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【6h】

基于人体手部动作的挖掘机操作手柄设计研究

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目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 存在的问题

1.5 本文主要研究内容

1.6 本章小结

2 人手的运动规律及操作力

2.1 引言

2.2 人手的解剖结构

2.3 人手的运动规律

2.4 手部动作

2.5 本章小结

3 挖掘机操作手柄测量与三维模型

3.1 引言

3.2 挖掘机操作手柄概述

3.3 挖掘机操作手柄测量

3.4 挖掘机操作手柄的材料及色彩

3.5 操作手柄三维数据的获取

3.6 挖掘机操作手柄的设计、评价标准

3.7 本章小结

4 挖掘机操作手柄抓握实验

4.1 引言

4.2 实验前期准备

4.3 实验过程

4.4 实验结果处理及分析

4.5 本章小结

5 挖掘机操作手柄改良设计实践

5.1 引言

5.2 操作手柄造型设计

5.3 操作手柄材料选择

5.4 操作手柄的环境匹配设计

5.5 操作手柄尺寸及位置设计

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 研究展望

参考文献

附录 关于挖掘机的调查问卷

致谢

攻读硕士学位期间取得的学术成果和获奖情况

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摘要

在挖掘机操控任务中,操作手柄是一个重要的人机交互界面,直接影响使用者的操作行为,不合理的手柄设计不但会影响驾驶员操作的便利性,而且会降低工作效率。为优化挖掘机手柄的造型设计,增强手柄材料的宜人性以及环境的匹配性,提高挖掘机手柄的易用性和驾驶员的操作舒适性,在对手部结构、动作以及操作手柄的研究基础上,提出了两种新的手柄设计方案。
  首先通过对人体手部解剖结构、动作的研究分析,总结人体手部的关节运动特点和规律,建立手部运动学模型,得出坐姿状态手掌及手指的最佳施力范围和挖掘机操作过程中舒适的抓握姿势。其次,运用3D扫描系统、三维数据处理方法、NURBS建模法获取现有产品的三维模型,同时利用手部抓握实验,进一步分析正常驾驶状态下的手部动作特征,并得出自然抓握姿势下的手柄外部轮廓特征和手与手柄的接触痕迹。最后,根据抓握实验的轮廓分析与接触痕迹的分析结果,结合头脑风暴法提出两种手柄造型设计方案,在运用有限元法论证其造型合理的基础上,分析现有挖掘机手柄的材质及工作环境,提出将重革材料运用于手柄、座椅的设计中,并根据工程机械的色彩设计特点进行了手柄的环境匹配设计,同时针对手柄位置调节的局限性,提出一种新的手柄位置调节方式。

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