基于骨骼关节识别的拖拉机驾驶室座椅舒适度评价

摘要

为优化拖拉机驾驶室座椅设计,减轻驾驶员作业负担,提高作业效率,解决我国拖拉机在驾驶室座椅舒适性方面技术基础研究不足的问题,提出一种基于骨骼关节识别的拖拉机驾驶室座椅舒适度评价方法。首先,在对拖拉机座椅舒适性影响因素分析的基础上选取人体坐姿关节角为研究因素,在配备不同座椅的两种拖拉机上利用消费级深度相机Kinect v2进行8组驾驶动作捕捉试验,获得了在不同驾驶动作下精确度为0.01°的关节角信息;然后,将关节角数据导入人体建模仿真分析软件Jack中得到人体模型,根据不同的驾驶动作进行了关节力矩仿真及下背部受力仿真,分析得到人体舒适度结果;最后,基于层次分析法构建了拖拉机座椅舒适度评价指标层次结构模型,确定各指标权重并进行一致性检验,对涉及的所有指标的原始数据进行处理并计算得到座椅舒适度的综合评价结果。仿真结果表明,相比于普通座椅的拖拉机,在配备基于人机工程学座椅的拖拉机上作业时,人体模型动作完成能力增加10个百分点且无关节不适的情况,其腰部关节处的压力在驾驶姿势下可以有效减少80 N,在扭转姿势下可以有效减少370 N,并且腰部所受的侧向剪力也有所减小,证明了人体模型在此拖拉机座椅上的舒适度更高。通过分析座椅舒适度评价矩阵,可以得到根据人机工程学设计的座椅舒适度优于普通座椅。依据骨骼关节识别方法的评价结果与根据层次分析法分析的结果一致,证明了基于骨骼关节识别的拖拉机驾驶室座椅舒适度评价方法的可行性与有效性。该评价方法可为拖拉机驾驶室座椅人机工程学研究及准确高效地优化拖拉机座椅设计提供参考依据与指导对策。