空間站是迄今為止規(guī)模最大的航天器,體現(xiàn)著現(xiàn)代航天領(lǐng)域最全面、最復(fù)雜、最先進(jìn)和最綜合的科學(xué)技術(shù)水平。在空間站的探索進(jìn)程中,需要借助空間站機(jī)械臂完成多項操作。航天員對于機(jī)械臂的操控是通過艙內(nèi)操縱臺上的力反饋操縱手柄實現(xiàn)的。太空艙操控手柄是航天員與機(jī)械臂操縱臺接觸的重要媒介,是實現(xiàn)人機(jī)交互的界面。操控手柄雖為簡單的元器件,卻包含許多人機(jī)工程學(xué)的知識。如果在操控手柄的設(shè)計過程中忽視人機(jī)工程學(xué),可能會形成諸多暗含的傷害和危險;反之,注重操控手柄人機(jī)工程學(xué)設(shè)計,不僅有助于滿足使用舒適、操作高效的設(shè)計需求,還有助于保障太空艙的安全、手柄性能的充分發(fā)揮等。本文通過研究人機(jī)工程學(xué)設(shè)計理論,總結(jié)了手柄的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計理論依據(jù),并將此理論融入太空艙操控手柄的設(shè)計和仿真中。以下為本文重點研究內(nèi)容:首先,分析航天員-操縱臺的人機(jī)系統(tǒng),提出了太空艙操控手柄的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計理論基礎(chǔ)。從人機(jī)系統(tǒng)的角度分析了航天員的行為原理和操縱臺的基本結(jié)構(gòu)及布局。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)理論,結(jié)合操縱臺、手柄和按鍵的結(jié)構(gòu)特性,提出其人機(jī)工程學(xué)設(shè)計原則和設(shè)計要素。其次,按照設(shè)計流程設(shè)計出多個符合人機(jī)學(xué)的手柄方案。針對三種不同的操縱臺布局方式分別進(jìn)行操控手柄的設(shè)計。按照草圖繪制階段、分析建模階段、渲染效果圖階段以及三維打印階段的流程進(jìn)行設(shè)計,論述每種設(shè)計方案的設(shè)計靈感及尺寸說明。再次,借助軟件開展操縱臺的人機(jī)學(xué)仿真和手柄尺寸適宜性分析。建立操作環(huán)境模型、三維人體模型,分別對三種操作姿勢進(jìn)行視野、手伸及界面、姿態(tài)舒適度的分析,對比出何種操作方式是最舒服的;建立手的模型,將各設(shè)計方案進(jìn)行抓握模擬仿真,判斷各方案的尺寸及形態(tài)是否符合人手的生理結(jié)構(gòu)。最后,建立了一種科學(xué)的綜合評價方法,從多種手柄設(shè)計方案中篩選出最合理的方案。確定手柄的評價指標(biāo),采用多目標(biāo)多級模糊綜合評價法創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型,借助專家打分法確定各評價指標(biāo)的權(quán)重,用計算機(jī)語言編寫相關(guān)程序,對方案的各個評價指標(biāo)評分,通過對比各方案評分結(jié)果,從中挑選出最優(yōu)秀的設(shè)計方案。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V423
【部分圖文】：

航天員通過艙內(nèi)機(jī)器人工作站操作 SRMS，操作模式包括自動模式、手動增強(qiáng)模式、單關(guān)節(jié)驅(qū)動模式、直接驅(qū)動模式以及備份驅(qū)動模式。操作手柄如圖 1.1 所示。圖1.1SRMS 系統(tǒng)構(gòu)成2.加拿大 MSS 機(jī)械臂加拿大的移動服務(wù)系統(tǒng) MSS 用于國際空間站的搭建和維修等任務(wù)，主要由活動

如圖1.2 所示。(a)移動服務(wù)系統(tǒng) (b)空間站遙控機(jī)械臂系統(tǒng)(a)專用靈巧機(jī)械臂 (b)機(jī)器人操作臺圖1.2加拿大 MSS 系統(tǒng)3.日本 JEMRMS 機(jī)械臂日本航天局 JAXA ( 原來的 NASDA) 研制的日本實驗艙遠(yuǎn)程機(jī)械臂 JEMＲMS安裝在國際空間站日本實驗艙段。航天員根據(jù)反饋的實時視頻圖像，通過艙內(nèi)操作臺相關(guān)設(shè)備實現(xiàn)對 JEMRMS 的操作控制，如圖 1.3 所示，此外，近年來 JEMRMS 也可以通過地面遙操作的方式進(jìn)行控制。

7(a)日本實驗艙遠(yuǎn)程機(jī)械臂 (b)機(jī)器人操作臺圖1.3日本 JEMRMS 系統(tǒng)（2）國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國的現(xiàn)今人機(jī)工程學(xué)的思想和實踐研討開始的時間與海外相比較遲一些。1990 年代，我國人機(jī)工程學(xué)領(lǐng)域?qū)W者才逐步確定人機(jī)工程學(xué)的結(jié)構(gòu)體系、內(nèi)容與研究辦法。但還沒有總結(jié)出詳細(xì)的手柄的人機(jī)學(xué)分析與研究。查閱當(dāng)時的資料，他們只給出了手部的動態(tài)和靜態(tài)人體測量學(xué)長度、生物力學(xué)參考數(shù)值，提出了一些日常作業(yè)器件的分類。新時代機(jī)器加工遵照通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，手柄的規(guī)范隨之逐步標(biāo)準(zhǔn)化。1974 年 1 月，上海市第一機(jī)電工業(yè)局提交，上海機(jī)床附件六廠和上海機(jī)床廠起草，最終由中華人民共和國第一機(jī)械工業(yè)部頒布施行了手柄 JB1332-1363。該規(guī)范闡明了應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域的所有手柄的長短、材質(zhì)和加工工藝等。查閱眾多人機(jī)學(xué)資料發(fā)覺香港和臺灣地區(qū)關(guān)于手柄的探究較多，其范圍輻射到工業(yè)生產(chǎn)和社會生活等范疇。香港大學(xué)制造工程管理系的學(xué)者探究了在抓握和捏握時人機(jī)交互要素對施力、肌肉收縮速度和忍耐力的影響。有臺灣學(xué)者家庭烹飪中常用的鍋鏟手柄展開了人機(jī)工程學(xué)試驗
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉宏;蔣再男;劉業(yè)超;;空間機(jī)械臂技術(shù)發(fā)展綜述[J];載人航天;2015年05期

2 溫世燕;;高職學(xué)生頂崗實習(xí)的模糊綜合評價模型構(gòu)建[J];產(chǎn)業(yè)與科技論壇;2015年11期

3 謝彪;王小騰;邱俊峰;林潤雄;;光固化3D打印高分子材料[J];山東化工;2014年11期

4 雷瑋;錢曉路;孫曉春;李文婕;虞聰;;腕管綜合征患者疾病嚴(yán)重程度及影響因素調(diào)查分析[J];護(hù)理學(xué)雜志;2014年18期

5 歐陽昭連;杜然然;郭柯磊;陳薇;池慧;;微創(chuàng)手術(shù)療法的綜合效益量化評估[J];北京生物醫(yī)學(xué)工程;2014年03期

6 王修春;魏軍;伊希斌;張晶;尚開;王黔;;3D打印技術(shù)類型與打印材料適應(yīng)性[J];信息技術(shù)與信息化;2014年04期

7 徐清俊;董昊;楊茵;代占朝;陳靜芳;;人機(jī)工程學(xué)在拖拉機(jī)換擋操縱裝置中的應(yīng)用[J];拖拉機(jī)與農(nóng)用運輸車;2013年05期

8 王殊軼;余傳意;張朋;張敏燕;;基于表面肌電信號的超聲探頭人因設(shè)計評價研究[J];人類工效學(xué);2012年01期

9 焦景波;王玉生;楊凱;;基于模糊層次分析法的防空兵作戰(zhàn)指揮決策能力評估[J];艦船電子工程;2011年10期

10 張凱鋒;周暉;溫慶平;桑瑞鵬;;空間站機(jī)械臂研究[J];空間科學(xué)學(xué)報;2010年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 趙志剛;空間站機(jī)械臂轉(zhuǎn)位控制與振動抑制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

2 顏聲遠(yuǎn);火電廠主控室人機(jī)界面虛擬評價方法[D];哈爾濱理工大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 曾善文;基于FDM的掃描路徑分析與研究[D];西南交通大學(xué);2017年

2 閆蕾;基于數(shù)字人手模型虛擬評價技術(shù)的按摩器可用性設(shè)計[D];天津工業(yè)大學(xué);2017年

3 田林枝;高速列車司機(jī)控制器手柄工效學(xué)研究[D];北京交通大學(xué);2015年

4 馮晶晶;基于人機(jī)工程學(xué)的壓力機(jī)安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

5 趙鵬睿;電氣控制柜的人機(jī)工程學(xué)評價與設(shè)計[D];華北電力大學(xué);2013年

6 彭衛(wèi)繪;氣動汽車人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用研究[D];南京理工大學(xué);2013年

7 郭晶晶;基于人機(jī)工程學(xué)的下肢康復(fù)器械設(shè)計與仿真評估[D];太原理工大學(xué);2010年

8 周小舟;手持式日用產(chǎn)品的觸覺設(shè)計研究[D];西南交通大學(xué);2010年

9 吳佳麗;基于有限元法的氣釘槍手柄形態(tài)人機(jī)評價及改良設(shè)計[D];浙江工業(yè)大學(xué);2008年

10 許忠華;火電廠控制室顯控系統(tǒng)人因評價研究與應(yīng)用[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

本文編號：2890436