基于仿真和肌电实验的数控机床人机学指标研究
发布时间：2020-05-29 20:39
【摘要】：国产数控机床加工质量方面已经逐步达到国际先进水平,但其在人机性能方面与国外部分机床相比仍有些不足。本文从数控机床人机学设计、人机学评价和人机学指标研究方法入手,结合数控机床人-机-环指标体系,根据指标特点对指标分类并给出相应的指标研究方法和评价模型。其中,数控机床人-机指标中的安全性、宜人性所包含的大部分指标以及机-环指标均可通过问卷调查、专家评判以及理论分析方法进行研究,并且在项目研究报告中已经有比较完整详细的阐述。因此,本文重点阐述采用Jack仿真软件和表面肌电(surface electromyography,sEMG)设备对数控机床的可视性、可达性、操作舒适性、操作力和疲劳损伤防护等人机学指标的研究,为数控机床的人机学设计、评价和优化提供技术支撑。具体内容包括:(1)参考国内外数控机床人机学指标体系和相关人机学标准,将数控机床人机学指标分类。参阅国内外文献中关于人机学指标研究方法的阐述,总结归纳为问卷调查、专家评判、人机学分析(理论分析、仿真和实验)等方法。根据指标评判的具体内容和人机学指标要求选择合适的研究方法,并基于上述研究给出数控机床人机学各项指标的评价模型。(2)结合数控机床三维模型,选择使用人机学仿真软件Jack进行仿真分析。掌握仿真软件的生物学机理、相关算法、参数设置、姿势调节等仿真要点,对数控机床的可视性(显示屏、报警灯、观察窗、安全标识)、可达性(控制面板、工件装拆、门开/关、窗启/闭、主轴、刀库)、易操作性(姿势合理、操作省力)相关指标进行了分析。通过项目涉及到机床的实例分析对指标进行评价,分析人机学评价结果并找出导致人因不足的原因,为人机学优化提供支持。(3)设计数控机床操作实验,采集表征人体神经和肌肉功能状态的sEMG信号,使用实验方法研究操作力(工件装拆、门开/关)和累积性疲劳损伤(工件装拆、控制面板操作)等相关指标。记录人在操作机床时肌肉活动sEMG信号,并采用常见的时域、频域及JASA等数据处理方法解析sEMG信号。以斜方肌、肱二头肌和竖脊肌为例,记录并分析操作过程中的肌肉活动电信号,直观评价操作力和累计疲劳损伤指标,进而预防可能产生的职业疾病。本文总结和归纳数控机床人机学指标的研究方法,并根据指标研究方法和人机学要求提出单个指标的评价模型,有助于增强人机学评价的客观性。同时也为数控机床部分人机学指标取值提供新方法,进而使其最大程度地适应人的生理和心理特征,使用户在使用中感受到亲近舒适,进而激发工作热情,提高工作效率。
【图文】：
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本文编号：2687468
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