一种基于球坐标系的手伸及人机试验台架的制作方法

本实用新型属于汽车产品设计开发中的人机试验台架装置技术领域，特别涉及一种用于手伸及的人机试验台架。

背景技术：

当今社会，汽车已成为人们生活的重要组成部分，以人为中心的设计理念已被普遍地应用在汽车设计过程中，汽车人机工程设计的任务就是开发出使驾驶者感到操纵方便、不易疲劳，使乘坐者感到舒适、安全的汽车产品。在设计阶段，企业在进行设计方案的验证时，通常需要制造产品的物理模型，邀请技术人员和管理人员乃至目标用户对设计方案进行主观评价，但此种物理模型的制作成本较高，另外物理模型测试需要在设计方案基本成型后才能够进行，因此时间上比较滞后，再加之方案的修改和再评价必须返回设计环节进行改进，使得设计周期大大延长。正是因为存在上述问题，所以对可调节和反复使用的产品物理模型的研究和开发显得十分有必要。

驾驶员的操作舒适性与驾驶疲劳密切相关，是影响交通事故发生率的重要因素。驾驶员在开车过程中时常伸及到操作按钮，若将操作按钮布置在驾驶员易伸及的范围内，则可降低驾驶疲劳程度，从而减少交通事故，因此研究驾驶员手伸及对指导汽车空间设计具有重要意义。但若采用实车开展试验不仅不具有普适性，还会大大提高试验成本，且目前国内外并无关于此类型台架的研究与设计，基于此，本实用新型开发了一种可用于驾驶员手伸及试验的台架，可根据不同车型的设计布局进行调节，从而模拟实车开展试验，为驾驶员手伸及能力的研究提供了一个实验平台。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术中用于手伸及试验台架不可调节的缺陷，提供了一种基于球坐标系的在X、Y、Z以及角度方向上可以分别调节的试验平台，以应用于不同车型手伸及能力的验证，从而模拟实车开展试验。

本实用新型的另一个目的是提供一种使用球坐标系进行手伸及能力衡量的方案。如果以座椅H点为坐标原点，建立笛卡尔空间直角坐标系，人体正面朝向定义为x方向，右手方向定义为y方向，垂直于x-y平面向上的方向为z方向，这样就可以得到一个基于座椅H点的空间直角坐标系。由于手伸及能力的台架试验在右侧驾驶(左舵)的国家进行，即驾驶员座位处于驾驶舱偏左，所以驾驶员的伸及界面应该是驾驶员身系安全带，左手握住方向盘，右手能够伸及到的点所构成的界面。那么驾驶员坐在座椅上的时候，右手可伸及的方向主要在第一卦限内，即x-y-z均为正值的卦限内。由于直接用三坐标进行计算会使计算过程过于复，我们可以将直角坐标转换为球坐标，即用水平方位角θ以及高度方位角Ф结合伸及半径R来确定组成伸及界面的点坐标。

本实用新型提供的技术方案为：

一种基于球坐标系的手伸及人机试验台架，包括：

座椅，其下端通过螺栓与座椅调节机构固连。

座椅调节机构。最上端为上固定板，其上部通过螺栓与座椅底部固连，下端与前后设置的上部U型板焊接。

前后设置的上部U型板左右两侧分别通过上部旋转轴与X型支撑板连接，上部旋转轴与X型支撑板旋转连接，为提升座椅高度方便。

两侧X型支撑板中部通过中部旋转轴连接，可绕中部旋转轴进行旋转，其下部与前后两侧的底座轴固连，下部前后底座轴进而与下部U型板固连。下部U型板与垫片相连，进而通过螺栓与固定座连接。

滑轨位于固定座上，可实现X方向的滑动，整个调节机构的X和Z方向滑动是通过手轮丝杠进行调节，通过旋转手轮使得X轴丝杠旋转，进而带动与下部U型板固连的行程调节滑块，行程调节滑块沿着X方向移动将可以调节座椅Z方向高度和X方向的移动距离。固定座下端的固定端与Y轴丝杠固定，通过Y方向的手轮转动使得Y轴丝杠旋转，进而可使整个座椅调节机构在Y方向进行移动。

整个座椅调节装置通过四个螺栓与底板连接。

手伸及测量装置。这部分装置主要由支撑架、水平弓片和竖直弓片组成。水平弓片由“口”型梁构成，上部固连水平弓片导轨，水平弓片导轨表面从-45°～+45°每隔5°设置有一个螺栓孔，下部固连水平弓形测量尺，其上有刻度，其目的在于当竖直弓片沿滑轨移动到不同位置螺栓孔时，能在水平弓形测量尺上清晰读出刻度。

水平导轨上部为Z向导轨，二者由滑动机构连接，该滑动机构可以通过手动调节使得竖直弓片沿着水平弓形测量尺上移动。竖直弓片上同样设有竖直弓片导轨，手伸及触及滑块与竖直弓片导轨相连，使得手伸及触及装置能够沿着竖直弓片进行移动。手伸及触及装置由手伸及触及滑块和触及杆构成，触及杆为T形，可在高度方向上伸缩，用以测量驾驶员手部的伸及能力。

手伸及固定架。水平弓片通过支撑板与连接架进行固定，支撑板上设有加强筋，连接架进一步与手伸及固定架的Z向滑动装置中的连接架滑块相连。Z向滑动装置可沿Z向Z向导轨进行移动，它也是通过Z向竖直手轮303带动竖直丝杠进行移动。

整个手伸及固定架通过垫块焊接在底座上，底座通过地脚支撑与底板连接。

有益效果：

本实用新型提供的用于测量驾驶员手伸及能力的试验台架，其座椅行程、座椅高度，座椅安装位置、手伸及触及装置的位置、高度等均可以分别调节。并能够通过调节上述参数测定不同型号汽车不同驾驶员的手伸及困难度，从而进行手伸及数据的采集。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

附图说明

图1为本实用新型所述的基于球坐标手伸及台架总体结构的等轴测视图。

图2为本实用新型所述的基于球坐标手伸及台架总体结构的右视图。

图3为本实用新型所述的基于球坐标手伸及台架总体结构的正视图。

图4为本实用新型所述的手伸及测量装置结构示意图。

图5为本实用新型所述的座椅调节机构结构示意图。

图6为本实用新型所述的手伸及固定架结构示意图。

其中，001-手伸及测量装置，101-水平弓片，102-竖直弓片，103-手伸及触及杆，104-手伸及触及滑块，105-竖直弓片导轨，106-水平弓形测量尺，107-连接架，108-连接架滑块，109-丝杠滑块，002-座椅调节机构，201-上固定板，202-上部U型板，203-中部旋转轴，204-X型支撑板，205-底座轴，206-下部U型板，207-垫片，208-Y轴丝杠，209-行程调节滑块，210-X轴丝杠，211-底架，003-手伸及固定架，301-固定架，302-底座，303-竖直手轮，304-竖直丝杠，305-Z向导轨，004-底板，005-座椅。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本实用新型的一种基于球坐标系的手伸及人机试验台架作进一步详细说明。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

一种基于球坐标系的手伸及人机试验台架：

如图1所示，包括底座302、座椅005和手伸及测量装置001以及手伸及固定架003，所述手伸及测量装置001主要由支撑架、水平弓片101和竖直弓片102组成，所述水平弓片101和竖直弓片102相互垂直安装在支撑架上，构成滑动机构，所述支撑架安装在手伸及固定架003上，所述竖直弓片102和水平弓片101的弧口均朝内，并且与座椅005呈对角线设置在手伸及固定架003上，所述竖直弓片102上设有可调的手伸及触及装置；

所述座椅005通过座椅调节机构002固连在底板004上。

具体实施方式：

内部如图4所示，所述支撑架呈稳定三角形结构，其下端设有C形卡槽；

所述水平弓片101由“口”型梁构成，所述水平弓片101上部固连有水平弓片导轨，并且卡在卡槽内滑动，所述水平弓片101表面从-45°～+45°每隔5°设置有一个螺栓孔，所述水平弓片101下部固连有水平弓形测量尺106，所述水平弓形测量尺106上有刻度，其目的在于当竖直弓片102沿水平弓片导轨移动到不同位置螺栓孔时，能在水平弓形测量尺106上清晰读出刻度。

所述竖直弓片102外弧面与支撑架焊接在一起，并且设在水平弓片101上端，该竖直弓片102通过卡槽和水平弓片导轨构成滑动结构，该滑动机构可以通过手动调节使得竖直弓片102沿着水平弓形测量尺106移动；

所述竖直弓片102上还设有竖直弓片导轨105，所述手伸及触及装置安装在竖直弓片导轨105上；

所述伸及触及装置由手伸及触及滑块104和手伸及触及杆103构成，所述手伸及触及滑块与竖直弓片导轨105滑动连接，使得手伸及触及装置能够沿着竖直弓片102进行移动。

如图5所示，所述座椅调节机构002包括设在最上端的上固定板201、对称设在上固定板201下方的X型支撑板204，以及上部U型板202和下部U型板206，所述X型支撑板204的4个尾端分别设有上部U型板202和下部U型板206，通过上部U型板202和下部U型板206分别安装在上固定板201和固定座上。

所述X型支撑板204下端与下部U型板206通过底座轴205固连，所述下部U型板206下端设有行程调节滑块209；

所述固定座设在底架211上，所述固定座上X轴方向设有滑轨和X轴丝杠210，所述行程调节滑块209安装在滑轨上，所述下部U型板206安装在X轴丝杠210上，通过旋转X轴丝杠210可实现X轴方向的滑动；所述固定座下端设有固定端，所述底架211上设有Y轴方向的Y轴丝杠208，所述Y轴丝杠208穿过固定端并与其固连，其尾端设有手轮，并通过手轮旋转Y轴丝杠208实现Y轴方向的位置移动。

所述X轴丝杠210穿过下部U型板206，并在下部U型板206内滑动，所述X轴丝杠210一端设有手轮，所述下部U型板206的一端内设有垫片207，使得其与X轴丝杠210达到固连效果，所述行程调节滑块209与垫片207以及滑轨设在同侧构成一组X轴方向位置调节结构，所述X轴位置调节机构在底架211X轴中心位置对称设置；所述X轴位置调节机构堆成设置后，其下部U型板206与一侧的X轴丝杠210固连，与另一侧的X轴丝杠210滑动连接，方便其调节。

所述两侧X型支撑板204中部通过中部旋转轴203连接，可绕中部旋转轴203进行旋转，在使得X型支撑板204在Z轴方向伸缩，实现Z轴方向的位置调节，用以提升座椅005高度。

整个座椅调节装置通过四个螺栓与底板连接。

如图6所示，所述手伸及固定架003包括垂直于地面并安装在底座302对角位置的固定架301，所述固定架301中间轴位置设有竖直丝杠304，所述竖直丝杠304两侧设有Z向导轨305，所述固定架301内设有两个垂直排列的连接架107，所述连接架107上设有连接架滑块108和丝杠滑块109，所述连接架滑块108安装在Z向导轨305上，所述竖直丝杠304穿过固定架301和丝杠滑块109，并将两者固定在同一轴线上，所述水平弓片101通过支撑板与连接架107进行固定，所述支撑板上设有加强筋；

连接架滑块108可沿Z向导轨305进行移动，它也是通过竖直手轮303带动竖直丝杠304进行移动。

整个手伸及固定架003通过垫块焊接在底座302上，底座302通过地脚支撑与底板连接。

工作原理及过程：

手伸及测量装置001：通过旋转竖直手轮303旋转竖直丝杠304，来调整连接架107在手伸及固定架003上的位置，而竖直拉动手伸及触及杆103时的位置，使得手伸及触及滑块104在竖直弓片导轨105上滑动，调整其在竖直弓片102上位置；水平拉动手伸及触及杆103，带动竖直弓片102和支撑杆在水平弓片导轨上滑动，使得水平弓片101在水平弓形测量尺106的刻度上移动，从而确定位置；在实验过程中，上述操作同时进行。

座椅调节机构002：整个调节机构的X和Z方向滑动是通过手轮和X轴丝杠210进行调节，通过旋转手轮使得X轴丝杠210旋转，进而带动行程调节滑块209，行程调节滑块209沿着X方向移动将可以调节座椅005Z方向高度和X方向的移动距离。同理，旋转手轮Y轴丝杠208转动，使得固定端带动固定座整体沿着Y方向移动，进而可使整个座椅调节机构002在Y方向进行移动。

其中单独转动一个X轴丝杠210时，可调整下部U型板206在滑轨上的位置，从而带动X型支撑板204伸展，提升座椅005Z轴方向的位置；反之，反向旋转X轴丝杠210，使得X型支撑板204压缩，降低座椅高度。同时同向旋转两个X轴丝杠210时，前后两个下部U型板206同时向X轴方向移动，实现X轴方向的行程调节。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。