基于人机工程的拖拉机驾驶室座椅舒适度评价研究

发布时间：2020-11-15 11:24

　　 随着我国农业的快速发展,农业机械化水平的不断提高,拖拉机在人们日常的生产生活中扮演着越来越重要的角色。但是由于拖拉机作业环境恶劣,驾驶员在驾驶过程中极易感到疲劳,因此为了保护驾驶员的身体健康,提高工作效率,准确合理的评价拖拉机的座椅舒适度具有重要意义。针对如何准确地描述和评价驾驶室座椅的舒适度,本文提出一种拖拉机驾驶室座椅舒适度评价方法,以此来评估驾驶员在作业过程中的舒适程度,有助于设计人员根据评估结果改进座椅设计,简化设计流程,使拖拉机座椅既满足功能需求,又能带来足够的舒适性。本文的主要研究内容如下:(1)通过介绍国内外座椅舒适度研究及评价方法现状,总结了国内外研究成果,明确了座椅舒适度评价目前存在的瓶颈问题;针对目前汽车及办公座椅研究较多,但缺乏拖拉机驾驶室舒适度相关研究的问题,本文提出了一种拖拉机驾驶室座椅舒适度的评价方法。(2)根据人机工程学理论分析驾驶员的舒适度,提出了座椅舒适性与不舒适性的模型;通过分析座椅舒适度与人体各部位之间关系,确定了主要研究部位以及评价指标,为进一步研究座椅舒适度的评价方法提供理论基础。(3)介绍了Kinect平台的结构以及成像原理,阐述了Kinect深度图像的获取过程,对Kinect获取图像的坐标转换、深度图像到RGB图像的配准以及深度图像的处理进行了研究分析并得到相应图像,实现了对人体骨骼的识别与提取,为人体驾驶动作捕捉实验的设计与实现提供了技术支持。(4)针对两款不同型号的拖拉机驾驶室座椅,通过Kinect骨骼跟踪技术对被选取测试者进行了动作捕捉实验,对选取骨骼关节点的三维坐标数据进行计算得到人体关节角度,建立人体模型后利用Jack软件进行关节力矩、下背部受力、舒适度以及RULA仿真分析,得到不同型号的拖拉机座椅舒适度有明显差别。(5)利用层次分析法相关理论构建评价模型,建立评价矩阵计算出各个指标的权重,并根据指标的权重计算出总体评价指标数值,以此来综合评价两种驾驶室座椅的舒适度,得到B型号拖拉机座椅的舒适度高于A型号拖拉机座椅,和仿真结果一致,证明了评价方法的可行性。
【学位单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：S219
【部分图文】：

行了调查，从而在人机工程学的基础上提出了一种根据下腰痛来评价坐姿舒适度的方法（OLANREWAJUOetal.，2007）。BASRIB等人通过研究发现，人体在不同的坐姿状态下，腰背部肌肉和骨骼系统受力情况不尽相同，从而会进一步影响到人体对座椅舒适度的评价（BASRIBetal.，2014）。MARIAB.Sancheza等人采用视频记录法对坐姿下的头和躯干进行了数值测量，并利用摄像机和3D动作捕捉头记录被试验者在动态和静态试验中的数据，在分析数据的基础上得出了一种分析坐姿的方法，该方法主要依赖于视频内容（MARIAB.Sanchezaetal.，2017）。图1-2不同座椅状态下的体压分布图Fig.1-2Distributiondiagramofbodypressureunderdifferentseatstates韩国的一所大学对韩国人的最佳坐姿进行了研究，提出了一套由座椅、电动机、控3

山东农业大学硕士学位论文布图，从而了解不同坐姿对人体各种变量的影响，进一步了解不同坐姿对座椅各项压力指标的影响情况，并根据实验结果保障座椅设计舒适性的有效提升，虽然这一研究结果与之前的学者研究结果不尽一致，但也有一定的科学性（金倩如等，2019）。图1-3驾驶室整体流场仿真图Fig.1-3Theoverallflowfieldsimulationdiagramofcab1.2.3座椅舒适度研究现状座椅的舒适性是汽车个性化设计中非常重要的一个方面，也是保证汽车安全性的一部分。所以设计合理的座椅，保障驾驶员的安全舒适，操作方便以及不易疲劳是十分有必要的。Lee等人在对某工作用椅进行设计时，保证坐垫在后倾状态下，用肌电法(EMG)测量被测人员在不同靠背角下的腰背肌肉舒张力，从而获取合适的靠背角。Margarita和Vergara等人提出了在坐姿状态中的骨盆倾斜和久坐不改变姿势是坐姿不适感加剧的主要原因（Margaritaetal.，2002）。MehtaC.R.和Tewari提出了一种根据生物力学来进行座椅舒适性设计的基本模式，如图1-4所示。他们认为，座椅设计标准应该建立在生物力学(包括人体工程学、医学、生理学、心理学)的基础上，运用科学的评价方法来获得，才能达到理想的舒适性座椅的设计（MehtaC.R.etal.，2000）。人机工程学医学生理学心理学科学评价设计准则座椅设计图1-4生物力学应用于座椅舒适度设计模式Fig.1-4Biomechanicsappliedtoseatcomfortdesignmode5

山东农业大学硕士学位论文座椅不舒适性（劳累、酸疼等）座椅舒适性（愉悦、高效率等）身体情况反应内在状态外在因素期望情绪物理特性物理环境任务性质物理环境任务性质心理因素物理特性美学设计人椅交互图2-3座椅舒适性与不舒适性的理论模型Fig.2-3Theoreticalmodelofseatcomfortanddiscomfort2.2.3座椅舒适度与人体的关系不舒适的拖拉机座椅设计很容易就会影响到驾乘人员的身体健康，如低背痛等职业病的主要原因之一就是长期处于坐姿工作状态，而拖拉机在使用过程中正是要求驾驶员长时间保持一种驾驶姿态。并且有大量的调研结果显示，由于驾驶员所处的工作环境的特殊性，即长期保持坐姿工作状态，所以从事驾驶工作的人群更容易患有低背疼痛等职业病，并且发病的概率明显高于非驾驶的人群。图2-4驾驶员驾驶过程中坐姿受力简图Fig.2-4Schematicdiagramofthedriver"ssittingpositionduringdriving11
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本文编号：2884707