發(fā)布時(shí)間：2020-11-19 21:00

　　 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(xiàng)操作。航天員對(duì)于機(jī)械臂的操控是通過艙內(nèi)操縱臺(tái)上的力反饋操縱手柄實(shí)現(xiàn)的。太空艙操控手柄是航天員與機(jī)械臂操縱臺(tái)接觸的重要媒介,是實(shí)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(shí)。如果在操控手柄的設(shè)計(jì)過程中忽視人機(jī)工程學(xué),可能會(huì)形成諸多暗含的傷害和危險(xiǎn);反之,注重操控手柄人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì),不僅有助于滿足使用舒適、操作高效的設(shè)計(jì)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(jì)理論,總結(jié)了手柄的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)理論依據(jù),并將此理論融入太空艙操控手柄的設(shè)計(jì)和仿真中。以下為本文重點(diǎn)研究內(nèi)容:首先,分析航天員-操縱臺(tái)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(jì)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(tái)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(tái)、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(jì)原則和設(shè)計(jì)要素。其次,按照設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)出多個(gè)符合人機(jī)學(xué)的手柄方案。針對(duì)三種不同的操縱臺(tái)布局方式分別進(jìn)行操控手柄的設(shè)計(jì)。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(jì),論述每種設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)靈感及尺寸說明。再次,借助軟件開展操縱臺(tái)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(duì)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(duì)比出何種操作方式是最舒服的;建立手的模型,將各設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)方法,從多種手柄設(shè)計(jì)方案中篩選出最合理的方案。確定手柄的評(píng)價(jià)指標(biāo),采用多目標(biāo)多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)法創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型,借助專家打分法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,用計(jì)算機(jī)語言編寫相關(guān)程序,對(duì)方案的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分,通過對(duì)比各方案評(píng)分結(jié)果,從中挑選出最優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)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(dòng)模式、手動(dòng)增強(qiáng)模式、單關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)模式、直接驅(qū)動(dòng)模式以及備份驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)

如圖1.2 所示。(a)移動(dòng)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(tái)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(shí)驗(yàn)艙遠(yuǎn)程機(jī)械臂 JEMＲMS安裝在國際空間站日本實(shí)驗(yàn)艙段。航天員根據(jù)反饋的實(shí)時(shí)視頻圖像，通過艙內(nèi)操作臺(tái)相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì) 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(shí)驗(yàn)艙遠(yuǎn)程機(jī)械臂 (b)機(jī)器人操作臺(tái)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(shí)踐研討開始的時(shí)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(shí)的資料，他們只給出了手部的動(dòng)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(shí)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(tái)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(huì)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(shí)人機(jī)交互要素對(duì)施力、肌肉收縮速度和忍耐力的影響。有臺(tái)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(yàn)
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2890436