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虚拟现实环境下动作分析与人因工效评价方法研究

作　者: 王海燕
导　师: 李仁旺
学　校: 浙江理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 虚拟人 动作捕捉 逆运动学 人机工效 模糊层次分析法
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


随着现代计算机技术的发展，虚拟现实技术在现实中也得到了广泛应用，而人机工程学是在构建便于人们操作的作业环境的基础上，将操作员工、机器设备、作业环境作为一个统一的整体来研究，以此来使作业人处于一个健康、高效、舒适的工作状态。本论文主要是基于人因工效学的操作者的动作捕捉技术与人因工效评价方法的研究，同时针对某厂中的生产线员工的人体尺寸、工作环境、操作动作进行调查研究，根据所收集的人体数据在Jack软件中通过模型重用、基于特征参数调整等方法来快速生成所需百分度的三维人体模型；同时建立所需三维环境。运用Kniect运动捕捉设备对一线员工的操作动作进行运动捕捉，并将捕捉的运动数据进行数据重组分析，并将该重组数据运用到Jack软件的人体评价中，以替代现场、视频和图像的动作分析方法，达到实时、准确的人因工效分析效果，然后根据其重组数据进行模拟仿真。然后提出模糊评价方法，对其进行作业工效评价，最后将其评价方法与仿真结果进行对比分析，得出结论。其主要内容为：首先，概述了课题的研究背景及意义，并对本研究的问题和现状作了详细研究和分析，最后提出本研究着重需要解决的问题点和创新点方向；随后针对在本研究中所需要的一些关键技术的方法和目前的研究现状作了详细的分析，主要包括：动作捕捉、虚拟人三维建模技术，人机工程学的相关理论等，并提出了模糊层次分析法的人机工效评价方法。然后对某厂的装配车间进行调研分析，收集该装配车间的物理布局和一线操作员工的身体数据，在此基础上，运用在Jack软件建立所分析生产线的三维虚拟模型和适合该车间的三维虚拟人体。运用运动捕捉系统kinect将捕捉到的人体运动数据通过数据重构等方法得到逼真人体运动姿势及运动序列，为下节的模糊评价提供了数据支撑。最后利用模糊综合评价方法来对虚拟人的劳动负荷进行综合评价。运用模糊算法来对某厂装配线的个别负荷重的操作员工在正常工作时所承受的劳动负荷进行评价分析，得到所需要的评价结果及结论，最后运用Jack软件对所研究的工位进行模拟仿真，将评价结果与运用模糊层次分析法的评价结果进行对比分析，证明该方法的可行性，并对本研究内容作了总结，提出了今后的研究方向。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 课题背景及研究意义  10-12
  1.2 人机工程学  12-14
    1.2.1 人机工程学研究内容  12-14
    1.2.2 研究问题  14
  1.3 国内外研究现状  14-17
    1.3.1 人机工学研究现状  14-16
    1.3.2 运动捕捉技术研究现状  16-17
  1.4 研究内容  17-19
  1.5 本章小结  19-20
第二章 相关研究的关键技术分析  20-31
  2.1 动作捕捉分析  20-24
    2.1.1 光学式运动捕捉系统  21-22
    2.1.2 电磁式运动捕捉系  22
    2.1.3 机械式运动捕捉系统  22-23
    2.1.4 声学式运动捕捉系  23-24
  2.2 虚拟人三维建模分析  24-26
  2.3 人因工效评价分析  26-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章 个性虚拟人的模型建立  31-40
  3.1 操作人员参数分析  31-34
    3.1.1 抽样调查方法确定  31-33
    3.1.2 人体模型数据处理  33-34
  3.2 人体静态简化模型建立  34-36
  3.3 虚拟场景的实现  36-39
    3.3.1 无绳往复锯生产线三维建模  37-38
    3.3.2 无绳往复锯生产线的仿真模型建立  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章 基于运动捕捉的个性虚拟人驱动  40-48
  4.1 运动数据的获得  41-43
  4.2 数据重定位  43-44
  4.3 实例应用  44-47
  4.4 本章小结  47-48
第五章 个性虚拟人劳动负荷的综合评价  48-60
  5.1 劳动负荷的评价因素  48-49
  5.2 劳动负荷的综合评价  49-57
    5.2.1 模糊层次分析法  49-50
    5.2.2 模糊一致判断矩阵的建立  50-53
    5.2.3 由模糊一致矩阵R求元素a_1 ,...,a_n的权重值w_1 ,...,w_n  53-55
    5.2.4 工位工人的劳动负荷计算  55-57
  5.3 工人动作的任务仿真分析  57-58
  5.4 结果验证分析  58-59
  5.5 本章小结  59-60
第六章 总结与展望  60-62
  6.1 总结  60
  6.2 展望  60-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
攻读硕士研究生期间发表的学术论文和参加的科研项目  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
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