CN117171869A - 一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，该方法包括：获取飞行员人体数据，并以飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型。基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以搭建飞行员驾驶环境。通过模拟飞行员在飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台。基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算，对仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。该方法可以根据不同需要，开展驾驶舱布局的静态舒适性设计与评价，兼顾人体模型的改变与座舱布局的调整，实现不同环境、不同参数的静态舒适性仿真布局计算与分析。
Description
技术领域
本发明涉及弹射救生技术领域，特别是涉及一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法。
背景技术
随着弹射座椅安全性的提高，舒适性的要求越来越高，弹射座椅静态舒适性是指弹射座椅与人体本身的匹配关系能否为人体提供舒适的坐姿，以及其能提供的舒适度，考虑的是人椅与座舱的舒适性，两者相结合以达到提高工效的目的。弹射座椅的舒适性主要是以人体测量数据和各部位舒适性要求为依据，优化设计座椅的结构尺寸、空间布局尺寸和表面形状，以保持人体舒适性坐姿，并避免与其他一起发生干涉。
目前，弹射座椅静态舒适性的设计与测评主要有三种：第一种是主观评价，主要是使用主观问卷调查的方式来直观地分析乘坐者对座椅静态舒适性的评价。第二种是采用坐姿分析、压力分布分析、肌电测量等维度建立综合舒适度评价模型。第三种是利用人体测量数据建立人体模型通过仿真进行静态舒适性的评价。弹射座椅静态舒适性研究的内容主要包括：座椅本身的结构尺寸，包括座高、座宽、座深、扶手的高度和宽度、背靠尺寸、座面倾角等。座椅在整个舱室布局中的位置尺寸，即座椅与驾驶杆、脚蹬、仪表显示装置的相对位置布局是否合理，操作过程是否方便准确，避免在舒适域甚至可达域之外。座椅背部曲线设计能否在腰部提供合理的支撑，以避免腰部悬空，维持正常人体背部骨骼弯曲曲线，从而保持人体的舒适性坐姿等。其中，舒适性评价就是在找出影响座椅舒适性因素的基础上，通过实验、建模等方法找出各影响因素间的关系以及对舒适性的影响程度，最后建立有效的舒适性评价指标体系。
然而，在上述现有的调整弹射座椅舒适性的方法中，主观评价法容易出现调查结果广而深度不够，同时设计问卷调查比较困难，很多时候需要了解用户的意图、动机和思维过程，而开放式的问题，回收质量、分析和统计等工作也会受影响，而且问卷的信度和效度控制需要更加丰富的经验。对于通过生物力学的方法，采用压力分析、肌电测量的生理评价模型，尽管已经建立了数学模型，在选择模型的参数时会比较困难，实际的数据采集中较难准确给定，实际操作时也往往是通过经验或测试给定。对于通过仿真软件评估的方法，较难对仿真参数做适应性调整，对输入量的要求界定还不够清晰明确。
综上所述，现有的弹射座椅舒适性调节的方式较难兼顾主客观数据以及模型参数的适应性调整，较难保证弹射座椅的静态舒适性。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，能够兼顾主客观数据以及模型参数的适应性调整，进而提高弹射座椅的静态舒适性。
本发明提供了一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，所述方法包括：
获取飞行员人体数据，并以所述飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型；
基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以搭建飞行员驾驶环境；
通过模拟飞行员在所述飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台；
基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算，对所述仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
进一步的，所述获取飞行员人体数据，并以所述飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型，包括：
获取国军标GJB4856-2003中飞行员的人体数据；
基于所述人体数据，通过Poser软件建立至少三个百分位标准三维人体模型。
进一步的，所述获取飞行员人体数据，并以所述飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型，还包括：
基于所述Poser软件提供的人体模型库以及所述飞行员人体数据，选取所述Poser软件中的标准人体模型作为操作对象；
通过CAD软件对所述操作对象进行测量和转换，以得到所述三维人体模型多个部位的尺寸；
基于所述飞行员人体数据，对所述三维人体模型多个部位的尺寸进行调节，以使所述三维人体模型的各个部位与所述飞行员人体数据相符。
进一步的，所述基于所述飞行员人体数据，对所述三维人体模型多个部位的尺寸进行调节，包括：
基于所述三维人体模型及其三维空间坐标系，对冠状轴方向与矢状轴方向以及垂直方向相邻部位进行尺寸干涉；
对所述三维人体模型的各个部位的尺寸进行迭代修正，以得到与所述飞行员人体数据相符的所述三维人体模型。
进一步的，所述基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以搭建飞行员驾驶环境，包括：
通过所述三维设计软件建立弹射座椅三维模型，并调节椅盆位置，以确定飞行员的坐姿眼位；
调节完所述椅盆位置后，将所述弹射座椅三维模型转换为3DS格式并导入所述Poser软件中；
以所述弹射座椅的参考点为基准，通过坐标转换关系确定所述座舱操纵机构的位置，并创建操纵机构三维模型。
进一步的，所述通过模拟飞行员在所述飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台，包括：
将所述操纵机构三维模型与调节好的三维人体模型以及弹射座椅三维模型置于虚拟地面上作为参考点，并令所述操纵机构三维模型处于中立位置；
调节所述三维人体模型的姿态，并以所述弹射座椅三维模型中立参考点为基准调整为模拟飞行员操纵飞机的姿态，建立所述弹射座椅仿真平台。
进一步的，所述基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算，对所述仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局，包括：
对所述弹射座椅仿真平台进行模拟，以测得所述三维人体模型的关节角度变化值；
判断所述关节角度变化值是否位于所述人体舒适准则中的人体舒适性角度范围内；若是，则
获取所述符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
本发明还提供了一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算***，所述***包括：
人体模型建立模块，用于获取飞行员人体数据，并以所述飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型；
***模型建立模块，用于基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以搭建飞行员驾驶环境；
仿真平台建立模块，用于通过模拟飞行员在所述飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台；
位姿计算模块，用于基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算，对所述仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法。
本发明还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过获取飞行员的人体数据，并以飞行员人体参数为数据样本建立相应的三维人体模型，并基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以完成飞行员驾驶环境的搭建。随后，通过模拟飞行员在飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台。最后，基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算对仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。因此，本发明可以根据不同需要，开展驾驶舱布局的静态舒适性设计与评价，兼顾人体模型的改变与座舱布局的调整，实现不同环境、不同参数的静态舒适性仿真布局计算与分析，整合了现有任务分析方法的优点，弥补不足，可以完成不同场景的弹射座椅静态舒适性布局设计，同时能够对研制前期的座舱布局进行仿真评估，减少研制后期不必要的返工，提高人机工效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法流程示意图之一；
图2为本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法流程示意图之二；
图3为本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法流程示意图之三；
图4为本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法流程示意图之四；
图5为本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法流程示意图之五；
图6为本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法流程示意图之六；
图7为本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法流程示意图之七；
图8为本发明提供的具体实施例中的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法的三维人体模型示意图；
图9为本发明提供的具体实施例中的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法的仿真平台构建示意图；
图10为本发明提供的具体实施例中的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法的坐姿舒适性角度范围示意图；
图11为本发明提供的具体实施例中的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法的巡航眼位与弹射座椅参考点的横向距离-纵向距离变换示意图；
图12为本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算***的结构示意图；
图13为本发明提供的计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图13描述本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法。
如图1所示，在一个实施例中，一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，包括以下步骤：
步骤S110，获取飞行员人体数据，并以飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型。
具体的，服务器获取飞行员的人体数据，并以飞行员人体数据作为样本数据建立相应的三维人体模型。
其中，人体数据为飞行员的身高、体重、骨骼、肌肉等身体参数，以使建立的三维人体模型符合飞行员的身体参数。
步骤S120，基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以搭建飞行员驾驶环境。
具体的，服务器基于飞机座舱的集合尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱中的操纵机构空间布局的***模型，以完成飞行员驾驶环境的搭建。
其中，***模型为弹射座椅三维模型以及操纵机构三维模型以及二者的空间布局共同构成的三维模型。
步骤S130，通过模拟飞行员在飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台。
具体的，服务器通过模拟飞行员在步骤S120中搭建的飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台。
步骤S140，基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算，对仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
具体的，服务器基于预设在***中的人体乘坐舒适准则和矩阵计算，对步骤S130中建立的弹射座椅仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
上述一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，通过获取飞行员的人体数据，并以飞行员人体参数为数据样本建立相应的三维人体模型，并基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以完成飞行员驾驶环境的搭建。随后，通过模拟飞行员在飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台。最后，基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算对仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。因此，该方法可以根据不同需要，开展驾驶舱布局的静态舒适性设计与评价，兼顾人体模型的改变与座舱布局的调整，实现不同环境、不同参数的静态舒适性仿真布局计算与分析，整合了现有任务分析方法的优点，弥补不足，可以完成不同场景的弹射座椅静态舒适性布局设计，同时能够对研制前期的座舱布局进行仿真评估，减少研制后期不必要的返工，提高人机工效。
如图2所示，在一个实施例中，本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，获取飞行员人体数据，并以飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型，具体包括以下步骤：
步骤S112，获取国军标GJB4856-2003中飞行员的人体数据。
步骤S114，基于人体数据，通过Poser软件建立至少三个百分位标准三维人体模型。
具体的，服务器基于步骤S112中得到的国军标GJB4856-2003中飞行员的人体数据，通过Poser软件建立至少三个百分位标准三维人体模型，例如第5、50和95百分位标准三维人体模型。
其中，Poser软件是一款使用广泛的专门用于人体建模的软件，提供了多种带有骨骼、肌肉等动力学模型的标准人体模型，相比于中国男性飞行员的三维人体模型，Poser中提供的模型在人体各部分比例上，有所区别，考虑东西方人的差别，不能按比例直接修改，借助其他3D软件如3DS Max等，测量出人体各主要部位的尺寸，再进行修改、调整。
如图3所示，在一个实施例中，本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，获取飞行员人体数据，并以飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型，具体还包括以下步骤：
步骤S111，基于Poser软件提供的人体模型库以及飞行员人体数据，选取Poser软件中的标准人体模型作为操作对象。
步骤S113，通过CAD软件对操作对象进行测量和转换，以得到三维人体模型多个部位的尺寸。
步骤S115，基于飞行员人体数据，对三维人体模型多个部位的尺寸进行调节，以使三维人体模型的各个部位与飞行员人体数据相符。
具体的，服务器基于飞行员人体数据对步骤S113中得到的三维人体模型的各个部位的尺寸进行尺寸调节，在尺寸调节的过程中需要考虑冠状轴方向与矢状轴方向以及垂直轴方向相邻部位的尺寸干涉，通过迭代修正，得到与国家军用标准中的男性飞行员人体尺寸相符的三维人体模型各个部位的尺寸。
如图4所示，在一个实施例中，本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，基于飞行员人体数据，对三维人体模型多个部位的尺寸进行调节，具体包括以下步骤：
步骤S1152，基于三维人体模型及其三维空间坐标系，对冠状轴方向与矢状轴方向以及垂直方向相邻部位进行尺寸干涉。
步骤S1154，对三维人体模型的各个部位的尺寸进行迭代修正，以得到与飞行员人体数据相符的三维人体模型。
具体的，服务器对三维人体模型的各个部位的尺寸进行迭代修正，进而得到与国家军用标准中的男性飞行员人体尺寸相符的三维人体模型。
如图5所示，在一个实施例中，本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以搭建飞行员驾驶环境，具体包括以下步骤：
步骤S122，通过三维设计软件建立弹射座椅三维模型，并调节椅盆位置，以确定飞行员的坐姿眼位。
具体的，通过三维设计软件建立弹射座椅三维模型，并调节弹射座椅三维模型的椅盆位置，来保证飞行员的坐姿眼位。
步骤S124，调节完椅盆位置后，将弹射座椅三维模型转换为3DS格式并导入Poser软件中。
具体的，调节完椅盆位置后，将弹射座椅三维模型转换为3DS格式并导入到Poser软件中。
步骤S126，以弹射座椅的参考点为基准，通过坐标转换关系确定座舱操纵机构的位置，并创建操纵机构三维模型。
需要说明的是，参考点为可以代表弹射座椅整体的点，表示将弹射座椅整体表征为一个点。
如图6所示，在一个实施例中，本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，通过模拟飞行员在飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台，具体包括以下步骤：
步骤S132，将操纵机构三维模型与调节好的三维人体模型以及弹射座椅三维模型置于虚拟地面上作为参考点，并令操纵机构三维模型处于中立位置。
步骤S134，调节三维人体模型的姿态，并以弹射座椅三维模型中立参考点为基准调整为模拟飞行员操纵飞机的姿态，建立弹射座椅仿真平台。
如图7所示，在一个实施例中，本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算，对仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局，具体包括以下步骤：
步骤S142，对弹射座椅仿真平台进行模拟，以测得三维人体模型的关节角度变化值。
步骤S144，判断关节角度变化值是否位于人体舒适准则中的人体舒适性角度范围内。
步骤S146，获取符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
具体的，当步骤S142中通过对弹射座椅仿真平台模拟后测得的三维人体模型的关节角度变化值位于***中预设的人体舒适性准则中的人体舒适性角度范围内时，则判定模拟中的三维人体模型符合人体舒适性准则，进而得到相应的符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
在具体的实施例中，本发明提供一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，参见图8所示，根据国军标GJB4856-2003中的中国男性飞行员人体数据，通过Poser软件建立我国男性飞行员第5、50和95百分位标准三维人体模型。其中，Poser软件是一款使用广泛的专门用于人体建模的软件，提供了多种带有骨骼、肌肉等动力学模型的标准人体模型，相比于中国男性飞行员的三维人体模型，Poser中提供的模型在人体各部分比例上，有所区别，考虑东西方人的差别，不能按比例直接修改，借助其他3D软件如3DS Max等，测量出人体各主要部位的尺寸，再进行修改、调整。
基于Poser软件提供的人体模型库，按照中国男性飞行员的人体尺寸数据，选取软件中的标准人体模型作为操作对象，通过CAD软件对其进行测量，转换，从而得到人体模型主要部位的尺寸，然后对比国军标中国男性飞行员人体数据进行各部位的尺寸调节。需要考虑冠状轴方向与矢状轴方向以及垂直轴方向相邻部位的尺寸干涉，通过迭代修正，得到三维人体模型的尺寸与国家军用标准中的男性飞行员人体尺寸相符。
在本实施例中，通过三维软件建立某型弹射座椅的三维模型，并调节椅盆位置来保证飞行员的坐姿眼位。以50百分位模型为例，调整完椅盆位置后，转换为3DS格式导入Poser软件中。以座椅参考点为基准，通过坐标转换关系确定操纵机构的位置。飞机座舱内操纵机构装置的空间位置可以由PA＝PB+PAB确定。其中，坐标系{A}与{B}分别固接在座椅参考点和座椅最高点，Z轴为垂直轴，Y轴向右，PA和PB表示操纵机构P的中立位在上述两个坐标系中的坐标，PAB则表示坐标系{B}的原点在坐标系{A}中的坐标。通过座椅最高点与座椅参考点的相对坐标，便可以得到各个操纵装置的位置坐标。将所创建的操纵机构模型与已调整好的第50百分位三维人体模型及弹射座椅放到地面上的参考点，调整视角，令操纵机构处于中立位置，调节三维人体模型的姿态，以座椅中立参考点为基准，调整为模拟飞行员操纵飞机的姿态，建立弹射座椅操纵仿真平台，如图9所示。
结合图10所示，根据坐姿舒适性准则，上躯干与靠背的夹角为θ1，上臂和躯干夹角为θ2，前臂和上臂夹角为θ3，大腿和上肢夹角为θ4，小腿和大腿夹角为θ5，足部与小腿夹角为θ6。其中，10°＜θ1＜20°，15°＜θ2＜35°，80°＜θ3＜90°，90°＜θ4＜115°，100°＜θ5＜120°，85°＜θ6＜95°。
在进行人体运动模拟时，假定躯干不动，手脚在合理的范围运动，则其空间位置可由下式确定。以座椅参考点为原点，垂直轴为Y轴，矢状轴为X轴建立基坐标系，然后在每个运动肢体关节上建立一个相对坐标系，肢体轴线为X轴，则在基坐标系下，运动肢体关节的空间坐标可表示为：
[PA]＝[Tn][PB]+[Pn]，
式中，[PA]为运动肢体关节在基坐标系中的坐标，[PB]为其在相对坐标系中的坐标，[Pn]为相对坐标系原点在基坐标系中的坐标，[Tn]为相对坐标系与基坐标系的转换矩阵，相对坐标系分别绕坐标轴Z、Y、X按角度θ、φ旋转后计算得到的。可通过齐次坐标变换来求解：
以中央驾驶杆为例进行布局计算：
结合图11所示，飞行员人体模型坐在弹射座椅上，巡航眼位与弹射座椅参考点的横向距离，即X方向距离为205mm，纵向距离，即Y方向距离为790mm，以巡航眼位确定人体坐姿状态。以弹射座椅参考点为原点，垂直轴为Y轴，矢状轴为X轴建立基坐标系，以髋关节为原点，躯干轴线为Y轴建立相对坐标系，再以肩关节、肘关节和腕关节为原点分别建立固接的相对坐标系，上臂轴线和前臂轴线及手分别为X1轴、X2轴和X3轴。通过矩阵转换进行坐标变换，当变换角度确定时，相应的人体手臂运动的位置就被确定了。其中，令座椅参考点到髋关节的横向距离为x0，纵向距离为y0，人体的髋肩距为L0，半肩距为L1，肘肩距为L2，肘腕距为L3，手长为L4，则有下列式子：
式中，躯干与铅垂线夹角γ为8°，髋关节处的相对坐标系为由基坐标系绕Z轴沿逆时针方向旋转γ角，平移(x0，y0，0)而得。此时，肩关节在相对坐标系中的坐标为(0，L0，L1)。
将髋关节处的相对坐标系平移(0，L0，L1)，绕Z轴旋转γ0角度，绕此时的Y轴旋转β0角度，再绕此时的X轴旋转α角度，逆时针为正，即可得到肩关节处的相对坐标系。其中，各个关节的可达域为γ0∈(-90°，90°)，β0∈(-90°，50°)，α∈(-90°，90°)，舒适域为γ0∈(-75°，-55°)，β0∈(0°，30°)，α＝0°。
此时将肩关节处的相对坐标系平移(L2，0，0)，绕Y轴沿逆时针方向旋转β1角度，可得肘关节处的相对坐标系。其中，可达域为β1∈(0°，135°)，舒适域为β1∈(10°，90°)。
再将肘关节处的相对坐标系平移(L3，0，0)，绕Z轴旋转γ1角度，绕此时的Y轴旋转β2角度，逆时针方向为正，即可得到腕关节处的相对坐标系。其中，可达域为γ1∈(-90°，90°)，β2∈(-90°，90°)，舒适域为γ1＝0°，β2＝0°。
最后，对操纵机构布局计算之后的弹射座椅静态舒适性仿真平台进行模拟，测得飞行员人体模型的主要关节角度的变化，都在人体舒适性角度范围内，说明操纵机构的布局计算结果较为合理，符合人体舒适性要求。
下面对本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算***进行描述，下文描述的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算***与上文描述的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法可相互对应参照。
如图12所示，在一个实施例中，一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算***，包括人体模型建立模块1210、***模型建立模块1220、仿真平台建立模块1230以及位姿计算模块1240。
人体模型建立模块1210用于获取飞行员人体数据，并以飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型。
***模型建立模块1220用于基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以搭建飞行员驾驶环境。
仿真平台建立模块1230用于通过模拟飞行员在飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台。
位姿计算模块1240用于基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算，对仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
在本实施例中，本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算***，人体模型建立模块具体用于：
获取国军标GJB4856-2003中飞行员的人体数据。
基于人体数据，通过Poser软件建立至少三个百分位标准三维人体模型。
在本实施例中，本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算***，人体模型建立模块具体还用于：
基于Poser软件提供的人体模型库以及飞行员人体数据，选取Poser软件中的标准人体模型作为操作对象。
通过CAD软件对操作对象进行测量和转换，以得到三维人体模型多个部位的尺寸。
基于飞行员人体数据，对三维人体模型多个部位的尺寸进行调节，以使三维人体模型的各个部位与飞行员人体数据相符。
在本实施例中，本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算***，还包括人体模型修正模块，用于：
基于三维人体模型及其三维空间坐标系，对冠状轴方向与矢状轴方向以及垂直方向相邻部位进行尺寸干涉。
对三维人体模型的各个部位的尺寸进行迭代修正，以得到与飞行员人体数据相符的三维人体模型。
在本实施例中，本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算***，***模型建立模块具体用于：
通过三维设计软件建立弹射座椅三维模型，并调节椅盆位置，以确定飞行员的坐姿眼位。
调节完椅盆位置后，将弹射座椅三维模型转换为3DS格式并导入Poser软件中。
以弹射座椅的参考点为基准，通过坐标转换关系确定座舱操纵机构的位置，并创建操纵机构三维模型。
在本实施例中，本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算***，仿真平台建立模块具体用于：
将操纵机构三维模型与调节好的三维人体模型以及弹射座椅三维模型置于虚拟地面上作为参考点，并令操纵机构三维模型处于中立位置。
调节三维人体模型的姿态，并以弹射座椅三维模型中立参考点为基准调整为模拟飞行员操纵飞机的姿态，建立弹射座椅仿真平台。
在本实施例中，本发明提供的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算***，位姿计算模块具体用于：
对弹射座椅仿真平台进行模拟，以测得三维人体模型的关节角度变化值。
判断关节角度变化值是否位于人体舒适准则中的人体舒适性角度范围内。
若是，则
获取符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
图13示例了一种电子设备的实体结构示意图，该电子设备可以是智能终端，其内部结构图可以如图13所示。该电子设备包括通过***总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，该方法包括：
获取飞行员人体数据，并以飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型；
基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以搭建飞行员驾驶环境；
通过模拟飞行员在飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台；
基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算，对仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
本领域技术人员可以理解，图13中示出的结构，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
另一方面，本发明还提供了一种计算机存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，该方法包括：
获取飞行员人体数据，并以飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型；
基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以搭建飞行员驾驶环境；
通过模拟飞行员在飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台；
基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算，对仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
又一方面，提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。电子设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令时实现一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，该方法包括：
获取飞行员人体数据，并以飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型；
基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以搭建飞行员驾驶环境；
通过模拟飞行员在飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台；
基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算，对仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。
作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双倍数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，其特征在于，所述方法包括：
获取飞行员人体数据，并以所述飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型；
基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以搭建飞行员驾驶环境；
通过模拟飞行员在所述飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台；
基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算，对所述仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
2.根据权利要求1所述的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，其特征在于，所述获取飞行员人体数据，并以所述飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型，包括：
获取国军标GJB4856-2003中飞行员的人体数据；
基于所述人体数据，通过Poser软件建立至少三个百分位标准三维人体模型。
3.根据权利要求2所述的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，其特征在于，所述获取飞行员人体数据，并以所述飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型，还包括：
基于所述Poser软件提供的人体模型库以及所述飞行员人体数据，选取所述Poser软件中的标准人体模型作为操作对象；
通过CAD软件对所述操作对象进行测量和转换，以得到所述三维人体模型多个部位的尺寸；
基于所述飞行员人体数据，对所述三维人体模型多个部位的尺寸进行调节，以使所述三维人体模型的各个部位与所述飞行员人体数据相符。
4.根据权利要求3所述的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，其特征在于，所述基于所述飞行员人体数据，对所述三维人体模型多个部位的尺寸进行调节，包括：
基于所述三维人体模型及其三维空间坐标系，对冠状轴方向与矢状轴方向以及垂直方向相邻部位进行尺寸干涉；
对所述三维人体模型的各个部位的尺寸进行迭代修正，以得到与所述飞行员人体数据相符的所述三维人体模型。
5.根据权利要求4所述的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，其特征在于，所述基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以搭建飞行员驾驶环境，包括：
通过所述三维设计软件建立弹射座椅三维模型，并调节椅盆位置，以确定飞行员的坐姿眼位；
调节完所述椅盆位置后，将所述弹射座椅三维模型转换为3DS格式并导入所述Poser软件中；
以所述弹射座椅的参考点为基准，通过坐标转换关系确定所述座舱操纵机构的位置，并创建操纵机构三维模型。
6.根据权利要求5所述的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，其特征在于，所述通过模拟飞行员在所述飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台，包括：
将所述操纵机构三维模型与调节好的三维人体模型以及弹射座椅三维模型置于虚拟地面上作为参考点，并令所述操纵机构三维模型处于中立位置；
调节所述三维人体模型的姿态，并以所述弹射座椅三维模型中立参考点为基准调整为模拟飞行员操纵飞机的姿态，建立所述弹射座椅仿真平台。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法，其特征在于，所述基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算，对所述仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局，包括：
对所述弹射座椅仿真平台进行模拟，以测得所述三维人体模型的关节角度变化值；
判断所述关节角度变化值是否位于所述人体舒适准则中的人体舒适性角度范围内；若是，则
获取所述符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
8.一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算***，其特征在于，所述***包括：
人体模型建立模块，用于获取飞行员人体数据，并以所述飞行员人体数据为样本建立相应的三维人体模型；
***模型建立模块，用于基于飞机座舱的几何尺寸，利用三维设计软件构建弹射座椅与座舱操纵机构空间布局的***模型，以搭建飞行员驾驶环境；
仿真平台建立模块，用于通过模拟飞行员在所述飞行员驾驶环境中的乘坐姿态以及工作状态，建立弹射座椅仿真平台；
位姿计算模块，用于基于人体乘坐舒适准则和矩阵计算，对所述仿真平台中的操纵机构布局进行计算，以得到符合人机工效的舒适坐姿下的操纵机构布局。
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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| CN202310798133.7A CN117171869A (zh) | 2023-06-30 | 2023-06-30 | 一种弹射座椅静态舒适性仿真布局计算方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117669007A (zh) * | 2024-01-31 | 2024-03-08 | 江西旅游商贸职业学院 | 一种家具设计方法、装置及*** |
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| CN117669007B (zh) * | 2024-01-31 | 2024-04-26 | 江西旅游商贸职业学院 | 一种家具设计方法、装置及*** |
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