一种TNO-10假人躯干标定装置的制作方法

本实用新型涉及一种假人标定装置，具体涉及一种TNO-10假人躯干标定装置。

背景技术：

在汽车应用领域，对汽车安全性能的检测和探索是永无止境的。在实验过程中，为了人员安全，目前，国内外均采用汽车安全碰撞模型即汽车假人替代真人作为测试工具，获取实验数据，分析汽车安全性能。

TNO-10假人属于其中一种汽车假人。TNO-10假人是汽车碰撞模拟实验中安全带动态测试及其研发实验的一种加载装置，其物理质量与外形尺寸分布与50百分位成年男性一致。整个假人主要包括头部、颈部、躯干、大腿和小腿。在每次进行汽车安全带动态测试实验前，我们需要对TNO-10假人各部位进行检测，判断其各部位在实验过程中是否能及时响应，获取相关数据，准确反映汽车安全带性能指标。国内外现行的规程中，主要是通过调节TNO-10假人各部分连接机构的松紧，保持每次实验前各零部件之间的摩擦力基本相近，减小外部因素对实验的影响，并未对假人材质、内部金属骨架等对汽车安全带动态测试的影响做标定实验研究。

TNO-10假人躯干作为假人的主要支撑连接体，内部有金属骨架，外部有模仿人体的外形尺寸和皮肤材质，汽车安全带动态测试时还需在假人躯干上采集数据，因此，通过实验对TNO-10假人躯干进行标定，预判假人躯干性能，对汽车安全带动态检测实验有非常重要的指导意义，同时，可以研究躯干状态或不同材质对汽车安全带动态检测实验的影响，还可以为TNO-10假人维修提供参考依据。

技术实现要素：

针对国内外目前还没有相关的实验对TNO-10假人躯干进行标定，也没有制定相关的标准对其进行考量的问题，本实用新型提供一种TNO-10假人躯干标定装置，可对TNO-10假人躯干进行扭转和弯曲标定实验，得出相关数据，为假人躯干的研究提供参考依据。

为实现上述目标，本实用新型所采用的技术方案为：

一种TNO-10假人躯干标定装置，其特征在于，所述标定装置包括固定架、躯干固定平台、传动装置、躯干扭转实验机构和躯干弯曲实验机构；所述躯干固定平台、所述躯干扭转实验机构和所述躯干弯曲实验机构固定在所述固定架上；

假人躯干安装在所述躯干固定平台上，所述传动装置包括安装叉，所述安装叉为门式结构，夹装在所述假人躯干的髋关节两侧，所述假人躯干通过所述传动装置与所述躯干扭转实验机构或所述躯干弯曲实验机构相连，所述躯干扭转实验机构或所述躯干弯曲实验机构进行所述假人躯干的扭转或弯曲实验。

进一步地，所述传动装置还包括传动轴、力矩传感器和插销；所述传动轴通过所述力矩传感器与所述安装叉相连，通过所述插销所述安装叉与所述假人躯干的髋关节相连；所述力矩传感器与所述安装叉相连，采集所述假人躯干扭转或弯曲过程中的力矩；

所述躯干扭转实验机构或所述躯干弯曲实验机构通过所述传动轴与所述传动装置相连。

进一步地，所述躯干扭转实验机构包括变频电机、减速机和角度传感器；所述变频电机通过所述减速机与所述传动轴相连，所述变频电机输出的扭转动力经所述减速机减速后传递给所述传动轴，所述传动轴带动所述假人躯干发生扭转；所述角度传感器安装于所述减速机上，并与所述减速机输出轴相连，采集所述假人躯干的扭转角度。

进一步地，所述躯干弯曲试验机构包括电动推杆和位移传感器；所述电动推杆设置在所述假人躯干髋关节下方，与所述传动轴相连；所述电动推杆通过所述传动轴推动所述假人躯干向上弯曲；所述位移传感器与所述安装叉相连，采集所述假人躯干向上弯曲产生的位移。

进一步地，所述躯干弯曲实验机构还包括轴承组件，所述轴承组件安装在所述固定架上，所述轴承组件通过所述电动推杆与所述传动轴相连。

进一步地，所述躯干固定平台包括放置平板和压紧装置；所述压紧装置将所述假人躯干压装在所述放置平板上。

进一步地，所述压紧装置包括压紧螺杆、压杆和门式框架；

所述门式框架安装在所述放置平板上；所述压紧螺杆安装在所述门式框架上，底端与所述压杆相连，所述压紧螺杆带动所述压杆压紧所述假人躯干。

进一步地，所述放置平板上平行设有两个第一滑槽，所述门式框架通过所述第一滑槽安装在所述放置平板上，并能够沿所述第一滑槽滑动调整安装位置。

进一步地，所述躯干固定平台还包括辅助固定装置，所述辅助固定装置包括夹板和拉紧螺杆；两块所述夹板分别安装在所述放置平板上，分布于所述假人躯干两侧；所述拉紧螺杆穿过所述放置平板，锁紧所述假人躯干。

进一步地，所述标定装置还包括控制机构，所述控制机构包括继电器、变频器、光电开关、遥控器和计算机；

所述继电器分别与变频器和光电开关信号相连，所述继电器通过所述变频器控制所述躯干扭转实验机构的转动方向和转动速度；两个所述光电开关分别在预设位置固定在所述固定架上，向所述继电器传输所述假人躯干的位置信号和脉冲信号，所述继电器根据位置信号和脉冲信号控制不同路所述光电开关的通断；

所述遥控器用于控制所述躯干弯曲实验机构的动作；

所述计算机用于接收、存储和显示所述躯干扭转实验机构和所述躯干弯曲实验机构实验采集的实验数据。

本实用新型的有益效果：

本实用新型将两种实验标定装置集于一身，结构简单，节约了成本，提高了标定效率，与现行的TNO-10假人安全带实验前的检测方式相比，可以更直接、更准确的获取实验数据，为TNO-10假人躯干的性能判断提供更可靠的判断依据，有利于TNO-10假人在安全带动态测试中发挥更好的作用。

本实用新型通过调节变频器控制躯干扭转速度，并通过变频器和减速机两级减速使假人躯干扭转过程平稳运行，还可以通过调节光电开关的位置控制假人躯干的扭转角度。

另外，通过多通道可编程继电器实现所需的计数、逻辑控制等，可以控制假人躯干扭转实验分步进行或连续进行，比单片机和PLC操作更简单，成本更低。

附图说明

图1为本实用新型TNO-10假人躯干标定装置的结构示意图；

图2为本实用新型中躯干扭转实验结构安装示意图；

图3为本实用新型中躯干弯曲实验结构安装示意图；

图4为本实用新型中躯干扭转实验控制流程图。

其中：1-固定架、2–躯干固定平台、2.1-辅助固定装置、2.1.1-夹板、2.1.2-拉紧螺杆、2.2-放置平板、2.3-压紧装置、2.3.1-压紧螺杆、2.3.2-压杆、2.3.3-门式框架、3–传动装置、3.1-传动轴、3.2-力矩传感器、3.3-安装叉、3.4-插销、4-躯干扭转实验机构、4.1-变频电机、4.2-减速机、4.3-角度传感器、5-躯干弯曲实验机构、5.1-轴承组件、5.2-电动推杆、5.3-位移传感器、6-假人躯干。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合具体实施例和附图对本实用新型做进一步详细说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

本实用新型中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实施例记载了一种TNO-10假人躯干标定装置，如图1所示，该标定装置包括固定架1、躯干固定平台2、传动装置3、躯干扭转实验机构4和躯干弯曲实验机构5。躯干固定平台2、躯干扭转实验机构4和躯干弯曲实验机构5分别安装固定在固定架1上，由固定架1支撑整个标定装置。本实施例以TNO-10假人的假人躯干6为例具体说明本方案。假人躯干6安装在躯干固定平台2上，通过传动装置3与躯干扭转实验机构4或躯干弯曲实验机构5相连，进行假人躯干6的扭转或弯曲实验。

躯干固定平台2两端固定在固定架1上，如图2所示，躯干固定平台2包括辅助固定装置2.1、放置平板2.2和压紧装置2.3。辅助固定装置2.1和压紧装置2.3将假人躯干6压装在放置平板2.2上。

辅助固定装置2.1包括夹板2.1.1和拉紧螺杆2.1.2，两块夹板2.1.1分别安装在放置平板2.2上，分布于假人躯干6两侧，对假人躯干6进行左右限位；拉紧螺杆2.1.2是假人躯干6背部自带的配重螺杆，其穿过放置平板2.2，可锁紧后拉紧假人躯干6，起到辅助固定假人躯干6的作用。

放置平板2.2上平行设有两个第一滑槽。压紧装置2.3采用门式结构，其包括压紧螺杆2.3.1、压杆2.3.2和门式框架2.3.3。压紧装置2.3通过门式框架2.3.3安装在第一滑槽上，并可沿第一滑槽调整安装位置。在门式框架2.3.3顶板上中间位置具有通孔，两侧立板上分别具有第二滑槽，压紧螺杆2.3.1穿过通孔安装于门式框架2.3.3中间位置，压杆2.3.2与压紧螺杆2.3.1底端相连，置于门式框架2.3.3内，压杆2.3.2两端分别卡入第二滑槽，压紧螺杆2.3.1可带动压杆2.3.2沿第二滑槽上下移动，通过压紧螺杆2.3.1压杆2.3.2能够压紧假人躯干6。

传动装置3包括传动轴3.1、力矩传感器3.2、安装叉3.3和插销3.4，传动轴3.1通过力矩传感器3.2与安装叉3.3相连，传动装置3轴向可水平或垂直于假人躯干6，力矩传感器3.2用于采集假人躯干6扭转或弯曲过程中的力矩，通过插销3.4安装叉3.3与假人躯干6的髋关节相连。安装叉3.3为门式结构，由侧板和顶板组成，两块侧板对称设置在顶板两端，并可相对假人躯干6的髋关节旋转呈水平或垂直设置，利用插销3.4两块侧板分别与假人躯干6的髋关节两侧相连。

躯干扭转实验机构4设置在躯干固定平台2一侧，通过传动装置3与假人躯干6的髋关节相连，传动轴3.1与假人躯干6轴向水平设置。躯干扭转实验机构4包括变频电机4.1、减速机4.2和角度传感器4.3。变频电机4.1和减速机4.2分别固定在固定架1上，变频电机4.1输出轴与减速机4.2输入轴相连，减速机4.2输出轴与传动轴3.1相连，变频电机4.1输出的扭转动力经减速机4.2减速后传递给传动轴3.1，传动轴3.1带动假人躯干6发生扭转。角度传感器4.3安装于减速机4.2上，并与减速机4.2输出轴相连，用于采集假人躯干6的扭转角度。

躯干弯曲实验机构5设置在假人躯干6的髋关节部位的下方，通过传动装置3与假人躯干6的髋关节相连，传动轴3.1与假人躯干6轴向垂直设置。如图3所示，躯干弯曲实验机构5包括轴承组件5.1、电动推杆5.2和位移传感器5.3。轴承组件5.1通过电动推杆5.2与传动轴3.1相连，轴承组件5.1安装于固定架1上，电动推杆5.2可围绕轴承组件5.1转动，以适应电动推杆5.2伸长时的倾斜状态；电动推杆5.2的伸缩杆与传动轴3.1相连，电动推杆5.2向上伸长时通过传动装置3推动假人躯干6的髋关节向上弯曲，向下收缩时通过传动装置3拉动假人躯干6髋关节复位。位移传感器5.3固定在固定架1上，并与安装叉3.3相连，用于采集假人躯干6向上弯曲产生的位移。

另外，该标定装置还包括控制机构，如图4所示，控制机构主要包括继电器、变频器、光电开关、遥控器和计算机。其中继电器采用编程继电器，分别与变频器和光电开关信号相连。电动推杆5.2通过遥控器控制动作，遥控器可采用有线遥控器或无线遥控器。力矩传感器3.2、角度传感器4.3和位移传感器5.3采集实验数据后将数据传输至计算机中，由计算机存储、显示数据，在计算机中可安装实验所需的数据分析软件，以进行进一步的分析处理。

在扭转实验中，继电器通过变频器控制变频电机4.1的转动方向和转动速度，转动方向可通过控制变频器的接通方式来实现。两个光电开关分别安装在固定架1上，位于初始位置和预设角度θ(-θ)处，并在正对实验的初始位置处设置感应杆，感应杆与初始位置的光电开关利用光感应连接，用于向继电器提供假人躯干6的位置信号和脉冲信号，进而继电器根据位置信号和脉冲信号控制不同路光电开关的通断。通过调节光电开关在固定架1上的位置可以改变预设的扭转角度θ。

在此实验中，通过力矩传感器3.2和角度传感器4.3采集并传输假人躯干6在扭转过程中的力矩和扭转角度。继电器如采用多通道可编程继电器，该标定装置还可通过按钮控制扭转实验分步或连续进行。

在弯曲实验中，通过遥控器控制电动推杆5.2的伸缩运动，可以实现假人躯干6不同程度的弯曲。通过力矩传感器3.2和位移传感器5.3采集并传输假人躯干6在弯曲过程中产生的力矩和位移。

通过上述标定装置对TNO-10假人躯干进行扭转实验和弯曲实验，具体实施过程：

扭转实验

步骤一、将TNO-10假人躯干固定在躯干固定平台2上；

按图1所示方向，将TNO-10假人躯干放置在放置平板2.2上，利用辅助固定装置2.1初步固定假人躯干6，将压紧装置2.3沿放置平板2.2上的第一滑槽滑动调节到实验要求位置并锁紧，调节压紧螺杆2.3.1带动压杆2.3.2压紧假人躯干6。

其中，通过滑动调节压紧装置2.3在放置平板2.2上的不同位置，可以对假人躯干6不同位置进行标定，得出多组数据，用以研究假人躯干6内部结构和皮肤的状态和性能。

步骤二、连接假人躯干6与躯干扭转实验机构4；

将躯干扭转实验机构4中减速机4.2的输出轴与传动装置3中的传动轴3.1相连，利用传动装置3的插销3.4将安装叉3.3与假人躯干6的髋关节处相连。

步骤三、在减速机4.2上安装角度传感器4.3，并与减速机4.2的输出轴紧固；

步骤四、确定光电开关的位置无误后，开始扭转实验；

设定变频器频率为5～10Hz，如图4所示,选择开始按钮开启变频电机4.1(此处以变频电机4.1正转启动，连续扭转一个周期为例)，变频电机4.1开始正转，第一光电开关(设初始位置处光电开关为第一光电开关)脉冲一次，继电器计数一次(C＝1)，当安装叉3.3正转扭转角度到达θ时，触发第二光电开关向继电器发送一个输入信号，使继电器控制变频器断开正转通道，接通反转通道，改变变频电机4.1的转动方向，在变频电机4.1反转过程中，变频电机4.1经过初始位置，第一光电开关脉冲一次，继电器计数一次(C＝2)，当安装叉3.3反转扭转角度到达-θ时，再次触发第二光电开关向继电器再次发送一个输入信号，使继电器控制变频器断开反转通道，接通正转通道，再次改变变频电机4.1的转动方向，当变频电机4.1转至初始位置时，第一光电开关脉冲一次，继电器计数一次(C＝3)，此时由继电器内写好的程序控制变频器停止，使变频电机4.1停在初始位置，完成一个周期的扭转实验。

其中，预设角度θ可以通过调节光电开关在固定架1上的位置进行改变，以满足不同扭转角度的实验要求。

其中，实验过程中，可通过变频器和减速机4.2实现两次减速，以控制假人躯干6平稳扭转。

步骤五、采集并存储实验数据。

实验过程中，力矩传感器3.2和角度传感器4.3分别采集假人躯干6在扭转过程中的力矩和扭转角度，并将采集的数据传输至计算机中存储，借助计算机可汇总显示采集的数据，便于分析力矩和扭转角度的变化。

通过采集到的大量力矩和扭转角度数据，对TNO-10假人躯干扭转性能进行分析研究，可以确定TNO-10假人躯干扭转标定实验数据的标准范围，作为安全带动态测试实验前的判断依据，并用于指导生产。

弯曲实验

步骤一、将TNO-10假人躯干固定在躯干固定平台2上，与扭转实验步骤一相同，此处不再赘述；

步骤二、连接传动轴3.1和电动推杆5.2，并用插销3.4将安装叉3.3与假人躯干6的髋关节相连；

步骤三、在安装叉3.3上固定位移传感器5.3的拉线；

步骤四、调节电动推杆5.2使其在竖直方向上，力矩传感器3.2和位移传感器5.3开始采集假人躯干6向上弯曲的力矩和位移数据，用无线遥控器控制电动推杆5.2的伸缩，实现假人躯干6不同程度的向上弯曲；

步骤五、采集并存储实验数据。

实验过程中，力矩传感器3.2和位移传感器5.3分别采集假人躯干6在弯曲过程中的力矩和因弯曲向上产生的位移，并将采集的数据传输至计算机中，借助计算机可汇总显示采集的数据，便于观察力矩和位移的变化。

其中，本实验中是通过假人躯干6髋关节由于弯曲上升的位移来反映假人躯干6的弯曲程度。

通过采集到的大量力矩和位移数据，对TNO-10假人躯干的弯曲性能进行分析研究，可以确定TNO-10假人躯干弯曲标定实验数据的标准范围，作为安全带动态测试实验前的判断依据，并用于指导生产。

利用本实施例中的标定装置对同一假人躯干6连续进行扭转实验和弯曲实验时，第二个实验省略步骤一，在步骤二中，先将传动轴3.1与减速机4.2输出轴或电动推杆5.2分开，再将传动轴3.1与电动推杆5.2或减速机4.2输出轴连接。然后再按步骤进行实验。

虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。