāo)產(chǎn)品相似的油泥模型——將溫度調(diào)節(jié)好的油泥附著在金屬支架上，制成目標(biāo)產(chǎn)品的模型，用給定大小和方向的力和力矩模擬目標(biāo)產(chǎn)品在工作時(shí)的負(fù)載，主要是所受力、力矩和振動(dòng)帶來(lái)的負(fù)載。(2)在3545t:的溫度范圍內(nèi)(為保證油泥硬度而給定的溫度)，被測(cè)者采用標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)操作目標(biāo)產(chǎn)品模型，操作者的手與目標(biāo)產(chǎn)品油泥模型的握柄相互擠壓，獲得受壓后的油泥模型；再經(jīng)過(guò)平滑處理得到目標(biāo)產(chǎn)品握柄的表面曲面——該表面曲面形態(tài)完全由人體受壓所致，然后對(duì)油泥模型握柄的表面曲面進(jìn)行反求，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力下人體表面曲面特征的復(fù)制，獲得與人體接觸特性好的握柄表面曲面的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)?？筛淖冇湍鄿囟龋貜?fù)進(jìn)行握力試驗(yàn)，對(duì)不同溫度下獲得的受壓的油泥模型進(jìn)行反求，綜合反求的信息，獲得目標(biāo)產(chǎn)品握柄表面曲面設(shè)計(jì)的綜合數(shù)據(jù)。(3)按獲得的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)制造目標(biāo)產(chǎn)品的試用品進(jìn)行試用，對(duì)試用者使用的信息進(jìn)行反饋，用回歸分析的方法進(jìn)行驗(yàn)證，再根據(jù)綜合驗(yàn)證后的反饋信息對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品握柄的表面曲面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。(4)根據(jù)調(diào)整后的目標(biāo)產(chǎn)品握柄表面曲面的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完成對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。參見(jiàn)附圖2。油泥模型的制備是利用油泥在高溫下趨于流體、在低溫下凝為固體的特性，制作與原產(chǎn)品受壓部分形狀相近的油泥模型，并估算工具在使用中的實(shí)際受力范圍，把符合該范圍的，給定大小的模擬加載力施加在模型上，就可以模擬出需要反求的曲面，其步驟如下(1)計(jì)算目標(biāo)產(chǎn)品的全重和重心的位置準(zhǔn)備好形狀與目標(biāo)產(chǎn)品握柄接近的油泥模型——其中有握柄l、輔助把手2，盡量減少對(duì)其重心的影響，必要時(shí)內(nèi)襯鋼性材料制成的金屬支撐架3。(2)把調(diào)溫后的油泥4附著在金屬支撐架3上，制成目標(biāo)產(chǎn)品模型，以模擬目標(biāo)產(chǎn)品在工作時(shí)的負(fù)載包括所受力、力矩和振動(dòng)帶來(lái)的負(fù)載。參見(jiàn)附圖3。目標(biāo)產(chǎn)品握柄表面與人手位置相對(duì)應(yīng)的部分互壓，手掌各部位承受的壓力是不同的，此圖用來(lái)模擬人在使用不同電動(dòng)工具時(shí)受力情況的量化模擬結(jié)果，X、Y、Z用來(lái)表示方向上的力和力矩的大小。參見(jiàn)附圖4。在手掌接觸部位壓力狀況展開(kāi)示意圖中，手掌各部位承受的壓力是不同的，圖中深色部分代表油泥被人手壓陷較深的部位，也就是人手承壓較大的部位；淺色部分代表油泥被壓陷較輕的部位，即人手承壓較小的部位；顏色越淡，表示承壓越小。附圖5顯示了剛性壓重球體在不同溫度的油泥表面形成的壓痕半徑。由于本發(fā)明采用的是由油脂、填料、改性添加劑合成的油泥，為得到油泥硬度的直觀結(jié)果，可將半徑為40腿的剛性球體放在油泥的水平表面上，以2kg砝碼垂直壓在球上，在壓力相同，溫度不同的條件下觀察油泥上的壓痕當(dāng)油泥溫度低于35。C時(shí)，油泥很硬，壓痕?。划?dāng)油泥溫度高于45。C時(shí)，油泥變軟，剛性球體慢慢陷入油泥；而在3545'C范圍內(nèi)，油泥硬度與人體溫度接近線(xiàn)性關(guān)系，因此，3545。C之間的油泥硬度符合操作的要求，也不至于燙傷工作人員。較佳的油泥溫度為37'C，因?yàn)樵?7'C時(shí)，壓痕半徑約為15mm，較為合適，并且在進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)時(shí)人手與油泥的熱傳導(dǎo)現(xiàn)象很微弱，可減小試驗(yàn)的誤差。試用者反饋信息的進(jìn)行本發(fā)明中，目標(biāo)產(chǎn)品握柄的表面曲面與人體貼合到何種程度最舒適，需要通過(guò)對(duì)舒適度進(jìn)行量化的評(píng)價(jià)來(lái)得到，評(píng)價(jià)的流程為(1)準(zhǔn)備工作設(shè)計(jì)問(wèn)巻；選擇試用者，多為右撇子的年輕男性，操作前進(jìn)行15分鐘的訓(xùn)練與姿態(tài)糾正，以排除因使用技巧問(wèn)題而形成的差異。對(duì)左撇子或尺寸特異者需要進(jìn)行另外的專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。試用重復(fù)試用3次；試用者對(duì)問(wèn)巻中舒適度的各檔(0-l分的5級(jí)評(píng)分方法，也可使用正負(fù)7級(jí)評(píng)分方法)描述進(jìn)行打分，再利用加權(quán)因子對(duì)問(wèn)巻進(jìn)行加權(quán)計(jì)算;表17分制舒適度問(wèn)巻給分方式<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>(2)影響因素與描述詞手持工具舒適度的評(píng)價(jià)中，選擇描述詞的客觀指標(biāo)應(yīng)主要考慮①肌肉的活動(dòng)；②抓握力方向和抓握力大?。虎凼滞笞藨B(tài)。打分的可操作性可進(jìn)行以下方面的改進(jìn)①舒適性因素與不適性因素的來(lái)源和現(xiàn)象多數(shù)情況下不同，不適性的因素(如抽筋)通常不顯現(xiàn)，一旦顯現(xiàn)就成為決定性的因素。②描述詞應(yīng)明了易懂、界限清楚、互不包含、灘以更深入地細(xì)分。(3)產(chǎn)品舒適度的計(jì)算和對(duì)比由試用者針對(duì)各描述詞打分，再根據(jù)5級(jí)制權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。(4)結(jié)果分析(5)給出結(jié)論。權(quán)利要求1、一種有壓反求設(shè)計(jì)方法，其特征在于，其步驟為(1)依照目標(biāo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，模擬人體在使用目標(biāo)產(chǎn)品時(shí)所受到的壓強(qiáng)，采用油泥制備形狀與目標(biāo)產(chǎn)品相似的油泥模型，用給定大小和方向的力和力矩模擬目標(biāo)產(chǎn)品在工作時(shí)的負(fù)載。(2)在35～45℃的油泥溫度下，使操作者的手與目標(biāo)產(chǎn)品油泥模型的握柄相互擠壓，獲得受壓后的油泥模型；經(jīng)平滑處理得到目標(biāo)產(chǎn)品握柄的表面曲面，然后對(duì)油泥的表面曲面進(jìn)行反求，獲得與人體接觸特性好的握柄表面曲面的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。(3)按獲得的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)制造目標(biāo)產(chǎn)品的試用品，對(duì)試用者使用的信息進(jìn)行反饋，并根據(jù)綜合的反饋信息對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品握柄的表面曲面進(jìn)行調(diào)整。(4)根據(jù)調(diào)整后的目標(biāo)產(chǎn)品握柄的表面曲面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完成對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的有壓反求設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述油泥模型的制備，其步驟為(1)計(jì)算目標(biāo)產(chǎn)品的全重和重心的位置，準(zhǔn)備好形狀與目標(biāo)產(chǎn)品握柄接近的油泥模型，盡量減少對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品重心的影響，，必要時(shí)襯以金屬支撐架。(2)把調(diào)溫后的油泥附著在金屬支撐架上制成目標(biāo)產(chǎn)品模型，以模擬目標(biāo)產(chǎn)品在工作時(shí)的負(fù)載——包括所受力、力矩和振動(dòng)帶來(lái)的負(fù)載。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的有壓反求設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的油泥由石蠟、凡士林、滑石粉、硬脂酸等材料合成，其組分的重量百分比為凡士林28.3%，石蠟35%，滑石粉35%,硬脂酸1.7%。4、根據(jù)權(quán)利要求l、或2所述的有壓反求設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述油泥的溫度為37"。5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的有壓反求設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述操作者的手與目標(biāo)產(chǎn)品油泥模型握柄的相互擠壓可在不同的油泥溫度下重復(fù)進(jìn)行。全文摘要本發(fā)明一種有壓反求設(shè)計(jì)方法，其步驟為(1)依照目標(biāo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，制備油泥模型；(2)在35～45℃的油泥溫度下，使人手與油泥模型握柄相互擠壓，獲得受壓的油泥模型；經(jīng)平滑處理得到受壓模型的表面曲面，再進(jìn)行反求；(3)按獲得的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)制造試用品，對(duì)試用信息進(jìn)行反饋，并按反饋信息調(diào)整設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；(4)根據(jù)調(diào)整的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完成對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用硬度合適的油泥與人體互壓，得到目標(biāo)產(chǎn)品握柄的相應(yīng)曲面，再進(jìn)行反求，并結(jié)合問(wèn)卷和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，為設(shè)計(jì)目標(biāo)產(chǎn)品提供科學(xué)依據(jù)，它適用于包括手(電)動(dòng)工具握炳、靠墊、坐墊、健身器材上與人體貼和的部分、以及矯正器等大多數(shù)與人體有壓力接觸的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。文檔編號(hào)B25G1/10GK101543989SQ200810035338公開(kāi)日2009年9月30日申請(qǐng)日期2008年3月28日優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日發(fā)明者湯學(xué)華,琦王申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院