基于人机工程学的竞速轮椅研究

论文摘要

残疾人体育运动是一种特殊的体育运动,至今已有50多年的历史了。它的主要目的不仅仅是为了比赛,更重要的是通过体育运动把残疾人从病房和家庭中解放出来,走向社会,享受与健全人同等的待遇。随着社会的文明与进步,已经有越来越多的残疾人参与各种体育比赛,给体育运动的意义与美赋予了新的价值,使他们能像正常人一样享受生活的乐趣。轮椅运动是肢残人士从事的体育活动,对参加体育活动和体育比赛的许多运动员来说,轮椅是必不可缺的辅助工具。轮椅竞速运动是起源最早的一项残疾人体育项目,我国残疾人占世界残疾人总数的六分之一,其中肢残人士755万人。目前国产竞速轮椅大多笨重落后,对于大型的国内外体育赛事,我国的残疾人运动员仍然采用进口轮椅,不仅成本高,而且不适合中国人体型的需求。因此,设计出高质量、高性能的竞速轮椅,让我国的残疾人运动员使用国产的竞速轮椅参加国际比赛并创佳绩,是一项具有重大现实意义的任务。本文首先对现有的国产竞速轮椅进行了深入的现场调研,分析了它的材料和结构。基于中国人的体型特点,运用人机工程学原理设计出一款专供体育比赛使用的轻便灵活的竞速轮椅和一款专供锻炼身体使用的舒适美观的竞速轮椅;对两款竞速轮椅进行了有限元计算分析;在CATIA软件的人机工程模块下建立了竞速轮椅的三维中国人体模型,对两款竞速轮椅分别进行了人机工程评价;最后应用虚拟样机技术,建立了竞速轮椅的仿真模型,进行了动力学仿真,并分析了它的稳定性和平顺性。希望通过我们的努力,国内也能生产出具有良好的稳定性和灵活性,性能优良和坐姿舒适的的竞速轮椅,提高我国残疾人的体育比赛成绩和参加体育娱乐活动的信心,为我国的残疾人体育运动事业做出一点贡献。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 一、课题的研究背景
• 二、残疾人体育运动及竞速轮椅的历史、现状与发展
• 三、本课题的意义、来源和研究的主要内容
• 第一章 竞速轮椅的设计
• 1.1 竞速轮椅设计中的人机工程学
• 1.1.1 人机工程学简介
• 1.1.2 人机工程学的研究内容
• 1.1.3 竞速轮椅设计中的人机工程学
• 1.2 竞速轮椅的设计原则
• 1.2.1 轮椅竞速运动动作的特点
• 1.2.2 竞速轮椅的设计原则
• 1.3 竞速轮椅的设计
• 1.3.1 竞速轮椅材料的选用
• 1.3.2 座椅参数的选取原则和确定
• 1.3.3 竞速轮椅的结构设计
• 本章小结
• 第二章 竞速轮椅的有限元计算分析
• 2.1 有限元分析基础
• 2.1.1 有限元分析的理论基础
• 2.1.2 Pro/MECHANICA 软件介绍
• 2.2 竞速轮椅的有限元分析
• 本章小结
• 第三章 竞速轮椅设计中的人机工程评价
• 3.1 CATIA 的人机工程学模块介绍
• 3.2 人体模型的建立
• 3.2.1 人体模型数据
• 3.2.2 三维人体模型的建立
• 3.3 竞速轮椅设计中的人机工程评价
• 3.3.1 作业空间的合格性
• 3.3.2 人体运动姿态分析
• 本章小结
• 第四章 竞速轮椅的动力学分析
• 4.1 竞速轮椅的平稳性分析与评价
• 4.1.1 竞速轮椅的失稳翻倾
• 4.1.2 竞速轮椅的平稳性计算
• 4.2 机械系统动力学分析与仿真
• 4.2.1 机械系统动力学分析与仿真
• 4.2.2 虚拟样机技术
• 4.2.3 机械系统动力学分析与仿真与功能虚拟样机
• 4.3 ADAMS 软件介绍
• 4.4 竞速轮椅虚拟样机的建立
• 4.4.1 竞速轮椅仿真模型的建立
• 4.4.2 动力学仿真分析
• 4.5 竞速轮椅行驶平顺性的评价
• 4.5.1 车辆舒适性评价的研究状况
• 4.5.2 竞速轮椅的行驶平顺性分析
• 4.5.3 竞速轮椅的综合振动舒适度评价
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 竞速轮椅工程图
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢