第一篇：人機工程學課程論文

《人機工程學》結課論文

一、基本要求

通過實踐調研，結合理論知識和實踐經驗解決實際問題；

解決實際問題的宜人性水平受科技和社會經濟發展條件的約束，并參照“為不久的將來進行設計”的前瞻性；

題目適合一個人獨立完成，部分題目可由兩個人合作完成。

二、課程論文的類型與要求

課程論文多為對特定事物的人機學分析，為此需要進行相關文獻資料的檢索、查閱、研讀、評價、質疑，或對現有事物進行調研。這是撰寫論文的基礎，應在論文中得到充分反應；

課程論文應有學生獨立完成的分析、評論、觀點等，要求結構清楚、層次分明、論述嚴謹、文字簡練（若有調研，應附調研表；有測試的，應有實驗記錄原始件的示例等）；

一部分作業題目的形式大體是《XXXX 問題的人機學評析與改進設計》。此類里有分析研究，也有設計，實際上是介于課程設計與課程論文之間的作業。選擇評析與設計并重，或者側重于某一方面，可由學生自行決定。

三、課程論文的形式與格式

論文以內容為重，切忌內容空洞、只重形式，基本參考下列要求：

1)題目后正文前有摘要（150-200字左右），列出關鍵詞（不超過5個）； 2)正文（主要部分，要求見前文）； 3)參考文獻。

以A4規格紙張打印或謄寫規整。插圖可用副頁，也可貼在文中合適位置；認真繪制，不宜潦草。

論文正文字數一般在5000-15000字之間。

四、課程設計/課程論文參考題目

A-1 本科生學生公寓房的人機學設計； A-2 電腦桌的新型人機學設計； A-3 公共垃圾箱設計 A-4 校園公共電話亭設計 A-5 旅行箱設計

A-6 家用坐便器水箱節水性設計 A-7 系列衣架設計

A-8 學生公寓盥洗室的改進設計 A-9 宿舍學生用床的改進設計 A-10 學生公寓晾衣問題

A-11 公共汽車車站的改進設計

A-12 大型醫院標示系統的宜人學設計 A-13 社區休閑椅系列設計

A-14 商場收銀臺工作空間設計 A-15 公共廁所閣間單元設計 A-16 我校路標系統設計

B-1 一教桌椅適宜性的調查報告

B-2 火車硬座車廂的人機學問題的調查報告 B-3 長途臥鋪汽車的人機工程學調查報告 B-4 美容美發床椅的人機學調查報告

B-5 我市公共汽車車廂的人機工程學調查報告 B-6 我市部分過街天橋的人機學調查報告 B-7 飲品用瓶罐開啟方式的人機學調查報告 B-8 我校學生公寓的人機學問題述評 B-9 我校學生浴室的人機學問題述評 B-10我校校醫院的人機學問題述評

B-11 照相機（打火機、電話機、電扇、剃須刀）發展中的人機學因素分析 B-12 洗衣機（冰箱、電炊具、吸塵器、電熨斗）發展中的人機學因素分析 B-11 電視機（收錄機、隨身聽、VCD、復讀機）發展中的人機學因素分析

C-1 我校學生閱讀室中的人機學問題與改進設計

C-2 我校學生公寓盥洗室中的人機學評析與改進設計 C-3 我校學生餐廳的人機學評析與改進設計

C-4 我校學生餐廳售貨工位的人機學評析與改進設計 C-5 社區中公用健身器械的人機學改進設計 C-6 C-7 C-8 C-9 遙控器按鍵的人機學評析與改進設計

我校學生閱讀室中的人機學問題與改進設計 電動工具的人機學問題與改進設計 書店營業廳的人機學評價與改進設計

C-10 服裝商場試衣間的人機學評價與改進設計 C-11 公園游船的人機學評價與改進設計 C-12 超市中刷子的人機學評析與創新方案設計

D-1 新概念雨具的創意和方案設計 D-2 情侶傘的創意和方案設計

D-3 家庭節水裝置的創意和方案設計 D-4 家庭節水系統的創意和方案設計

D-5 家庭陽臺立體綠化的創意和方案設計

D-6 小型裝訂方法的現狀分析與方案創意設計

D-7 大學生雙休日野營旅游裝置、器物系列的方案設計

第二篇：人機工程學課程論文

人機工程學課程論文

本論文為《人機工程學》課程的考核環節，通過書寫論文鞏固課堂教學過程中所講授的知識內容，掌握人機工程學在作業環境、操作系統等方面的應用。

二、論文選題：

論文題目為自選，應用人機工程學的知識對研究對象進行分析，確定其合理性；應用人機工程學的知識對研究對象進行設計，使其復合人機工程要求。（只選一個方面）

三、論文內容：

1、應用人機工程學的知識對研究對象進行分析，確定其合理性。研究對象可以為操作環境、操作系統、人及交互產品、日常用品等。

2、應用人機工程學的知識對研究對象進行設計，使其復合人機工程要求。研究對象可以為操作環境、操作系統、人及交互產品、日常用品等。

要求要有必要的圖表說明。

四、論文要求：

1．時間：

論文上交日期為2011年1月10日。2．字數要求： 字數不少于3000字。3．提交文件：

同時提交打印稿和電子稿件。

五、評分原則

1．考核成績(1)平時成績20%；(2)論文70%。2．評分原則

課程論文（設計）中，最終的論文或設計說明書并不能完全反映學生的真實水平，因此，對同學的評分，特別要注意抓兩頭：一頭抓平時，一頭抓論文?？砂聪率鲈瓌t作原則上的評定成績：

成績優秀的條件：

(1)設計或書寫論文過程中表現有一定的獨立工作能力，能按老師的指導的內容自己獨立完成論文或設計；

(2)論文或設計中沒有較大錯誤和較多的一般性錯誤(允許有個別非原則性錯誤)；

第三篇：車輛人機工程學 課程論文

車輛人機工程學 課程論文

基于人機工程學評價與仿真的人體模型建模

╳ ╳ ╳

（東北農業大學工程學院，哈爾濱，150030）

摘要： 隨著人機工程技術的不斷完善，參數化的人體模型已不再僅是作為一種靜態的視覺參考，而是在此基礎上融入了人體結構、人體功能和人體力學等方面的特征,使人體模型不僅具有合理的外觀、精確的尺寸，還具有合乎實際的運動形式。隨著研究的不斷深入，參數化的人體模型已經成為一種有效的輔助工具，直接參與到工作環境的設計與評價過程中來。盡管不同的人機問題對應著不同的設計要求，但應用在人機工程上的人體模型的設計原則是一致的，即要達到：外觀合理、尺寸精確、運動逼真。參數化的人體模型的設計目前存在以下三方面的難點：

（1）從外觀上看，基于簡單幾何體搭建的人體模型具有必要的人機工程測量基準，但模型的外形較生硬、失真度較大；基于曲面表達的人體模型外形較逼真但是缺少準確的測量基準。

（2）從尺寸的精確度上看，人體模型的尺寸都是經過簡化或是估算得到的，模型的尺寸不能真實體現個體的形態。

（3）從運動情況來看，目前多數人體模型只能進行靜態的尺寸測量，少數模型即使能夠實現連續的動作仿真，但逼真度不高。

本文針對當前人體模型設計過程中上存在的諸多問題，開發了參數化的人體模型。首先，人體模型采用數據庫管理系統進行參數化建模，同時加入各肢體段的質量數據和各個關節的活動角度范圍數據。其次，在運動仿真方面，本文根據人體模型各個關節的自由度數目，用特定的函數驅動關節運動，對模型整體進行運動學和動力學仿真，從而實現人體模型的簡單連續運動。關鍵詞：人機工程學、UG二次開發、人體模型、碰撞檢測、運動仿真

車輛人機工程學 課程論文 人體模型國內外研究現狀

1.1 國外發展概述

最近幾年，歐美許多國家和亞洲其他國家對人體模型方面的研究向著更精細的方向發展，不再僅僅是追求外形上的相似性，更關注內部結構、姿勢重構、運動仿真以及熱效應等生理效應方面的內容。

Forbes.PA.等2006年提出了一種用于預測側面碰撞引起胸部損傷的多尺寸的人體模型，文中給出了第50百分位的人體模型的有限元模型，并且模型加入了材料屬性能更好的預測人體局部的損傷情況。Kim Ki-Sun等人研究了基于縱向、垂直、俯仰運動的慣性測量的坐姿人體模型的動態建模[9]。Sancisi N等人創建了人體膝關節的一種單自由度的球形機械模型，并在假肢和矯形器的設計中深入研究了人體膝關節的運動學特征。Satoru Takada等開發一個在給出的環境條件下可以預測熱響應的人體熱模型，能實現人體溫度調節。Hee-Deok Yang等對三維人體姿勢的重構做了相關的研究，分別從捕捉三維立體圖像序列、捕捉有效的視覺特征、分析輪廓的相關向量等方面入手研究了人體模型的姿勢重構[12-15]。文獻中研究了用于電磁仿真軟件中的一個動態的人體模型，在人體表面固定天線來模擬動態人體的運動和姿勢并捕捉運動數據。Steffen Knoop等在動態三維人體模型的關節上設置人工智能通訊點的方式來跟蹤人體外輪廓的運動，模型由一系列剛性圓柱體組成，連接這些圓柱體的關節定義為一些人為的通訊點（迭代最近點）來跟蹤算法，并計算相關的力和力矩情況。Seung-YeobBaek等開發一種能集成到各種產品設計應用程序中的參數人體建模框架，該建模框架由創建數據庫、統計分析和模型生成三個階段組成。Jared Gragg等研究提出了一種混合方法預測最佳司機座椅調節范圍以滿足不同人不同車輛的直接姿態預測，該混合方法結合了邊界數值、人口抽樣和個別抽樣等數值操作。

綜合國外人體模型的發展可以看出，國外的人體模型盡管做的外形的逼真度很高而且功能很完善，但是由于種族和生活區域等因素的不同，以國外人體作為標準的人體尺寸不僅在數值上有一定的差異，而且由于在工作過程中不同的操作習慣，也將影響人體模型的運動規律等運動仿真的相關參數的設計。1.2 國內發展概述

人體模型的運動控制方法有很多，選擇不同的運動控制方法，實現運動的路徑會有一定的差異，但是最終都能實現預定運動的目的。目前，國內對人體模型的運動控制的研究分路徑研究、步態研究、靈巧關節、姿勢驅動和姿勢重構等幾個方面進行。運動仿真方面有運動規律仿真，運動軌跡仿真等。

天津大學的劉艷等人研究了用于人機測試的虛擬人，提出了一種能實現手臂的無碰撞可達測試的路徑規劃算法。并通過對IK算法的進一步研究，達到實時、逼真、柔性的控制，并可以根據周圍環境進行實時反應。山東大學的汪麗等提出了基于VRML（Virtual Reality Modeling Language）的三維人體建模方案，并給出了人機工程仿真軟件的總體框架。但創建的人體模型只是考慮了位置和時間特性的運動學問題，未考慮力等真正實現運動的原因。西南石油大學的鄧麗提出了一種基于人體姿勢驅動的工作空間的研究方法，通過調節二維的人體桿狀模型的下肢關節角度，從而確定坐姿的下肢工作空間。但是針對不同的布局，需手動輸入權值數據，影響準確程度。上海大學的王企遠提出并驗證了人體下肢髖關節、膝關節和踝關節轉角變化規律的數學建模方法，并制定了一套完整的步態規劃方法，但患者只能被動的跟隨步行腿的步態運動。浙江大學的徐孟開發了一個運動狀態下的人體外力模型，能實現力和扭矩分析，但脊柱關節鏈的運動約束有一定偏差。浙江大學的陳逸帆研究了基于解剖學的人體模型，并通過施加約束的逆向運動學方法實現人體模型的運動姿態控制，但研究未添加頭部，手、腳等的關節約束，沒能實現交互操作及碰撞檢測等。

車輛人機工程學 課程論文

在人體模型的姿勢重構方面，研究者的切入點也各不相同，取得的成果也很多。有研究者提出在給出所有骨骼的視覺特征的基礎上，首先從候選的姿勢庫中找到有關的候選姿勢，動態的設計候選的姿勢來形成連續的姿勢序列，從而創建特定姿態的人體模型的方法。在文獻中提出一種新的算法,能減少著衣、圖像噪音和背景等因素引起的不確定數據的影響，從多個視頻圖像輪廓中提取一個體積數據(立體像素)來捕捉少量標記模型的人體動作。文獻中提出的一種主動形狀模型(Active Shape Model)能主動的探測和跟蹤人體動作過程中的變形情況。在CATIA中人體模型被普遍應用于自動布局，可以用攝影的方法來測量人體尺寸并用測量到的尺寸在CATIA軟件中快速的創建人體模型[49]，也可以在SolidWorks中實現虛擬人姿勢重構。運輸設備的幾何參數是影響操作者舒適度的關鍵因素，基于舒適度或人機評價需求的人體模型可以用來分析設備的幾何參數對人體舒適性的影響，模擬和評價操作中的人體可達域和視域等。

目前，國內有很多人進行了人體模型的跑步或步行的運動控制技術及路徑規劃問題研究，也取得了很多成果。武漢理工大學的任靜麗等分析了跑步運動的關鍵時刻及關鍵階段，建立了沿指定路徑的跑步運動模型。所研究的模型外觀上未能實現手指描述，虛擬交互方面也未實現碰撞檢測。西北工業大學的羅貫提出了一種16關節，39個自由度的人體模型，模型未包含手部的詳細描述，通過控制上肢、下肢、軀干等關節的姿態實現步行、跑步等基本運動，運動仿真方面未能實現多剛體系統模型的碰撞檢測。國防科學技術大學的彭善躍對平面五連桿描述的點接觸兩足機器人的跑步運動進行研究，并搭建了仿真平臺并驗證了控制策略的有效性。但是研究未實現三維人體建模，導致仿真結果與實際的運動狀態會存在一定的差異。

并且，隨著對人體模型研究的不斷深入，越來越多的研究者開始關注手部的靈巧運動研究。北京航空航天大學機器人所的張玉茹等人提出了一種食指的運動學模型。該模型建立在人手解剖學模型的基礎之上，分析了側擺和屈曲兩種關節運動結構，并且考慮各個手指之間的運動耦合關系。武漢理工大學的曹文祥研究了虛擬人手的運動學方程，并用Pro/E軟件實現人手五指的裝配建模，能實現伸屈和收展運動，卻沒有考慮動力學分析問題。山東大學的馮志全研究了三維人手的跟蹤問題，通過單目視覺跟蹤的方法獲取人手運動過程中每一時刻的姿態和位置。濟南大學的朱德良用OpenGL搭建了虛擬裝配平臺實現了人手的三維建模，并提出了一種手勢跟蹤算法，實現手部運動的跟蹤，研究中因數據手套檢測不到力反饋及重量感，故無法準確反映碰撞信息。

從目前國內在人體模型的運動控制及仿真方面的發展現狀來看，應用的運動函數不同，得到的仿真的逼真度就不同。還沒有一種運動控制函數，能實現與真實人體的運動一模一樣的運動，無論函數多么復雜，結果都會存在不可避免的偏差。即使從仿真需求上看，效果上已經達到了逼真要求，卻未能實現精確的碰撞檢測。相信隨著越來越多的研究者加入到人體模型的研究隊伍中來，經過不斷的改進與創新，我國在虛擬人體模型領域的研究將取得更為顯著的成果。

車輛人機工程學 課程論文 人體模型簡化處理

目前，研究人機工程學問題的方法有很多，人體模型是模擬與模型試驗法和系統分析評價法中的一種重要的人機工程學的研究工具。本文動態人體模型的開發過程主要包括:(1)抽象人體所包括的肢體及關節；(2)確定各個肢體及關節的幾何尺寸和外形；(3)描述人體模型關節運動方式并限定其運動范圍；

(4)對人體模型的各個關節的運動進行機械描述并確定各個關節的自由度；

2.1 人體模型的軀體組成

人體是一個復雜的有著不規則表面的實體，而且人與人之間各部位尺寸也有很大的差別，因此，只有經過了簡化的人體尺寸和外形才能符合人機工程學的相關評價和仿真的功能的需求。經過簡化的人體模型包括：軀干主關節鏈、左右上肢關節鏈、左右下肢關節鏈。肢體組成如圖2.1所示。

(a)有向關節圖

(b)EHuman 肢體圖

圖2.1 肢體組成圖

其中在軀干主關節鏈上髖關節和腰關節之間是軀體的腹部，腰關節和胸關節之間是腰部，胸關節和頸關節之間是胸部，頸關節和頭部之間是頸部。在左上肢上，左肩關節連接胸部和左上臂，左肘關節連接左上臂和左前臂，左腕關節連接左前臂和左手。在左下肢上，左髖關節和左膝之間是左大腿，左膝關節和左踝關節之間是左小腿，左踝關節連接左小腿和左腳。

在人體模型的軀體組成的表示方法中，頭、胸、腰、腹及手掌和足都是用長方體進行描述的，而頸部是圓柱體，大腿、小腿、上臂、前臂、手指等是用圓臺進行描述的。

車輛人機工程學 課程論文

2.2 人體模型的各部分尺寸

人機工程學標準分為主觀標準和客觀標準。主觀標準主要用于評價主觀指標，如一些與人的主觀感受相關聯的評價指標；客觀標準用于評價客觀指標，如一些可用精確數值或某一區間的數值來表示的評價指標。

本論文參照的客觀標準有：國家標準GB/T10000-1988《中國成年人人體尺寸》和GB/T13547-1992《工作空間人體尺寸》中給出的人體靜態測量尺寸，《中國成年人人體尺寸》中列出7個百分位，涵蓋人體主要尺寸、水平尺寸、頭部、手部、足部、坐姿和立姿共47項人體尺寸數據；《工作空間人體尺寸》中給出了站姿、坐姿、跪姿、爬姿、俯臥姿等人體相關尺寸項目。

由于人的年齡、性別、種族及職業等的差別，很多人體尺寸會隨著這些因素的改變而變化。同時人體表面是不規則的曲面，所以不可能得到精準的符合人體的數據，只能是經過處理的簡化了的尺寸數值。人體測量學給出了相關的測量及簡化標準，如人體測量中經常用到均值、方差、標準差、標準誤差等統計函數來統計分析人體測量變量間的相互關系。

簡化人體各部分的尺寸也就是對人體各部分的尺寸進行估算。估算人體尺寸的方法有很多，一般常用的有回歸方程估算法，比例縮放估算法、概率統計值估算法、用“加減”運算估算法、混合群體估算法及偏差系數值估算法等。利用這些方法可以推算和獲取人體模型所需的人體尺寸數據。本論文直接從GB10000-1988中查取所要用到的各個尺寸值，在標準中沒有列出的百分位數的人體尺寸通過百分位數法給出。

2.3 關節類型及運動范圍

人體是由多個關節連接起來的鏈式肢體段的組合。人體的關節按運動性質可分為單軸關節、雙軸關節、多軸關節等。其中只允許在一個平面中活動的關節是單軸關節，例如肘關節和如圖2.2中4所示的近位指關節等；允許在兩個維度上作屈伸和收展運動的關節稱為雙軸關節，如圖2.2中5所示的腕關節；多軸關節允許在三個維度上作各種運動，具有三個自由度，如肩關節。

圖2.2 關節的類型

根據關節類型把人體關節的運動分為滑動、擺動、旋轉、環轉四種基本運動形式。滑動運動一般活動量微小，本文研究中忽略滑動運動。擺動運動通常指相連兩肢體的屈伸和收展，如肘關節的的伸和屈、腕關節的內收和外展。旋轉運動指某一肢體段向內側或向外側旋轉，如肩關節的旋內和旋外。環轉運動是屈、展、伸、收的一次連續運動。

為了研究人體工作姿態的舒適度，首先要知道人體各個關節的最大活動范圍，而且還要明確各個關節的舒適范圍，舒適范圍是評價中判斷是否舒適的主要依據。因為本文開發的人體模型的外形描述

車輛人機工程學 課程論文

細化到手指的各個指關節，手指的指掌關節能實現手指的擺動運動和繞關節軸的旋轉運動，近位指關節和遠位指關節只能在一個方向上實現手指的伸和屈。表2-2給出手指關節的最大運動角度，同時給出各個手指的指掌關節和近位指及遠位指關節的運動副描述形式和自由度數目。

表2-1手指關節活動范圍

表2-3給出的是人體主要關節的坐標描述和最大運動角度及舒適活動范圍。并且給出了分別繞坐標軸運動的活動狀態。在表中所列的關節局部坐標系的轉動軸X、Y、Z定義符合右手法則。

表2-2人體關節活動范圍

2.4 人體模型的自由度

通過簡化人體運動的自由度，在一定程度上能降低多自由度系統運動問題求解的復雜性。因此，考慮在不影響運動逼真性的前提下，如何用最少的自由度描述人體運動問題，是簡化問題的關鍵。

人體是由上肢、下肢和軀干五條關節鏈組成。每條關節鏈上的關節運動都是從該關節鏈的起始端傳遞而來的。因此，運動鏈的起始端的運動自由度對整個關節鏈的運動影響最大，若簡化此處關節的自由度，可能會使肢體末端不能到達預定的運動位置。另外，若簡化某些關節處的常規運動所需的自由度，如簡化頭部的左歪、右歪，則會導致頭部運動僵化，不能實現頭部某些常規運動。因此在人體關節的自由度簡化的過程中，一定要保留運動起始端的關節自由度，盡量不要去掉一些常規運動所需

車輛人機工程學 課程論文 的自由度。

在上肢中，肩關節、肘關節和腕關節的聯合運動實現了手臂的運動。肩關節處于人體上肢運動鏈的起始端，能夠實現內外擺和上下擺、前后擺，并且運動范圍較大，所以肩關節的3個自由度不能簡化。人體模型構造過程中表現為肩關節分別繞肩關節所在局部坐標系的X、Y、Z軸作旋轉運動。肘關節實現前臂相對于上臂的運動，簡化為具有一個自由度的關節，人體模型中表現為繞肘關節所在坐標系的Z軸作旋轉運動。腕關節實現手和前臂之間的內外擺和彎曲運動，表現為繞其所在坐標系的Y、Z軸作旋轉運動，屬常規運動所必需的自由度，故不能簡化，如圖2.3所示。

圖2.3上肢關節自由度定義

在下肢中，髖關節、膝關節和踝關節實現了腿部的運動，髖關節處于人體下肢運動鏈的起始端，可實現大腿的前后、左右、內外擺動，保留3個自由度。反映在人體模型中即是繞著髖關節所在局部坐標系的X、Y、Z軸作旋轉運動。膝關節實現小腿相對于大腿的伸屈，簡化為1個自由度。踝關節簡化為2個自由度，實現腳部前后擺動和左右旋轉運動。

在軀干中，腰關節處于軀干運動的起始端，分別實現腰部的前后彎、左右彎、左右轉，有3個自由度。反映在人體模型中是繞著腰關節所在局部坐標系的X、Y、Z軸作旋轉運動。上下胸部關節各有一個自由度，實現軀干的前屈。

本文所要創建的人體模型EHuman共包含17個軀干肢體段和每只手15個手指段，共47個肢體段，46個關節，共包含72個自由度。關節自由度數目在表2-

1、表2-2中已列出。

車輛人機工程學 課程論文 人體模型的運動仿真

人體模型的運動是動態人體模型開發的難點和重點。人體模型的運動包括關節的調節形成的“靜態運動控制”和運動仿真模塊實現的“動態運動控制”。所謂的“靜態運動控制”就是通過分別調節人體模型各個關節的角度，實現不同姿態展現。“動態運動控制”則是通過運動仿真模塊，實現運動規律、運動軌跡的仿真，進而達到碰撞檢測等評估功能的實現。

要想實現人體模型的運動仿真，首先要建立運動機構主模型，進而分析該主模型的運動規律。運動仿真模塊（Motion Simulation）可以建立多種不同的解算方案，并且在不影響裝配主模型的前提下獨立修改每個解算方案。該模塊可進行機構的干涉分析、運動軌跡分析和動力學分析等。

人體模型中肢體段抽象為連桿（剛體），關節抽象為運動副。不同的關節抽象為不同的運動副，如頸關節、腰關節、肩關節等有3個自由度的關節抽象為球面副；腕關節、踝關節等有2個自由度的關節抽象為萬向節；膝關節、肘關節等有1個自由度的關節抽象為旋轉副。

對于運動仿真開發的程序控制來說，首先是仿真的參數預定義部分，包括單位類型、測量類型、參考類型等；其次是創建連桿，包括連桿的名稱、質量特性、初始速度的定義等；接下來是關節種類、運動極限及運動驅動類型等的定義；最后進行運動仿真的解算方案參數的定義。下面給出解算方案參數類型定義的程序框架：

Struct uf_motion_solver_parameters_s { uf_motion_solver_ts olver;/*求解方案已使用，查找定義部分*/ double max_step_size;/*解算方案的最大允許步長，想要得到更詳細的結果，增大這個數值，想要更快得出結果，減小這個數值。*/ double max_solver_error;/*解算方案的最大允許誤差，想要得到更精確的結果，增大這個數值，想要更快得 出結果，減小這個數值。*/ Int max_integrator_iterations;/*動力學分析的最大允許迭代次數，若解算器求解的問題具有收斂性，則增大這個數值。*/ Int max_kinematics_iterations;/*運動學分析的最大允許迭代次數，若動作模型求解的問題具有收斂性，則增大這個數值。*/ Int max_statics_iterations;/*靜力學分析的最大允許迭代次數，若動作模型求解的問題具有收斂性，則增大這個數值。*/ Int use_mass_properties;/*確定是否在分析中使用質量特性，如果是“FALSE”，則表示不能進行動力學仿真，或者運動學仿真中也沒有慣性數據。*/ };Typedef struct uf_motion_solver_parameters_s uf_motion_solver_parameters_t;

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3.1人體模型的肢體段生成連桿

連桿（Links）通過運動副的連接構成了空間機構。將人體的肢體段抽象為連桿后（即把肢體段都抽象為剛性體），人體模型的各個肢體段和關節一起組成一個機構，這個機構就是運動的人體模型。因此，進行人體模型的運動分析的第一步就是創建連桿。機構要運動，必須有一個機架，因此創建連桿的過程中必須要有一個連桿與地固連，不能移動，即人體模型的某一個肢體段應創建為固定連桿。因為本文中把人體模型的髖關節作為人體模型的根關節，故把人體模型的腹部作為固定連桿。

在創建連桿之前，要先定義中心線，中心點及描述模型的其他幾何體，以便對運動副和其他機構對象定義和定向，并將這些描述性的幾何體放在連桿的定義中。本文創建的人體模型包括骨骼的線框模型和體表的實體模型兩種表達形式，并且，每個關節用直徑為相應關節尺寸的球體表示，在創建連桿的過程中，連桿要包含肢體相連處的近端（所謂近端就是與根關節靠近的關節坐標方向）的關節球。這樣在創建的肢體連桿上就包含了便于描述運動副位置及方位定義的相關信息。

機構的運動分析過程中，若不考慮反作用力時，可以不定義質量特性（Mass）。但當進行動力學分析和反作用力的靜力學分析時，必須為每個連桿輸入質量、質心和慣性矩等參數。人體模型的質量特性的相關參數在第2章和第3章的相關章節做了計算。

材料特性（Material）是計算質量和慣性矩的關鍵因素，UG的材料功能可以創建新材料，檢索材料庫中的已有材料，并將這些材料特性賦給機構中的實體。UG運動仿真模塊中的材料默認密度值為7.83×10-6kg/mm3（千克每立方毫米）；可以繼承裝配主模型在建模模塊中賦予的材料特性。

如圖3.1所示，以右上臂為例創建肢體連桿，選擇連桿對象為右上臂，定義連桿質量特性、速度參數等，并定義材料特性。其中，質量特性包括質量、質心、和慣性矩，這些參數均在前面的章節中給出了計算公式或表格。通常情況下，系統可以根據模型的在材料信息，自動計算質量特性，也可以得到精確的運動分析結果。但是，本文是通過質量特性的用戶自定義選項，手動輸入質量特性的相關數據。

圖3.1 創建右上臂

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3.2人體模型的關節生成運動副

運動副（Joints）的作用就是連接人體模型中相互接觸的兩個肢體段，并通過一定的約束條件使其產生相對的運動。另外，為了人體模型做規定的運動，必須添加約束限制各個肢體段之間的運動，保留所需的自由度和去掉多余的自由度。將關節抽象為運動副后，肢體段抽象為連桿，運動副就把各個連桿連接在一起，從而使人體模型運動。在創建關節運動副之前，人體模型中的肢體連桿沒有約束，運動規律不確定。沒有創建運動副的肢體連桿具有6個自由度（DOF），分別是沿坐標軸方向的移動和繞坐標軸的轉動。

對于UG的運動仿真模塊來說，可添加的運動副的種類很多，包括旋轉副、球面副、萬向節、滑動副、柱面副、平面副、螺旋副等。人體模型作為一個復雜的空間機構，嚴格來說，包含的運動副類型很多，但是經過前面章節的簡化處理，把人體模型的關節均簡化為旋轉類運動副，忽略微小的移動。當關節具有一個轉動自由度時，運動副簡化為旋轉副。當關節具有兩個轉動自由度時，原理上可以處理為萬向節，但是在運動仿真模塊中，萬向節不可以加驅動并且不能限制運動極限，故把具有兩個運動自由度的關節定義為“類萬向節副”，使其具有兩個方向上的轉動自由度。球面副在仿真中也不能加驅動，不能限制旋轉運動的運動極限，同理把球面副定義為一種“類球面副”，使類球面副具有三個互相垂直方向上的轉動自由度。

前面已經提到，創建連桿時要包含中心點、中心線等描述性幾何體，以便在創建運動副時定義運動副的方向，以肘關節的旋轉副的創建為例，首先選擇要創建運動副的連桿（前臂），原點為肘關節處關節球的球心坐標，因為肘關節的旋轉副的旋轉軸是肘關節處局部坐標的z軸，故z軸定義為指定方位，咬合連桿選擇上臂，如圖3.2所示。

圖3.2 創建旋轉副

3.2.1單自由度關節生成旋轉副

旋轉副有一個轉動自由度，是連接兩個連桿的常用運動副，如圖3.3(a)所示。旋轉副可以在兩個連桿之間添加約束，也可以對單個連桿添加約束使之與地固定，但允許繞空間一點旋轉。在運動仿真模塊中，旋轉副旋轉的正向由右手法則決定，右手的大拇指指向為正Z軸方向，手指彎曲的方向即是旋轉的正向。旋轉副可以定義其運動極限。人體模型的運動仿真中定義的旋轉副有：肘關節、膝關節、車輛人機工程學 課程論文

胸部關節及手指的近位指和遠位指關節等。

3.2.2兩自由度關節生成萬向節

萬向節有兩個轉動自由度，連接兩個成一定角度的轉動連桿，如圖3.3(b)所示。因為在運動仿真中，萬向節不能添加驅動，不能規定萬向節的運動極限。類萬向節就是把兩個垂直方向上的轉動轉換成旋轉副，把兩個旋轉副封裝成一個運動副。人體模型運動仿真中定義的類萬向節副有：踝關節、腕關節等。

3.2.3三自由度關節生成球面副

球面副連接兩個連桿，有3個自由度，球面副沒有方向，當創建球面副時，只需指

定連桿和球面副的原點即可，如圖3.3(c)所示。因為球面副不能加驅動，不能規定球面副的運動極限，所以把球面副簡化成三個相互垂直坐標中上的轉動副。把這三個轉動副封裝成一個運動副，稱為“類球面副”。對類球面副的三個轉動方向上的運動可以進行運動范圍的限制。人體模型運動仿真中定義的類球面副有髖關節、肩關節、頸關節等。

(a)旋轉副

(b)類萬向節

(c)類球面副

圖3.3 運動特征

3.3運動仿真中的力和運動驅動

3.3.1定義人體模型的運動驅動

在運動仿真模塊中運動驅動類型包括：無驅動、運動函數、恒定驅動、簡諧運動驅動、關節運動驅動等。

在所有的運動驅動類型中，運動函數驅動（Motion Function）、恒定驅動（Constant）、簡諧運動驅動（Harmonic）均是基于時間的運動仿真，關節運動驅動（Articulation）是基于位移的驅動。添加驅動就是使運動副以特定的步數和步長按一定的規律運動。圖3.4給出添加了驅動的（a）旋轉副、（b）類萬向節、（c）類球面副的顯示圖標。

(a)旋轉副

(b)類萬向節

(c)類球面副

圖3.4 驅動類型

車輛人機工程學 課程論文

運動函數驅動是用戶用數學函數和XY表格函數給運動副輸入驅動參數。如定義簡諧函數為SHF（TIME,60D,PI,360D,0,10），表示：自變量x定義為TIME（時間）；自變量的相位偏移0x為60度；振幅a為PI；頻率為360度；正弦函數中的相位偏移為0；平均位移為10。常用的運動函數還有多項式函數和Step函數等。恒定運動驅動只需設定初始位移（Initial Displacement），初始速度（Initial Velocity）和加速度（Acceleration）即可。

3.3.2添加運動仿真中的操縱力

在運動仿真中力主要包括標量力（Scalar Force）、矢量力（Vector Force）、重力和扭矩。簡言之，標量力指只有大小不規定方向的力，在仿真分析階段標量力的方向是不斷變化的，但力的起點和終點是固定不變的。矢量力是既有大小又有方向的力，標量力的方向在某一坐標系中始終保持不變。

當定義力時，須選擇第一個連桿（作用連桿Action Link），用于定義作用力的作用點；選擇第二個連桿（基礎連桿Base Link），用于定義大小相等、方向相反的反作用力的作用點。矢量力是有一定大小，以某方向作用的力，且其方向在絕對坐標系（Absolute Coordinate System）和用戶自定義坐標系（User Defined Coordinate System）的其中一個坐標系中保持不變。在所有外力中，重力是比較常見的一種矢量力。重力（Gravity）在運動仿真模塊運行過程中，默認的重力方向是負Z方向，大小為9806.65N。

在人體模型的運動仿真中要定義的力有由外部施加的力，該力應是人體某部位（手、腳）直接同外部控制器接觸時所要施加的操縱力的反作用力。還有運動過程中身體內部肌肉產生的肌肉力。在人體模型的運動仿真中，忽略人體內部產生的肌肉力，只考慮人體工作過程中受到的外部力。在正常工作狀態下，人體受到的外部力就是人體手、腳的操縱力大小。如向食指添加大小為147N的拉力，可以在新建載荷里選擇矢量力，然后添加如圖3.5所示的矢量力。

力矩是作用力與力臂的乘積。拿轉動手臂來說，轉動軸是肘關節和肩關節，手臂運動產生的轉矩可以改變臂部肌肉的收縮從而可以完成推或拉的動作。同樣，身體其它部位產生的力矩也可以完成各種各樣的動作。扭矩可使物體產生扭轉，使用時必須考慮扭矩大小和旋轉軸。

扭矩的大小由兩方面的因素組成，一個是扭矩的大小，更一個是扭矩的作用周期。扭矩的旋轉軸有3種：現有的旋轉副的旋轉軸、用戶自定義坐標軸、絕對坐標系中的坐標軸。扭矩分為標量扭矩和矢量扭矩兩種。兩類扭矩的主要區別在旋轉軸的定義上：標量扭矩必須施加在旋轉副上，旋轉軸必須采用旋轉副的軸線；矢量扭矩則是施加在連桿上，其旋轉軸可以是用戶自定義的矢量也可以是坐標軸。

圖3.5 添加矢量力

車輛人機工程學 課程論文

3.4人體模型的運動仿真

在UGNX的運動仿真模塊中，分析類型包括運動學分析和動力學分析兩大類。

在機構運動學分析中，不考慮產生運動的原因，只考慮運動驅動。也就是說，在假定的條件下，機構運動學分析將解答在特定的時間、特定的位置物體之間的相互關系，如速度、加速度、干涉情況等，而不提供如反作用力及機構中出現的動力學運動。動力學分析要考慮運動的真正原因，如作用力、摩擦力、個別組件的質量（或重量）和慣性等，主要用于預測或確定產生特定運動所需的力。

通過前面章節的各種準備工作，搭建了可以進行運動仿真的環境，并且把人體模型這個復雜的機構中的各個肢體段定義為連桿，關節定義為相應的運動副。又進一步通過施加力或是約束對連桿和運動副添加了運動驅動，最后就可以對整個系統創建不同的求解方案了。運動規律仿真即是仿真機構的運動規律，如模擬運動的位移軌跡，得出速度圖像、加速度圖像等。在進行運動規律仿真之前，要先利用封裝選項（Packaging Options）來收集或封裝特定的、感興趣的對象信息，以便于在隨后的分析過程中進行測量、跟蹤、干涉等操作。封裝選項包括測量（Measure）、跟蹤（Trace）、干涉檢查（Interference）三個功能。

測量功能用來測量人體模型的肢體對象或對象上的點與空間環境之間的距離或角度，并定義了人體模型和周圍環境對象之間的安全區域（Clearance Zones），即最小允許距離，運動一個步長系統就會比較測量距離和最小允許距離的大小，如果測量結果小于這個最小距離時，系統會發出安全警告并暫停運動。

跟蹤功能生成或保存人體模型肢體某一對象在每一分析步驟開始時的狀態和位置。可以在絕對（Absolute）參考框架或相對（Relative）參考框架中，進行運動仿真分析或關節運動。跟蹤功能可以生成人體模型肢體段上某一位置點或多個位置點的運動軌跡。

干涉檢查功能是用來比較和檢查人體模型的某一肢體與所在周圍環境之間的干涉重疊量。干涉檢查選項需要規定干涉動作，即發生干涉時系統是要高亮顯示（Hilite）還是創建實體（Solid）或者是顯示相交曲線（Curve）。高亮顯示就是發生干涉的物體高亮；而選擇創建實體選項時，干涉出現時系統會生成一個描述干涉體積的非參數化的相交實體；顯示相交曲線則是發生干涉時顯示干涉發生部位的相交曲線。人體模型運動過程中可能會碰撞到周圍環境中的設備或控制器，通過干涉功能可以直觀的檢測碰撞現象。

車輛人機工程學 課程論文 總結

結合國內外的發展現狀和現有的研究技術，本文在人機工程學相關理論及標準的基礎上，總結并吸取了前人研究成果，并針對目前人體模型研究上存在的問題或不足，進行相應的改進和創新，構建了適合于人機工程學評價與仿真的參數化的動態人體模型。

通過比較幾種典型的模型構建的方法，最終用線框模型描述人體模型的骨骼，不僅精確描述了人體的肢體組成，而且精準定位了關節位置；用實體模型描述人體模型的外觀，上下肢用圓臺描述，而且手部描述從單個長方體塊細化到用圓臺描述手部五指的各個手指段。利用UGNX的運動仿真模塊進行人體模型的運動仿真，把人體關節的運動形式轉化為運動仿真中的運動副的運動形式。同時對人體的手、腳的操縱力進行研究，把人體對操縱設備所施加的力轉化為運動仿真過程中所要輸入的力和力矩信息。

本論文研究中還存在一些不足，從功能角度出發，對人體的關節自由度進行了一定程度的簡化，在運動仿真逼真度上有所損失。

車輛人機工程學 課程論文

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第四篇：人機工程學論文

安全人機工程學

研究人、機械、環境三者之間的相互關系?探討如何使機械、環境符合人的形態學、生理學、心理學方面的特性?使人一機械一環境相經協調?以求達到人的能力與作業活動要 求相適應?創造舒適、高效、安全的勞動條件的學科。安全人機工程學側重于人和機的安全、減少差錯、緩解疲勞等課題的研究。

人機工程學在歐洲是以勞動科學為基礎發展起來的?英國有歐洲開展人機學研究最早 的國家?于1950 年成立了英國人機學研究會?1957年創辦會刊《Ergonomics》。美國于 1957年成立人類因素工程學會?同時發行了會刊。日本于 1963 年成立日本人間工學研究 會。蘇聯、德國、法國、荷蘭、瑞典、丹麥、芬蘭、澳大利亞等國也先后開展了人機工程學 的研究。1960年成立國際人機學協會。我國進入 80年代以后?也開始人機工程學的研究。

關于人機工程學的研究命名?各國有所不同?側重點也各不相同。歐洲稱作 Ergonomics?人機學??美國稱作HumanEngineering?人類工程學?和 HumanFactors Engineering ?人類因素工程學??日本稱為人間工學?目前普遍采用的是Ergonomics? 我國曾譯為人類工效學?人機工程學、人機學等。

安全人機工程學研空的內容大體包括?

1? 研究人機之間分工及其相互適應問題。分工要根據兩者各自特征?發揮各自的優勢? 達到高效、安全、舒適、健康的目的。

2? 研究信息傳遞過程。人與機器在操作過程中要不斷傳遞信息?因此?機器上各種顯示 器、控制器要設計得適合于人使用。

3?研究作業環境?創造安全的條件。生產場所有各種各樣的環境條件?例如高溫、高濕、振動、噪聲、空氣中的有害物質、工作地的狀況等。這些因素?都會影響人的健康。安全人 機工程學研究的目標?是要將這些因素控制在規定的標準范圍之內?使環境條件符合人的生 理和心理要求?從而使操作者感到舒適和安全。

4?研究安全裝置。許多設備都有“危區”?若無安全裝置、屏障、隔板、外殼、將危區與人 體隔開?便可能對人產生傷害。因此?設計可靠的安全裝置?是安全人機工程學的任務。

5?選擇合適的操作者。人的個體差異?使操作者對工作的適應程度不同。在人事安排上? 要研究人機關系的協調性?人適其職?才有利于安全生產。

6?研究生產過程中?操作者疲勞的特點以及減輕疲勞和緊張度的措施。

7?研究人機系統的可靠性?保證人機系統的安全。研究事故的預防和危險情況的控制。

安全人機工程學的研究方法主要有調查法、實驗法和模擬法。

人機工程學

人機工程學是運用生理學、心理學和醫學等有關科學知識?研究組成人機系統的機器和

人的相互關系?以提高整個系統工效的新興邊緣科學。

人機工程學研究在設計人機系統時如何考慮人的特性和能力?以及人受機器、作業和環 境條件的限制。人機工程學還研究人的訓練?人機系統設計和開發?以及同人機系統有關 的生物學或醫學問題。對于這些研究?在北美稱為人因工程學或人機工程學?蘇聯稱為工程 心理學?歐洲?日本和其他國家稱為工效學。

人開始使用機器就構成了人機系統。第二次世界大戰期間?人們認識到對制造出來的各 種高效能的新式機器和機器系統(生產、運輸、通信、武器和航空飛行器等)進行操縱和控制 時?整體系統的工作效率在很多情況下是由其中人的活動來決定的。如雷達運行時?要求操 縱人員接收和分辨出顯示器上顯示的各種信息?根據這些信息在很短時間內作出決策和進行 操作。若雷達設備的全部潛力沒有發揮出來?至少部分原因是操縱人員不能掌握這個電子設 備的復雜操作。

經驗和教訓提醒人們?有時飛機弄錯方向墜毀?炸彈誤中友船?就是因為設計時沒有考 慮人的各種長處和短處。電子計算機發展的初期?計算機運算速度很快?輸入數據、編制程 序和打印結果很慢?機器經常處于空閑狀態?也是因為沒有考慮和研究人機接口系統和人機 功能分配等因素引起的。

人的能力和機器的潛力很好地配合?能提高管理和控制效率。隨著機械化、自動化和電 子化的高度發展?人的因素在生產中的影響越來越大?人機協調問題也就越來越顯得重要? 人機工程學就是在這樣的背景下創立和發展起來的。

在人機系統中操縱人員被看作系統中的一個元件。操作人員通過感覺器官(視、聽、觸、嗅、味)接收來自機器的信息?了解其意義并予以解釋?或先進行計算?再把結果與過去的 經驗和策略進行比較?然后作出決策。

作出決策后?人通過控制器官(手、腳等)去操縱機器的操縱器?如開關、按鈕、操縱桿、操縱盤、光筆或呼口令等?來改變機器的運轉情況。機器隨即發出新的信息?如此重復不斷。人機系統不是孤立存在的?而是存在于某種環境之中。環境特性影響人的效率和行為。環境 因素包括溫度、濕度、噪聲、照明、加速、振動、污染和失重等。

設計人機系統時?要把人和機器作為一個整體來考慮?合理地或最優地分配人和機器的 功能?保證系統在環境變動下達到要求的目標。有些人機系統能用定量的系統分析和系統綜 合的方法進行設計。一個簡單系統?如一位操縱人員和一臺機器構成的單參數跟蹤系統?操 縱人員被看作是系統中一個元件?可用定量方法?即用傳遞函數或其他數學方法近似表達操 縱人員的動態特性?建立操縱人員的準線性數學模型?用控制理論方法對操縱人員的傳遞函 數?和機器的傳遞函數進行綜合?便可得到調節品質合乎要求的穩定的人機跟蹤系統。

建立人機系統?必須考慮以下五個方面?人員選擇訓練(包括訓練設備)、設備設計、操作 程序和環境。建立復雜的人機系統?除了這五個方面外?還要考慮人機系統的系統性能、人 和機器的特性等?采用系統科學或信息科學的方法來設計和分析?然后進行系統試驗?檢查 系統性能和操縱人員操縱的難易程度。

一般說來?人機系統要反復試驗和使用才能逐漸完善。人機系統中?操縱人員是人機系 統中的主體?設計和運用人機系統時應當充分發揮人在人機系統中的能動和主導作用。設計 人員要和操縱人員密切配合?使人機系統達到要求的性能和指標?同時保證操縱人員操縱簡

便。安全舒適和提高系統工效。

人機工程學是一門年輕的科學。人機系統中人的特性、能力和限制已經有大量測試數據 可查。從系統分析角度研究人機系統?在原有設備基本不變的情況下?由于考慮了人的動態 特性而進行系統分析?再適當改動設備?就能顯著提高工效。如手動控制系統?即操縱人員 直接參與的用手連續控制的系統?在飛機、火炮、雷達、汽車、艦船和航天飛機等方面已廣 泛應用?在工業生產中也得到廣泛應用。

人機接口系統?即人和計算機之間相互作用的系統?已是電子計算機發展的必不可少的 重要組成部分。人機接口系統不僅在硬件上?而且在軟件上也取得了進展-特別是在人機對 話(或人機通信)方面?已研究出許多高級語言?正在研究采用自然語言進行人機對話?加快 人機對話的速度?提高通信效果?發揮計算機的潛力。

人機接口系統中人承擔越來越多的功能?操縱人員執行許多操作?進行人機對話?處理 大量信息?作出各種決策。指揮控制通信系統是一種多操縱人員、多臺機器的復雜的人機系 統。即使是一個非常簡單的設備?在操縱人員的問題上也會產生常規工程實踐無法解決的問 題。因此人機工程學具有重要的應用價值。

人機工程學的應用領域有電話、電傳、計算機控制臺、數據處理系統、高速公路信號、汽車、航空、航海、現代化醫院、環境保護、教育等?人機工程學甚至可用于大規模社會 系統。

第五篇：人機工程學論文

鄭州市公交車設計與改進

項目報告

鄭州公交車設計與改進

(一)前言

隨著城市的發展和現代化水平的提高，公交車作為城市公共交通的重要組成部分，不僅擔負著大眾日常交通的使命，而且從一個側面反映了該城市現代化的發展程度。公交車已經不再是簡單的代步工具，人性化、智能化成為新一代公交車發展的方向。如果公交車生產廠商能夠在設計之初就將人因工程的設計理念融入進去，那么，其產品定會在激烈的競爭中脫穎而出，贏得客戶的認可。

(二)項目介紹

此次項目結合鄭州公交車的現狀，對公交車內、外環境設計進行了基于人機工程學的研究，提出科學、合理、人性化的公交車設計新方法,方便市民生活。

針對公交車部位多研究面大的特點，我們從扶手、門窗、座椅及其他地方進行了一些改進與設計。

（三）具體內容

一、扶手

扶手是公交車上最常用的工具之一，也是發現問題最多的。下面將從高度、衛生、材料、顏色及美觀舒適等方面提出一些我們的想法，來做一些改進。（1）高度

目前，公交車車廂內扶手及欄桿基本上為無變化的豎直和水平布置，不能滿足不同身高乘客的需要?？拷Q直欄桿的乘客相對好些，無論身材高矮都還“有桿可拉”，遠離豎直欄桿的乘客就只能拉扶水平欄桿，常會出現身材較小的人夠著費力甚至夠不著的情況，而身材較高的乘客在抓握相對較低的欄桿時也會出現“使不上力”的情況。這就導致較高或者較矮的乘客在手握水平欄桿時都容易產生疲勞，在緊急制動狀況下還可能造成腕部拉傷。

鑒于此種情況，建議采用以下2種設計方案：

一是漸變式欄桿設計。欄桿不是統一的高度，而采用漸變式設計。將欄桿設計為凹凸形狀，這樣，可以盡可能地使大部分乘客抓握到。另外，還可在車內靠近通道的2排座椅椅背上端安裝固定的拉手，以方便身材較矮的乘客抓握

二是可調節式拉手設計。在水平欄桿安裝若干個拉手（類似于地鐵拉手），拉手通過一段安全帶和欄桿相聯接。安全帶的長度設計成可以調節的，這樣就方便了不同身高乘客的需要，有效避免了因緊急制動等情況對人體的傷害。

在扶手設計時，應該做到，表面無尖角，末端圓滑，全車提供扶靠設施，防滑表面。在數據上，可以參考——直徑：30-45mm 水平扶欄高度175-180cm 垂直欄桿間距離150cm或每隔兩個座位提供。（2）衛生

由于人流量大，接觸的人多，扶手處很容易滋生細菌，因此扶手的衛生就顯得很有必要了?？梢栽诶窒虏吭O計一些噴孔，通過定時裝置或觸鈕開關，消毒液就會直接將人們接觸扶手的部位進行消毒，拉手中部可以設計成透明罐狀，里面裝消毒液，外部透明部分可以作為廣告載體，既美觀實用，具有廣告性能，又可以快捷消毒，防止細菌病毒交叉感染，有利于公共衛生安全?？梢栽O計一種公交車自動消毒多功能拉手，包括固定架、拉手，固定架連接有弧形連接裝置，弧形連接裝置與拉手間固定有罐體，罐體內裝有消毒劑，與罐體連接的拉手內側開有噴孔。拉手上設置有定時裝置，可以控制噴孔定時噴射消毒液，也可以在拉手上設置觸鈕開關，控制噴孔手動噴射消毒液。罐體由內體和外殼兩部分組成，外殼為透明塑料，內體表面為流動載體，上面設計有廣告圖案。為保證廣告圖案的連續性，罐體采用圓柱形。固定架的穿孔穿過公交車扶拉桿，從而將拉手固定在扶桿上。

（3）材料

欄桿材料：采用不銹鋼復合管，這是一種新型材料，其外層采用不銹鋼材料，內層采用普通碳鋼材料，經特殊工藝復合而成。它既有純不銹鋼耐腐蝕、光亮等優點，又具有碳鋼價格低、強度和鋼度好等長處，是替代純不銹鋼的理想材料。

拉手材料：1.采用進口PC原料生產，韌性好,永不破碎,更堅固、更美觀；2.連接帶采用汽車安全帶材料，四條紋高密度，兩頭無縫連接，更堅固、耐用；3.采用改進型倒掛式夾具設計，雙螺栓,更牢固、更可靠；4.采用鍍鋅，防銹，防松螺母螺絲，更安全，更持久

(4)顏色

現在公交扶手大部分都是黃色。一般黃色有表示警示提醒之意，公交車的設計應注重人性化設計，黃色部位表示不宜接近部位，防止乘客夾傷等。以前小的客車用銀色的只是起到防銹或美觀作用，而現在用黃色，除了起到防銹，美觀作用外，還有警示作用。(5)美觀舒適

扶手的形狀及色彩的豐富性對乘客有著很大的影響，美觀、可愛的扶手總是會讓乘客有一個好的心情?，F在很多扶手上都有商家廣告，可以利用這一點，比如說制造個性的扶手，如下圖：

也可以裝扮上可愛的圖像，如下圖：

這些不僅讓乘客感覺而舒適，而且對商家的也是一種有效地宣傳。

二、門窗

門窗是公交車最重要的地方，不僅涉及到乘客上下車及空氣流通，更更重要的是在危急時刻能夠順利逃生。現在來往穿梭的空調公交車基本上都是全封閉的，只有少量的幾個狹小的換氣窗口，成人絕對是不可能鉆出來的！而大幅面的鋼化玻璃窗，在車內乘客遇險時是根本不可能砸開的！就算備有什么安全鐵錘什么的，也沒有用，當濃煙或火焰一下子騰起，誰能在幾秒鐘內取下錘子，而且還要完成一錘敲破鋼化玻璃車窗的艱難任務！我想就是受過專業訓練的人士也很難一錘敲出生之孔洞！何況普普通通的市民百姓呢！上面提到的安全錘其實只是一個很小的部分，但公交車的安全設備配備的問題之嚴重，是我們所有人都沒有認真想過的。

除了從窗戶逃生外，除了司機座位邊上的那個門外，另兩個門在出現燃燒等事故時，因為控制電路被燒壞，基本上就無法打開而成為逃生的出口。任何一個裝載大量人員的車輛或建筑，首要考慮的必須是安全，安全中的一個最后的防線是人員撤離和逃生。因為當所有的安全措施都失效時，逃生就是一個最后的安全方案。但我們現在的各種公交車輛除了象征性的滅火器和敲碎玻璃的安全錘外，沒有其他的了。

對于一些大型空調公交車，手動打開兩個上下乘客的車門應該是一個基本配置，但事故發生的這輛車關火后，車門無法打開。而其他的公交車，所曾經發生車輛自燃的南京公交車當時的女司機介紹說，她當時先要放掉控制車門的氣壓，然后再怎么怎么，這些措施根本不實用。一個，在緊急情況下，根本沒有時間做這種操作;二，如果沒有專業人員，普通乘客根本就不知道這種操作。公交車門窗改進方案：

1、車窗全封閉，有必要改裝成可推拉式車窗！

密閉式車窗要求車窗附近要配備安全錘，但安全錘失竊現象非常嚴重，對空調車車窗實施改造，最好將原有的固定式車窗改造為2至6個內置推拉式車窗，以適應緊急狀態下乘客疏散需要。雖然窗口通過面積有所減少，但是根據我們的實驗，一般情況下，成人用肘部撞擊就可以打碎推拉式玻璃窗。

2、有些車門不能正常打開，有必要檢查修理！

公交車必須有在緊急情況下，有類似于民航飛機上逃生安全門那樣的設計，讓乘客可以很快打開車門，在最短的時候內逃生的設計。而且很重要：這種逃生門不應該只有上下客的車門有，在車輛的另一側也應該安排兩個逃生門。公交車安全門

飛機的安全門

3、車內救生錘形同虛設，有必要按標準配齊！

按照原車輛的標準，每臺車都將配齊8個消防錘。在消防錘后面加一條軟鋼絲，或者加一條鏈子，固定在車身上。長度既不影響救生時，需要砸碎相鄰車窗玻璃的長度。又能防盜。若鋼絲或鏈子長度過長，可以盤好用尼龍卡固定，既方便取用，又不影響美觀。（如圖）。四、一些欄桿扶手安裝不恰當，應該撤除

所以說，車輛本身的安全配置，在城市公交車中是應該被認真考慮的問題，而這一點是怎么被我們的有關部門去思考的呢?乘客逃生是中國國內目前使用的所有公交車輛的一個通病。公交車在變大，核定載客人數在增加，幾年前，當北京出現公交車的航母時我們曾經高興與激動過，但安全的因素誰想過呢?希望通過這次事件，我們的公交車生產標準能把人的安全因素考慮得更多，特別是逃生裝置的設計，希望有更多的逃命的保

三、座椅

公交車座椅分為駕駛員座椅和乘客座椅

駕駛員座椅是現有公交車輛最應該改進的部分，因為現有駕駛員座椅只是滿足簡單的坐的功能，長時間連續駕駛時駕駛員腰部很容易疲勞，多年駕駛公交的駕駛員很多因腰椎、胸椎得不到有效的支撐而患有程度不同的職業病。座椅設計的原則就是保證駕駛員在長時間駕駛過程中能夠感到舒適，減少職業病和安全事故發生的概率。在坐姿狀態下，支持人體的主要結構是脊柱、骨盆、腿和腳等。根據人因工程研究的結果，根據人體數模結果，可得到高靠背椅的參數范圍：靠背傾角（與水平面）范圍為95°～110°，高度應達到肩部，范圍為52～56 cm，寬度約為48 cm，且靠背角度、座椅高度均可調節，以滿足不同身高駕駛員操作的需求。值得注意的是，不要一味考慮舒適而將座椅傾角隨意加大，由于公交車車身高大，過大的靠背傾角將產生視野盲區，導致駕駛員看不見較低位置的路況和車況。

汽車總布置中提出的性能要求，如乘坐舒適性、視野性、操縱方便性、手伸及性、上下車方便性等，都是以人為中心提出的。而決定人的關鍵基準是H 點。由此可見，H 點在汽車布置中占有極重要的位置。H點的選取直接影響汽車的總體布置性能，是確定與駕駛員操作方便、乘坐舒適等相關的車內尺寸的基準。在我國，由于沒有合適的人體數據及工具且缺乏設計經驗，若要進行人體工程設計則只能借助于美國SAE 的方法和工具。但這種方法也有一定的缺點：

1、推薦的 H點位置的考慮因素是人體坐姿舒適性,考慮的因素單一。

2、推薦的H點位置是依據SAE公布的人體數據給出的,不適用于中國人體。

根據 A、B 兩類汽車的適宜座椅位置計算公式即駕駛員H點離拇指基準點的水平距離X

其中應該注意的是：

1、A、B兩類汽車是根據 H點高度和方向盤的直徑來劃分的

2、計算公式中未體現X 與方向盤尺寸的函數關系，然而汽車方向盤的大小是制約座椅設計的重要因素。

3、如果 H點設計高度Z=404mm 此時應該采用 A類汽車的計算公式，可得出H點距拇指基準點的水平距離為X=790mm如果 Z=405mm則應該采用B類汽車的計算公式，可得出H點距拇指基準點的水平距離為X=618mm，兩個計算結果相差172mm，是高度差1mm的172倍。故可以說明此算法存在一定的缺陷。確定H點位置的行之有效的方法還有待進一步解決。

公交車駕駛員較小型汽車駕駛員的施力要大,受反作用力也就相對要大。如果不能保證力的有效傳遞，則駕駛員很易受到身體損傷。傳統的座椅設計并沒有考慮這個環節，如果H點的高度選取偏大，則X值較小，此時拇指基準點,膝關節點連線的延長線與座椅靠背的交點位于肩靠點之上，導致踩踏板時發揮不了肩靠的作用。

出于人機工程學的考慮，必須保證拇指基準點、膝關節點、坐椅靠背的肩靠點三點共線。乘客座椅

現有公交車乘客的座椅在腰部幾乎沒有設計。導致乘客在乘坐公交車時總有不舒適的感覺。應從人體坐姿舒適性入手來設計。最舒適的坐姿是臀部稍離背向前移，使上體略向后傾斜，保持體腿夾角在 90°~115°之間，小腿向前伸，大腿和小腿，小腿和腳面之間也有合適的夾角，如圖所示。

乘客保持坐姿時，座椅各部位的受力合理分布

另外座椅的設計還應該保證乘客有良好的體壓分布，在靠背上的體壓分布：靠背上的體壓分布應當是腰靠部位最高。所以設計座椅靠背時應保證腰靠區能為人體提供舒適的支撐，以減輕腰部疲勞。座墊上的壓力分布應當是坐骨結節處最大，由此向外逐漸減小，直至與座墊前緣接觸的大腿下平面壓力最小，所以設計座椅座墊時，應保證坐骨下面的座面近似水平，使人體重量的大部分集中在坐骨結節處，達到最佳體壓分布，減輕臀部疲勞。乘坐舒適性是一個系統的概念，座椅只是其中的一個環節，要達到很好的乘坐舒適性，還必須依靠舒適的底盤和舒適的車內布置等。另外座椅在顏色、造型等方面應滿足整體式內飾的特點，應與乘客區內其他部分同時設計以達到渾然一體的效果。

乘客座椅設計：

在具體的設計原則和參數上同駕駛員座椅類似，但椅背傾斜度可稍小些。一方面，公交車乘客的乘坐時間相對較短，無需較大的傾角來倚靠休息；另一方面，較大的傾角勢必造成前后座椅之間的距離增加，從而大大減少車廂內座椅的數量。另外，椅背和坐板邊緣宜采用圓弧設計，盡量不要出現棱角，以免在緊急制動過程中導致乘客特別是站立乘客劃傷

由于公交車底盤較低，使得車輪正上方形成較大的凸起，因此，車輪正上方的座椅可以適當加以調整，以方便乘客放腳。在寬大的車身中部，可以設置一豎排形同火車臥鋪車廂座椅的可收縮座椅，面向車門，當乘客較少且有大件物品時，座椅就可以收縮起來，以方便存放物品，當乘客較多時，可將座椅放下，供乘客乘坐。而且這些地方可以照顧坐輪椅的殘疾人。

四、其他方面的改進與設計

1、造型

有些造型師試圖在公交車的外觀造型設計上仿效高檔旅游客車，過分追求流線外型，這不僅會增加制造成本，而且也是不必要的。主要原因是公交車運行速度較低“空氣阻力相對較小。另外過大的前風窗后傾角不僅沒有必要，還會減小車內空間。由于公交車地板高度較低” 所以側窗下沿也較低" 側窗高度較大，可以擴大乘客的視野。（側窗上下沿高度可從滿足乘客視野舒適性的要求加以確定）為了讓駕駛員更好地觀察站臺乘客，特別是小孩情況，盡可能地消除盲區，乘客門玻璃幾乎需要上下貫通。

2、外飾

公交車外飾是最能給人視覺沖擊的，最能體現人性化。獨特、美觀的外飾圖案現已成為用戶的一個重要追求目標。公交車的色調設計應從城市自身特點出發，在城市整體規劃的基礎上設計出公交車的主要線路色調。例如北京、西安等城市的公交車是按照東西南北四個方向設計不同顏色的，上海是根據商業區，經濟區等劃分的。鄭州的公交也應該有自己的特色。另外，需要注意的是，車尾最好無廣告，即使有也應采用一些色彩不太鮮艷，或者不太吸引眼球的廣告以免分散后方車輛駕駛員的注意力。

3、駕駛區設計

公交車駕駛室是一個典型的人—機—環境系統的交互界面，是駕駛員與汽車之間進行信息傳遞的通道。在此區域內，駕駛員通常必須長時間全神貫注的工作。在駕駛室中常會出現使駕駛員分心的事，特別是由于公交車的特殊性，駕駛員需久坐于駕駛室并且往返于同一條線路，極易產生疲勞和煩躁的情緒。為此，駕駛室中各種操縱器必須放在駕駛員能觸及的范圍內，并且容易識別，使用方便、輕巧。而顯示器必須能使各種身材的人在任何時刻都能看得見。分布在地板上的各種踏板，不用眼即可找到并識別。座椅的設計，駕駛員的視野范圍是否符合人機工程學原理等諸多因素都將直接關系到駕駛員的舒適、健康和安全，也就間接影響到乘客的安全。

4、乘客區設計 公交車乘客區是公交車的主體，是移動著的休息室，是乘客暫時休憩的場所，內部設置應體現人、車、環境的協調，美觀大方，具有時代氣息。地板和車門踏步的高度要盡可能低，以滿足乘客安全、方便、快捷上下車的要求。另外乘客座椅、座椅布局、橫梁、玻璃窗等的設計也是保證乘客舒適性和安全性的重要一環。

5、后視鏡

后視鏡是駕駛員觀察次數最多的汽車部件，它充當著駕駛員“后眼”的角色；然而，現在很多公交車的后視鏡設計并不合理，特別是遠離駕駛員一方的后視鏡。據調查，大部分駕駛員都需要將身體調整一定的角度（根據身高）才能不受右A柱的影響。雖然現在不少公交車都安裝了電子攝像頭，輔助駕駛員更好地觀察后門乘客上下車的情況，但不少駕駛員還是習慣性地借助后視鏡來判斷。更重要的是，右后視鏡是駕駛員觀察進出站、乘客上下車情況及后面來車情況（公交車速度較慢，容易被超車）的主要工具，同時也是公交車及時避讓它車超車、并線的工具。因此，后視鏡的角度和大小應根據駕駛員的身體數據及駕駛習慣確定。由于公交車車身寬大，右后視鏡應選用變弧度大面積的鏡片，同時，應在儀表盤附近安裝機械或者電子裝置，使駕駛員在座位上就能夠調節右后視鏡的角度，方便不同駕駛員操作。另外，遇到下雨時，后視鏡常常會被雨淋得很模糊，導致駕駛員只能看到后車的大致輪廓，且不易分清遠近，造成一定的安全隱患。因此，在設計之初就應考慮這一情況，對于中低檔公交車，可為其后視鏡安裝一個雨擋，材料和具體參數因車型而異，對于高檔公交車，可使用 加熱裝置，通過加熱將后視鏡的水氣蒸發掉，這種方式較前者有效，但成本較高。

6、空調

現在的公交車一般將空調通風口設計在乘客座椅的正上方，空調一旦開放，冷空氣將直接吹向乘客的頭部，時間一長，難免引起頭部不適。若將通風口進行調整，勢必會對周圍的乘客產生影響。因此，可將通風口設計為面對中間過道，且開口可在水平面內360°調節。

7、一些小件的安放

隨車的一些清掃工具如掃帚、拖把、垃圾箱在車內沒有固定的存放位置，特別是垃圾箱，在車身搖晃的時候會移動。其實，可在車內使用率很低的區域如靠近后門的座椅下部（無后排乘客），根據常用工具的尺寸單獨設計儲物倉及垃圾箱固定裝置。

（四）總結

這次的項目，我們團隊進行的詳細的討論及具體的分工，并查閱和參考了很多資料，共同完成了這篇項目報告。關于公交車改進的問題，只要我們留心去觀察、去思考，還會發現很多。不僅公交車，生活中的其他物體都是一樣的道理。以人為本，科學設計，才能使機器更好地為我們服務,更好的方便生活。善于思考，大膽創新，學為所用，并用之于實踐中去，才是我們學習的目的。