CATIA人机工程

CATIA人机工程 Using the Posture Editor 本节讲述人体姿势编辑功能和如何利用这些功能移动人体各关节。 人体姿势编辑功能用于从运动学角度移动人体各关节。人体关节或自由度每次可以移动一步，这个工具允许人体每个点在某个自由度移动某一精确数值。 该人体模包含68个铰接点和6对耦合点(某点移动范围取决于相邻节点位置) 点击人体姿势编辑按钮 当人体模型被选择时，人体姿势编辑对话框便会出现在屏幕 上。 人体姿势对话框包括以下几部分: , ,,,,,,,关节 , ,,,, ,,,,,,手臂滤镜 , ,,,, 一侧(左侧或右侧) , ,,,自由度 , ,,,,,数值 , ,,,,,,,显示 , ,,,,,,,,,,预先确定的姿势 自由度可以在“数值(value)”或“图表展示(graphical representations)”部分设置。 关节 在人体姿势对话框人体模型名称下是与树目录人体模型各关节相对应的关节名称。点击名称可以选择各关节。 注:在人体关节列表和树目录中没有单独的椎骨部分，在选择时该部分被分为胸部和腰部 两部分。椎骨也可以当作腰部和胸部组合的一个单元被选择。 腰部 胸部 手掌滤镜: , 当选择“Hand Only(仅有手掌)”选项时，在关节列表中将仅有手掌列表。 , 选择“Hand and Fingers option(手臂和手指)”选项时，关节列表中将出现 手掌和手指各关节 , 一侧: 编辑某一关节比如手臂时，可选择左侧还是右侧手臂作为你的研究对象。 在对话框中，左侧为默认值。 自由度 在自由度列表中，你可以选择3种自由度形式: 弯曲或伸张 外展或内收 内旋或外旋 当人体姿态编辑器对话框打开时，自由度对话框为灰色，初始值为“DOF0(零自由度)”。仅当人体某个关节被选择时，人体自由度值会变为“flexion/extension(弯曲或伸张)”选项。 一个关节可以有3个自由度，某个关节的自由度可以由以下自由度组成: 前臂可以有两个自由度:弯曲/伸展和前旋/后旋 手臂可以有3个自由度:弯曲/伸展、外展/内收、内旋/外旋 每一个自由度类型(弯曲/伸张、外展/内收、内旋/外旋)都有各自的运动模式，他们是: 自由度 运动模式 轴 弯曲/伸展 dorsiflexion 向背侧弯曲 transversal hyperextension过渡伸展(前摆或后摆) 横向 abduction eversion, ulnar deviation, elevation 翻转，尺骨背离，上升 adduction sagittal inversion, radial deviation, depression 外展/内收 径向 翻转，尺骨背离，压低 (手臂在人体平面上摆下摆) supination 后旋 medial rotation longitudinal pronation 前旋 lateral rotation 纵向 (手臂水平前旋或后旋) 内旋/外旋 数值 利用数值功能可以精确的设定人体各关节位置。各自由度方向上的数值以角度和所占运动范围比率(%)的形式出现。 数值比率滑块 数值比率滑块与在某个方向上运动量占可运动范围的比率相一致。这个值可以通过左键直接拖动鼠标来编辑。 数值微调 在这个区域允许利用键盘输入一具体角度值，可利用微调控制器右侧区域的小三角符号每次在旋转方向增加或减小一个单位值，也可以利用微调控制器的快捷菜单来改变关节位置。 运动 运动区域与运动方向相一致，0度为中性点。 耦合: 人体6对关节运动范围(可弯曲性，功能极限)可以被耦合，其运动范围受到另一个节点位置的限制。这些关节是锁骨、手臂、前臂、大腿、小腿和踝部。 耦合仅改变某个关节的运动，不会改变与之有关节点的位置。 在默认状态下，耦合选项处于关闭状态。 显示 显示功能中有两个选项:角度极限和视点 角度极限(图) 这个按钮可以显示或隐藏在某个自由度方向上运动角度极限值的图标表示。 两个箭头限制了关节的运动范围，在默认情况下是以50%人口的运动极限值为依据。 绿色箭头表示向上极限; 黄色箭头表示向下极限; 蓝色箭头表示关节的目前状态。 视点 这个选项照射到所选择的关节处，可以通过改变视点来保证在某个自由度上有最好的视角。此功能更清晰的显示了动范围和更细致的操作蓝色箭头。 预先确定姿势 利用预先确定姿势功能可以预先确定人体模型姿态。从人体姿势预设定列表中可以选择6种人体姿态: Initial(最初姿势) Stand(站) Sit(坐) Span(伸展) Kneel(跪) 选择或编辑自由度 本节讲述如何选择和设定人体自由度。 自由度按钮表示运动正在被编辑,例如自由度可以弯曲/伸展,外展/内收和旋转等 1. 选择角度极限命令, 然后选择人体关节. 2. 选择激活自由度命法令 以得到与运动关节相一致的所有自由度(最多有3 个自由度). 3. 选择一个自由度命令以得到相应的自由度. 这个命令也可以从工具条中获得: Tools->Active DOF 4. 系统会根据所选关节自由度自动的确定视点。 DOF1 DOF2 DOF3 显示和编辑角度极限 本节讲述在当前激活自由度下如何显示运动极限和运动极限百分比。 1. 选择编辑角度极限按钮 然后选择人体关节，便会出现根据默认设置得到的运动极限 箭头，有色区域显示了令在所选自由度内的运动极限。 o 绿箭头代表运动上限。 o 黄箭头代表运动下限。 o 蓝箭头代表关节目前所处位置。 2. 双击极限箭头，会出现角度极限对话框: 3. 利用这个对话框可解锁角度极限设置，利用滑块、微调或点击微雕箭头来调整极限值 o 选择reset按钮可返回默认设置。 o 选择close按钮可退出对话框 4. 再次点击编辑极限角度按钮 可关闭命令和隐藏箭头。 根据百分比调整角度极限值 利用这个命令你可以根据百分率一次性调整所有自由度上的运动极限角度。 这个极限值表示在所有人口中有多少人可以达到这个极限值。在创建人体模型时默认所有极限角度有50%的人可以达到。利用这个按钮可以放宽或严格人体运动极限角度值。 1. 选中一个人体关节，然后按着ctrl键可以选择更多的人体关节。 2. 选择“Set Angular Limitations as a Percentage icon(根据百分率设置极限角度)” 按钮. 便会出现以下对话框 在一个只读性的文件列表中会出现所选文件及自由度类型。 3. 在微调控制器中在0-100中选择一个数值. 4. 点击“ok”或“cancel”按钮以确认或取消当前设置功能。 如果所选自由度以某一个数值被锁，并且这个值在所设定范围之外，那么以上操作便不会进行。在这种情况下会出现以下对话框: Angular Limitations Undo/Redo(一看就懂) This procedure describes how to use the Undo/Redo feature with angular limitations. Undo/Redo allows you to reverse (cancel) the last angular limitation parameters applied to the manikin. Undo Click the Undo icon in the Standard toolbar to execute the Undo command. The images below show the state of a manikin after applying the Undo command to a particular set of angular parameters. Initial angular New angular limitations Undo command applied limitations applied Redo This command repeats the last cancelled action. Click the Redo icon in the main menu toolbar to execute the Redo command. A Redo operation can also be undone. For example, you can restore the last angular limitation parameters by invoking the Undo command. Redo applied Undo applied In the current version of the Human Posture Analysis product, the angular limitations Undo/Redo applies to the following operations: , Applying a set of angular limitations from a library . Direct Kinematics(直接运动) 本节讲述如何操作人体模型各关节运动 选择 Edit Angular Limitations icon(编辑极限角度)按钮 或 the Edit Preferred Angles icon(编辑首选角度) 便会出现一蓝色箭头，可通过移动蓝色箭头移动当前所选的人体关节。 当鼠标移动到蓝色箭头时，将变为可选符号，此时应点击鼠标左键并拖拽南色箭头，便会移动关节。 改变人体模型显示品质 本节讲述如何设置和编辑人体模型的显示品质。 在工具条中选择显示品质按钮 在3D试图或属性树目录中选择一个人体模型. 显示 品质对话框便会出现，可以作以下选择: Rendering(渲染) , Segments (关节) , Ellipses (椭圆) , Surfaces (表面) , Resolution (鉴别率) Vision(视野) , Line of sight (视线) , Peripheral cone (外围锥形) , Central cone (锥形中心) , Cone type (锥形) Others(其他) , Center of gravity (重心) 选择适当的按钮改变人体模型显示品质,也可以同 时选择其他的显示类型 Rendering Segments Ellipses Surfaces Resolution 鉴别率是指在创建人体模型时，由椭圆拖拽成人体表面是所呈现出点的个数，默认值是32，但这个之可在4到128之间变化。 低鉴别率: 高鉴别率: 视野 视线 视线用于方便调整人体模型视野，蓝色的视线可以与其他人体关节一样利用人体姿态里的所有命令调整。 圆锥外围 圆锥中心 Cone type(圆锥类型) 在下拉菜单中默认“flat(扁平)”也可以选其他: Others Center of gravity (COG) 人体的重心是不会调整的，但他的位置可随人体姿势的变化而变化。 lock and unlock individual manikin DOF (锁止或打开自由度) 本节讲述如何锁止或打开单个的人体自由度。锁止某一个自由度意味着所选关节在这个自由度上的运动被锁止，不能做前摆(forward kinematics)或旋转(inverse kinematics)运动。 The Lock/Unlock 锁止或打开(The Lock/Unlock)命令可以锁止或打开所选关节在当前情况下的自由度。当前自由度可以通过自由度按钮来显示。 选择树目录中人体的所有节点，并点击锁止或打开命令，可以锁止或打开人体所有关节在某个自由度的运动。 只有当创造或调入人体模型后才能完成以下操作: Locking DOFs(锁止自由度) 1. 锁止某个自由度时应先选择锁止按钮然后选择要被锁止的关节。在点击锁止按钮前若预先选 择多个人体关节，那么选择的所有关节都会被锁止 2. 如果操作成功，便会出现一个信息框，可以显示被锁止的所有关节及自由度。 3. 通过以下操作可以发现人体模型中被锁止的关节。 在数目录中右击人体模型，选择“Properties(属性)”命令，便会得到人体模型属性面板。 a. 或者选择工具栏中的Edit -> Properties命令，便会出现人体模型属性面板。 选择最后一栏的人体模型(Manikin)按钮。 b. 选择此列表中的“Lock”按钮，便可以显示当前锁止的人体关节和自由度。 c. Unlocking DOFs(解锁自由度) 可以通过两只方式揭开人体自由度。 , 通过属性面板 , 利用解锁按钮 通过属性面板解锁自由度 1. 进入人体属性面板. 2. 选择人体模型此列表中的,,;,按钮. 3. 选择要解锁的自由度. 4. 点击解锁按钮，所选自由度便会从锁止列表中消失。 5. 点击“Apply(应用)”按钮。 必须选择“Apply(应用)”按钮，要不然所有操作无效。 Unlocking DOFs with the Unlock icon(利用解锁工具按钮) 选择解锁按钮 , 然后选择要解锁的关节. 在点击解锁按钮前若预先选择多个人体关节，那么选 择的所有关节都会被解锁，若操作成功，便会出现一个信息框，以显示哪个关节被解锁。 Editing Preferred Angles 编辑首选角度 本节讲述如何使用编辑首选角度命令 将人体运动极限区域划分成几个区域，通过计算全局或局部变量值可以量化人体姿态。编辑首选角度命令可以使用户在某个自由度上定义角度范围。 当此命令运行时，若选择另一个人体关节，便可以关闭先前所选关节首选角度，打开新的所选关节首选角度对话框。 1. 选择编辑首选角度按钮 然后选择一个人体关节. 便会出现所选关节的首选 角度。 2. 然后利用鼠标右键点击运动范围的白色区域，便会显示位置关系数据。 3. 选择一个命令。 o Edit( 编辑)...显示首选角度对话框(Preferred Angles dialog box)使所要编辑的首选角度区域变为红色。可以利用鼠标或首选角度对话框 蟹盖箭头数值。 o Add(增加) 显示首选角度范围对话框，将所选区域分为两半，可以利用鼠标或首选角度对话框蟹盖箭头数值。 o . o Remove 删除所选区域. 4. 利用首选角度对话框可以编辑首选角度。 5. 次对话框由一下几部分构成: 所激活的人体关节名称 关节自由度 改变所选角度名称 改变首选角度值的微调控制器 改变角度极限值的微调控制器 改变首选角度区域颜色 改变所选区域图表透明度 改变角度极限值的划块 增加或修改备忘录按钮。 在列表中选择当前角度的导航按钮 (下一个、前一个、第 一个和最后一个) 6. 点击“exit”退出命令，关闭首选角度对话框 7. 点击 Edit Preferred Angles icon(编辑首选角度)按钮 可退出命令、 隐藏箭头. Preferred Angles: Reset(重设), Mirror Copy(镜像复制), and Swap Functionality (交换)功能 本节讲述如何利用以下功能修改或复制多个首选角度。 , Reset (重设) , Mirror Copy (镜像复制) , Swap (交换) 要了解首选角度有关信息，可以参考“编辑首选角度’”一节。 要实现以上功能应按着ctrl键选择要选关节和首选角度节点，然后在所选关节、角度或角度节点击右键，便可出现以下菜单: Reset(重设) 所选关节的首选角度会被擦除，并返回默认值。 首选角度默认值有以下几种: , 仅有一个首选角度在角度极限范围 , 0度 , 白色 , 透明度为127 Mirror Copy(镜像复制) 镜像复制功能可将所选关节在所有自由度的所有角度复制到人体模型相反的一侧。只有当所选关节在人体另一侧有相应关节时，以上功能才能实现，反之此功能便不会实现。当然选择整个身体或“身体”节点时，以上功能也不会实现。 Swap(交换) 将所选关节的首选角度左右对换，同样如果某个关节在人体另一侧没有相应关节时，此功能也不会实现。 Using and Optimizing the Postural Score 使用和优化人体姿势数值 本届讲述如何使用Postural Score Analysis(姿势数值分析)对话框的列表和图像以及如何优化人体姿态数值。怎样在人体姿态数值分析对话框中修改关节颜色和设置列表及图像显示效果。 姿势数值功能用于评价人体姿势。一旦首选角度被或从文件库中调入，你便可以利用此项功能评价人体姿态。 选择Postural Score Analysis“姿态数值分析”按钮人体姿态数值分析对话框便会以默认值出现在屏幕。 , Filters(滤镜) 这个列表列出了包括平均自由度在内的所有可选自由度。 , Hand filter(手臂滤镜) o 选择“Whole Hand(整个手臂)命令可以将每个手指放入全局环境中。此选项为系统默认值。 o 选择“独立手指”命令可以显示和得到每个手指的数值。 Using the List display(使用列表显示) 这是默认显示模式，以列表的形式显示百分率。列表显示和图像显示都包括以下几部分: , Global Score(全局数值) 代表人体所有关节姿态数值总合。在此事例，中人体数值为可能数值22点中的11点，那么将代表50%。 , Current Score(当前数值) , 在列表中显示所有项目的平均值 , Selected Score(选择数值) 代表所选关节的数值总合，在此事例中，局部值为9点中的7点，便会显示77.8%。 , Favorites(常用) 此功能用于在任何情况下显示首选角度，在默认情况下某个关节和相应的首选角度都会被显示。 , 可在Tools->Options->Ergonomics Design->Human Posture Analysis->Postural Score中实现以上功能 o 利用ctrl选择一个或多个文件。 o 利用和可将选择关节从可选区域移到常用区域。 o 利用 和 可将整个列表前后移动。 o 利用 可调整常用列表中个关节的顺序。 Using the Chart display(利用图形显示) 选择图像显示按钮，可以将百分率以图像的形式显示出来，该图像显示也包括列表显示的几个基本部分: 所选关节的文字将会变成蓝色。 Customizing bar colors(设置条形图颜色) 在Tools->Options->Ergonomics Design->Human Posture Analysis->Postural Score中设置条形图颜色，可以用不同 的颜色表示手掌、脊椎、全局值、当前值和选择值。 1. 在树目录的人体模型或断面颜色上点击鼠标右键，然后选择属性命令进入对话框。 2. 在人体模型次列表中选择coloring命令 , Show Colors: , 圆形按钮用于实现或去除着色 o None.解除着色 o All 着色 o All but Maximum Scores 仅给不在上限位置的节点着色，当然侧项功能也可以显示不再舒适区域的关 节。 , Degree of Freedom(自由度) , 此列表用于激活人体某个自由度。仅当着色功能被激活时，才能操作此命令。 o Flexion/Extension (DOF1) 此时每个关节显示的是相应节点第一自由度首选角度的颜色，当然若先前没有设置自由度颜色，那么此功能便不会实现。 o Abduction/Adduction(DOF2) 此时每个关节显示的是相应节点第二自由度首选角度的颜色，当然若先前没有设置自由度颜色，那么此功能便不会实现。 o Rotation (DOF3) 此时每个关节显示的是相应节点第三自由度首选角度的颜色，当然若先前没有设置自由度颜色，那么此功能便不会实现。 Worst DOF(最差自由度) 此时每个关节显示的是相应节点最低自由度分值首选角度的颜色，当然若先前没有设置自由度首选角度颜色，那么此功能便不会实现。 , Element to color(单元颜色) 此命令用于改变所选部分颜色。 Optimizing the postural score优化人体姿态数值 从首选角度工具条选Find Best Posture(寻找择最佳姿态)命令。此命令可以通过最大人体姿态全局变量值来改变人体姿态(或者产生一个最佳值)，如果没有首选角度或者人体已经在最佳状态，那么将会出现以下信息框: Adapting Range of Motion to Keep Best Posture 本节讲述如何设置所选关节的角度范围，以保证角度范围在最佳运动区域内，也就是说在人体姿态数值在最大值处的运动范围。 可参考“编辑首选角度”一节建立一个首选角度，并设置角度范围数值。 1.要优化一个或多个关节的运动范围，首先应选择所选关节和点击Optimize Posture icon(优化 人体姿态)按钮。在所选关节的激活自由度下，该命令会寻找所有已设定数值的首选角度，然后设置角度极限，以保证此运动范围包括人体姿态数值座高点。 在此命令运行时，为适应新的首选角度范围，人体姿态可能会发生变化。 也可以将此命令运用于整个人体模型。为完成此项命令，在激活优化人体姿态按钮前应在数目录中选择人体模型名称。 在保证人体在运动过程中保持在舒适区域内时，这项操作最为有效。无论人体是否在运动中，此时人体姿态数值将保持在最高值。可参考“使用人体姿态数值”一节了解人体姿态数值概念。 当有些关节没有受选角度信息或着某些角度被锁止时，以上操作便会失败。如果命令失败，一个显示操作失败的对话框便会出现: 2. 重新设置人体模型角度范围，选择所选关节，然后点击Reset to Default Angular Limitations icon(返回默认值)按钮。