[发明专利]一种用于装备设计与评价的智能人台建立方法

说明书

技术领域

本发明涉及军事领域，特别是关于一种综合三维数字人体建模及参数化调控、运动仿真控制、单兵装备参数化建模及模型库搭建、人机评价于一体的用于装备设计与评价的智能人台建立方法。

背景技术

上世纪80年代中后期以来，各发达国家竞相发展“士兵系统”，但是目前各国士兵系统还存在大量的人机工程问题，主要是由于未能从系统工程的角度充分考虑复杂人机系统在人性化、智能化需求方面进行原理设计，导致士兵处于被动接受的地位。以我军某型号头盔为例，在实际佩戴过程中士兵普遍反映存在不协调、不舒适的工效问题：例如盔戴显示器在眼前的遮挡会影响士兵对战场环境的观察效果，安装支架需方便上翻并提高上翻角度；头盔帽檐较低，影响士兵的眼动最大视域。因此，建立一种有效地用于装备设计与评价的智能人台的方法，即“单兵装备人机工程智能人台”，并将其用于军队实战中对于提升士兵对战场的适应性以及减少周期和成本具有重大的意义。

国外此类技术大多不支持人体模型的导入导出，例如西门子公司的Jack软件虽能导入STL格式但是无法驱动。此外，国外同类评价方法开发费用高、周期长，市场价昂贵，Jack从1995年开始研发，投入数百万美元，教育版市场价25万元人民币，而商务版含升级维护费约75万元；美国爱荷华大学虚拟士兵中心的SANTOS从2003年开始研发，累计投资1800万美元。现有国外同类产品采用的人体数据库多以国外数据为主，不符合我国人体体型、生理特征，时效性差。相比较而言，国内同类产品采用的人体模型不准确，大多是基于一维测量数据，参数化程度不足。我军单兵装备长期依赖二维设计、实物适用和主观评价，大量适体性、工效性和耐受性的问题无法所见即所得，重复和浪费现象严重。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够全面系统地完成单兵装备人机工程建模、运动仿真和综合评价的用于装备设计与评价的智能人台建立方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于装备设计与评价的智能人台建立方法，其包括以下步骤：1）构建真实的三维数字士兵参数化模型，并对人体的高矮、胖瘦以及百分位进行调控；2）单兵动作运动仿真控制；3）单兵装备参数化建模及模型库的搭建；

4）在现有标准、计算模型和自主实验数据的基础上，用于对单兵进行几何工效评价、生物力学分析评价、负荷代谢分析评价以及综合作战效能模糊评价，得到被测评单兵装备在人机效能方面的评估结果，从而有效地改进单兵装备的设计。

所述步骤1）构建真实的三维数字士兵参数化模型，并对人体的高矮、胖瘦以及百分位进行调控的具体过程为：1.1）将整个人体进行节段划分；1.2）对百分位数人体模型进行缩放，完成对人体的高矮、胖瘦、百分位的调控；1.3）构建真实的人体模型。

所述步骤2）的单兵动作运动仿真控制，包括以下步骤：2.1）记录典型姿势下的关节角度，典型的单兵姿势，并将各姿势以及相应的关节角度以数据文件形式存储，通过数据文件索引方式存储到作战姿势库中；2.2）采用基于运动捕获的方法实时对单兵动作进行采集，完成单兵动作的动态仿真。

所述步骤5）中的几何工效评价包括可达性包络面、体表可达等级划分、可视域和重心计算；生物力学分析评价包括姿势舒适性分析、搬运受力分析、快速上肢分析、手工操作极限分析和下背部受力分析；负荷代谢分析评价包括任务负荷评价、新陈代谢分析和疲劳恢复分析。