专利名称：产品设计评价装置、产品设计评价用的程序的制作方法
技术领域：
本发明是主要对住宅关联设备的产品进行设计评价的系统，涉及将设计的产品在 显示为三维计算机图形图像的假想空间内与数字人一起显示，在让数字人使用产品的同时 关注作用于数字人的各部位上的负荷来评价产品设计的产品设计评价装置、产品设计评价 用的程序。
背景技术：
以往，提出了下述方法，即通过在显示为三维计算机图形图像的假想空间内配置 产品的假想模型，并进行由数字人使用产品的假想模型的模拟，来对产品进行评价的方法 (例如，参照专利文献1)。在专利文献1中，记载了下述技术，即通过向假想空间内的数字人指示使用产品 假想模型的姿势，并对作用于该姿势下的数字人的所关注的肌肉上的负荷程度进行评价， 来评价产品的易用性，并对产品设计进行支援的技术。专利文献1 JP特开2007-3；34446号公报但是，在专利文献1中记载的结构是以使用基本上配置于固定位置的产品时的数 字人的姿势为基础，来评价产品的易用性的结构。因此，在专利文献1中记载的结构，没有 考虑到对具有可动部分的产品的评价。例如，在像马桶盖那样具备需要进行上下的开闭动作的可动部分的产品，或在像 设置于悬挂架上的可动架那样，具有需要进行升高降低的可动部分的产品中，不仅需要进 行有关特定姿势的评价，而且也需要进行对伴随可动部分的移动而产生的负荷变化的评 价。但是，在专利文献1中记载的技术中，没有进行这一点的考虑。
发明内容
本发明鉴于上述原因而开发的，其目的在于，提供一种通过对具有可动部分的产 品来评价使用者使用时的负荷，能够对具备可动部分的产品的设计进行评价的产品设计评 价装置、以及产品设计评价用的程序。技术方案1的发明是一种产品设计评价装置，其在由计算机生成的假想空间中， 配置基于具备可动部分的产品设计的假想模型、和使产品的假想模型中的可动部分进行移 动的数字人，并根据数字人的动作来评价产品设计的妥当性，所述产品设计评价装置的特 征在于，具备数据合成单元，其将产品的假想模型中的可动部分与数字人相结合，并被指 示可动部分的移动轨迹；和负荷运算单元，其计算使所述可动部分沿着移动轨迹移动时作 用于数字人的所关注的部位上的负荷。技术方案2的发明的特征在于，在技术方案1的发明的基础上，还具备质量输入装 置，其设定所述产品的假想模型中的所述可动部分的质量。技术方案3的发明的特征在于，在技术方案1或2的发明的基础上，还具备轨迹输 入装置，其针对所述产品的假想模型中的所述可动部分与所述数字人的结合部位来指示所
4述移动轨迹。技术方案4的发明的特征在于，在技术方案1 3中的任意一项发明的基础上，还 具备评价图像生成单元，其生成图表的图像，该图表的图像在按照每个部位来表示作用于 所述数字人的所关注的部位上的负荷的同时，区别表示根据负荷的大小相对于各部位的最 大自主收缩力的比例而求取出的操作容易度；和监视装置，其显示由评价图像生成单元生 成的图表。技术方案5的发明的特征在于，在技术方案4的发明的基础上，所述评价图像生成 单元针对从所述数字人的各部位中选择出的关注部位，生成用于表示在沿着所述移动轨迹 的各位置上的负荷变化的图表的图像。技术方案6的发明的特征在于，在技术方案1 5中的任意一项发明的基础上，还 具备负荷评价单元，其对所述数字人的所关注的部位求取对最大自主收缩力乘以小于1的 规定系数后的容许自主收缩力，并将容许自主收缩力用作为基准值来评价所关注的部位的 负荷。技术方案7的发明的特征在于，在技术方案6的发明的基础上，所述负荷评价单元 将作用于所述数字人的所关注的部位上的负荷相对于容许自主收缩力的比例区分为多个 等级，利用与各等级相对应的颜色对数字人的所关注的部位进行着色并显示。技术方案8的发明的特征在于，在技术方案1 7中的任意一项发明的基础上，还 具备结果存储单元，其存储所述负荷运算单元的计算结果。技术方案9的发明，是一种产品设计评价用的程序，其由计算机执行，并在由该计 算机生成的假想空间中配置基于具备可动部分的产品设计的假想模型、和使产品的假想 模型中的可动部分进行移动的数字人，并根据数字人的动作来评价产品设计的妥当性，所 述产品设计评价用的程序的特征在于，使所述计算机安装有数据合成单元，其将产品的假 想模型中的可动部分与数字人相结合，并被指示可动部分的移动轨迹；和负荷运算单元，其 计算使所述可动部分沿着移动轨迹移动时作用于数字人的所关注的部位上的负荷。(发明效果)根据技术方案1、9的发明的结构，将数字人与产品的可动部分相结合，并计算使 可动部分沿着可动部分的移动轨迹进行移动时的作用于数字人的各部位上的负荷，因此具 有下述优点，即能够对具有可动部分的产品评价使用者使用时的负荷，并且能够进行针对 具备可动部分的产品的设计的评价。根据技术方案2的发明的结构，能够设定可动部分的质量，因此通过可动部分的 质量的变更，能够进行使使用者的使用变得容易的质量设计。根据技术方案3的发明的结构，能够设定可动部分的移动轨迹，因此通过移动轨 迹的变更，能够进行使使用者的使用变得容易的产品设计。根据技术方案4的发明的结构，将数字人的各部位的负荷相对于最大自主收缩力 的比例作为操作容易度进行评价，并将操作容易度区别显示在监视装置上，因此能够一目 了然地识别使用产品的可动部分时的容易性，能够容易地评价与易用性相关的设计的妥当 性。根据技术方案5的发明的结构，针对数字人的关注部位将在沿着移动轨迹的各位 置上的负荷的变化显示为图表，因此能够着眼于负荷变大的部位来进行修正一部分移动轨迹等的对应处理，对设计工作的省力化做出贡献。根据技术方案6的发明的结构，使用小于最大自主收缩力的具有余分的自主收缩 力作为基准值来评价各部位的负荷，因此在评价产品设计的妥当性时，能够用可不费力使 用的范围内的力量来对产品进行评价，能够接近于实际使用产品的使用者的使用感来进行 评价。根据技术方案7的发明的结构，使数字人的所关注的部位的颜色与负荷的大小相 应地变化，因此能够一目了然地识别作用于关注的部位上的负荷的大小，能够直观地理解 产品设计的妥当性和产品的使用感。根据技术方案8的发明的结构，能够存储负荷运算单元中的计算结果，因此通过 预先计算出沿着移动轨迹的负荷，并在显示于监视装置时，使用存储的计算结果，能够伴随 沿着移动轨迹的数字人的动作实时地显示负荷的计算结果。
图1是表示实施方式的框图。图2是表示关节角度与最大自主收缩力以及关节被动抵抗之间的关系的图。图3是表示同上使用的数字人的一个示例的图。图4是表示同上的评价结果的一个示例的图。图5是表示同上的画面例的图。图6是表示关节角度、最大自主收缩力、容许自主收缩力、关节被动抵抗之间的关 系的图。图7是表示同上的画面例的图。图8是表示同上的画面例的图。图9是表示同上的画面例的图。图10是表示同上的在其他条件下的画面例的图。图11是表示同上的在其他条件下的画面例的图。图12是表示同上的在其他条件下的画面例的图。
具体实施例方式以下说明的产品设计评价装置，是通过在显示为使用个人电脑那样的计算机而形 成的三维计算机图形图像的假想空间内，与产品的假想模型一起配置有作为假想人体模型 的数字人，并在假想空间中让数字人进行使用该产品的动作，来对该产品进行设计妥当性 的评价。因此，产品设计评价装置是由计算机和能够在计算机上执行的应用程序来实现的。作为产品，可以将系统厨房、洗脸化妆台、马桶、浴缸、洗衣机、冰箱、微波炉等各种 设备或机器作为对象。例如，在系统厨房中，本发明能够使用于根据具备能够向斜下方抽出 的可动架的悬挂架中的可动架的移动轨迹来进行易用性差异的评价，此外，若为浴缸，则能 够使用于根据从淋浴台到浴缸的边缘的高度尺寸差异来进行浴缸易入性的评价。或者，若 为洗脸化妆台，则能够对与抽屉或镜子的位置相应的易用性进行评价，若为洗衣机，则能够 使用于对与门的方向或高度相应的易用性的评价。作为评价产品设计的妥当性的项目，对于使用者来说存在使用产品的动作能否可行的评价项目。即，必须评价伴随使用产品时的操作的动作是否是关节的可动范围内的动 作，和在使用产品的动作中使用者的肌肉负荷是否在容许范围内。根据使用产品的操作 容易的要求，例如，肌肉负荷的容许范围需要为最大自主收缩力(MVC=Maximum Voluntary Contraction)的30% (表示为30% MVC)以下的肌肉负荷。另一方面，肌肉负荷的下限值 是用于活动关节的肌肉负荷，所以受关节被动抵抗(JPR =Joint Passive Resistance)所限 制。图2针对肘关节表示了最大自主收缩力(曲线Al A5)和关节被动抵抗(曲线 B)相对于关节角度的变化的一个示例。关节角度较小的一方表示弯曲，较大的一方表示伸 展。根据图2，虽然关节被动抵抗(曲线B)在关节的可动范围的两端附近发生变化，但在关 节的可动范围的中间，可以看作与关节角度无关，大致为一定。如上所述，因为关节被动抵抗在关节的可动范围的两端附近较大地变化，所以在 使产品的可动部分移动时，最好不使用关节的可动范围的两端附近。因此，在本实施方式 中，将除了可动范围的两端附近之外的范围作为关节角度的容许范围θ a。另一方面，最大自主收缩力(Al A5)与关节角度相应地变化。此外，曲线Al A5分别表示40岁、50岁、60岁、70岁、80岁时的最大自主收缩力，也可以看出最大自主收缩 力具有随着年龄增加而下降的倾向。因此，为了提供高龄者也能够使用的产品，需要以如下 方式进行产品设计产品使用时的肌肉负荷的上限值是根据例如80岁时的最大自主收缩 力所求取出的容许范围的肌肉负荷。在本实施方式中，为了利用数字人来评价产品设计的妥当性，在让数字人进行使 用产品的操作的同时，计算在操作中的关节被动抵抗和最大自主收缩力。如上所述，对于在 进行使用产品的动作时而作用于人体的负荷的判断基准，不仅考虑了关节被动抵抗，而且 也考虑了最大自主收缩力。由上述说明可知，在本实施方式中，需要在配置数字人的假想空间中配置产品的 假想模型。因为产品的假想模型需要反映产品的设计，所以如图1所示，从产品的设计者 所使用的CAD(Computer Aided Design 计算机辅助设计)装置30中取得产品的设计数据 (与形状和尺寸相关的数据)。因为在假想空间中，让数字人进行使用产品假想模型的动作，所以在产品设计评 价装置中，除了从CAD装置30得到的产品设计数据之外，若在产品中有可动部分，则也需 要得到表示可动部分的可动范围的两端位置的动作信息、与可动部分的质量相关的质量信 息。动作信息或质量信息是由设计者根据要求规格等而使用输入装置31来输入的。S卩，可 动部分的质量可变，且输入装置31具备质量输入装置的功能。此外，关于可动部分的移动 轨迹，只将制约条件包含于动作信息中，使移动轨迹能够变更。因此，能够对变更移动轨迹 所产生的肌肉负荷的变化进行评价。移动轨迹的变更也可以用输入装置31来进行，输入装 置31也具备轨迹输入装置的功能。设计数据、动作信息、质量信息作为产品模型数据而存 储于产品数据存储单元21中。作为产品数据存储单元21，例如可使用硬盘驱动器装置。为了使用存储于产品数据存储单元21中的产品模型数据来进行画面显示，在产 品设计评价装置中设有产品图像生成单元22。在产品图像生成单元22中，从产品数据存储 单元21中读出产品模型数据，来生成用于画面显示的产品三维图像数据(以下，称作“产品 图像数据”)。
由产品图像生成单元22所生成的产品图像数据，其通过图像合成单元23存储于 图像显示用存储器M中，根据存储于图像显示用存储器M中的产品图像数据，产品的假想 模型在监视装置32的画面中显示为三维图像。在此，关于显示于监视器32的画面中的假 想空间内的产品的假想模型的位置 方向 大小，能够通过输入装置31的操作来适当地变 更。即，因为假想空间内的产品的假想模型是三维图像，所以能够进行假想空间中的位置移 动或大小的变更，而且能够通过改变视点位置来改变方向。另一方面，数字人被用于在使用根据产品图像数据而显示于监视装置32的画面 中的产品的假想模型时的动作模拟的同时，对伴随进行该动作时的姿势变化的肌肉负荷进 行评价。与产品图像数据不同，用于显示数字人的图像的三维图像数据(以下，称作“人体 图像数据”)是在人体图像生成单元12中生成的。为了评价产品设计的妥当性，需要考虑实际使用产品的使用者的身体条件，因此 使得能够通过输入装置31来针对使用者设定各种各样的身体条件。作为身体条件，使得能 够输入身高·体重·年龄·性别·残疾的有无和种类。从输入装置31输入的数字人的身体条件被提供给人体模型生成单元11，并在人 体模型生成单元11中生成与输入的身体条件相应的数字人的数据(以下，称作“人体表现 数据”)。数字人是利用相当于骨格的线段和相当于关节的接点来表现人体的人体模型，根 据从输入装置31输入的身体条件来决定线段的长度尺寸和接点的可动范围等。本实施方式的数字人Hm如图3所示，是由对应于人体骨格的多个(图示例为14 个)线段Sg和对应于人体关节的多个(图示例为13个)接点Jn来表现的。不过，在图像 显示时，在人体图像生成单元12中，匹配了皮肤(表面属性)以成为人体风格的外观。另 外，虽然接点Jn相当于关节，但是因为线段Sg对应于骨格，所以可以说也对应于在关节的 屈伸时伸缩的肌肉群。在此情况下，线段Sg通常不是代表一种肌肉，而是代表复合了多种 肌肉的肌肉群。在图3所示的数字人Hm中设有13个接点Jn(用圆圈表示)，并对其中11个赋予 了名称。即，各接点Jn与实际空间的人对应起来，为左踝(LA)、左膝(LK)、左臀部(LH)、右 踝(RA)、右膝(RK)、右臀部(RH)、腰部(L5)、左肩(LS)、右肩(RS)、左肘(LE)、右肘(RL)、左 手腕(LW)、右手腕(RW)。此外，在本实施方式中，假定了使用手来使用产品的情况，假设由 左手腕(LW)或者右手腕(RW)来对产品的可动部分进行操作。在此，线段Sg和接点Jn的 个数仅是一个示例。线段Sg的属性为长度，是根据身高来决定的。也就是说，因为知道针对身高的各 骨骼的长度的平均值，所以若从输入装置31输入身高，则在人体图像生成单元12中自动地 决定线段Sg的长度。接点Jn的属性为角度(设定了数字人Hm的坐标系中的角度)和可动范围。角度 是将数字人Hm在直立的姿势下的各接点Jn的角度用作初始值。角度的初始值根据年龄而 变化，若成为高龄且用于支撑关节的肌肉的肌力下降，则由对应于膝和腰的一部分接点Jn 而连接的线段Sg所成的角度发生变化(例如，由于原本伸直的部位弯曲，从而角度从180 度附近向变小的方向变化)。通过使用角度的初始值，能够表示例如在直立的初始姿势下腰或膝弯曲的状态。 此外，同样地，若成为高龄则接点Jn的可动范围变小，因此通过考虑接点Jn的可动范围，能够表示手足的到达范围。如上所述，根据通过输入装置31输入的身体条件，在人体图像生成单元12中，决 定构成数字人Hm的各线段Sg的长度和各接点Jn的角度的初始值。此外，在输入了残疾的 有无和种类时，能够根据残疾部位对数字人Hm进行姿势或可动范围的调节。关于性别，一 般女性关节的可动范围较大，因此在有性别的指定时，调节接点Jn的可动范围。通过人体模型生成单元11所生成的人体表现数据，与存储于产品数据存储单元 21中的产品数据一起输入至数据合成单元13。在数据合成单元13中，能够在按照来自输 入装置31的指示，将某一个接点Jn与产品的可动部分相结合的同时，由输入装置31来指 示使可动部分移动时的接点Jn的移动轨迹。因为将接点Jn与可动部分结合，所以指示接 点Jn的移动轨迹，相当于指示了产品的可动部分的移动轨迹。例如，若将产品的可动部分与相当于数字人Hm的右手的手腕(RW)的接点Jn相结 合，则可动部分按照该接点Jn的移动轨迹移动，该接点Jn的移动轨迹与可动部分的移动轨 迹一致。此外，设定有规则群，以使得追随该接点Jn的位置变化，其他接点Jn的角度连动 地变化，每当与产品的可动部分相结合的接点Jn的位置发生变化，通过与规则群对照，来 决定其他接点Jn的角度。在规定各接点Jn的连动关系的规则群中，设有限制以使得数字 人Hm不会成为不自然的姿势。若如上述那样，对数据合成单元13提供了移动轨迹，则在使产品的可动部分移动 时，能够根据可动部分的质量来求取作用于数字人Hm上的负重，和使可动部分移动时的数 字人Hm的各接点Jn的角度。在此，将使产品的可动部分移动时由产品的可动部分作用于 数字人Hm上的负重，看作为作用于与可动部分相结合的接点Jn上的负重。 通过数据合成单元13求取出的负重和各接点Jn的角度被输入至负荷运算单元14 中。在负荷运算单元14中，预先登录有图2所示的那样的以最大自主收缩力和关节被动抵 抗相对于关节角度的关系作为数据表或近似运算的运算式(例如，与向上凸起的抛物线近 似地表现为2次函数)。在负荷运算单元14中，求取使产品的可动部分移动时的各接点Jn 的角度(即，关节角度)，并使用上述关系，计算与该角度对应的最大自主收缩力和关节被 动抵抗。此外，在负荷运算单元14中，根据接点Jn的角度和可动部分的质量，求取与作用 于各线段Sg上的肌肉负荷相当的值。作为与肌肉负荷相当的值，利用了作用于通过肌肉的 伸缩来屈伸的关节上的转矩。此处的转矩表示以关注的关节为中心，作用于关节周围的力 的力矩。作用于关注的关节上的转矩是在关注的关节的周围，考虑由自重作用的力和与产 品的质量相应地作用的力之间的合力而计算出的。因此，在负荷运算单元14中，根据数字 人Hm的姿势和作用于各接点Jn上的负重，来计算作用于各接点Jn上的转矩。可以认为通过负荷运算单元14求取出的各接点Jn的周围的转矩反映了使该接点 Jn屈伸的肌肉的肌肉负荷，因此通过求取作用于各接点Jn的转矩，能够评价与各线段Sg对 应的肌肉负荷。另外，作用于各接点Jn的转矩的最大限度按照每个接点Jn而不同，是由与接点Jn 的屈伸关联的肌肉群的最大自主收缩力所决定的。因此，在负荷运算单元14中，根据与接 点Jn的角度(即，关节角度)相应的最大自主收缩力，对作用于各接点Jn的转矩设定了多 个等级(在实施方式中为3个等级)。也就是说，根据相对于最大自主收缩力(MVC)的比例，设定了大、中、小3个等级。此外，将相对于最大自主收缩力为最小的比例的小等级作为 容易(easy)、中等级作为困难(difficult)、大等级作为不可(very difficult)，来评价作 用于各接点Jn的转矩(即，肌肉负荷)。负荷运算单元14中的运算处理是在与产品的可动部分相结合的接点Jn的移动轨 迹上设定的多个计算点上进行的。这种运算处理虽然也可以在使数字人Hm的接点Jn按 照移动轨迹移动的期间而实时地进行，但在本实施方式中，若决定了移动轨迹，则在移动轨 迹上设定的多个计算点上预先进行运算处理，并将运算处理的结果存储于结果存储单元16 中。因此，任何时候都能够从结果存储单元16中读出运算处理的结果。在如后述那样，在 监视装置32上显示运算处理的结果时，通过读出预先进行了运算处理的结果，能够犹如实 时地进行处理那样予以显示。负荷运算单元14中的运算结果被输入到评价图像生成单元15中，并根据作用于 各接点Jn的转矩的大小，如图4所示，生成表示“容易”、“困难”、“不可” 3个等级的柱状图 表形式的评价图像数据。在评价图像数据中包含有作用于各接点Jn的转矩的值和针对该 接点Jn设定的等级。图4所示的转矩的数据根据按照每个年龄得到的实测数据来对等级 进行分类。具体来说，将“容易”用绿色、“困难”用黄色、“不可”用红色等来表示，将针对所关 注的接点Jn计算出的转矩的大小，利用与该接点Jn相对应的条(Bar)的长度(高度)来 表示，若其等级为“容易”则用绿色表示条整体，若为“不可”则条的上端附近为红色，并用 黄色表示“困难”的范围的转矩，用绿色表示“容易”的范围的转矩。S卩，若作用于所关注的接点Jn的转矩为“容易”，则条为绿色，若为“困难”，则条为 绿色和黄色这两个颜色，若为“不可”，则条为绿色和黄色以及红色这三个颜色。在图4中， 用从右上向左下的斜线的阴影线来表示相当于绿色的区域，用十字的阴影线来表示相当于 黄色的区域，用从左上向右下的斜线的阴影线来表示相当于红色的区域。因此，通过观察由 评价图像数据表示的评价图像，能够一目了然地识别作用于接点Jn的转矩是否合适。此外，为了能够显示使产品的可动部分沿着移动轨迹移动时的作用于各接点Jn 的转矩的时间变化，在评价图像生成单元15中，还生成将在负荷运算单元14中在沿着移动 轨迹的多个位置上所求取的转矩沿着时间轴进行排列后的图表的图像数据，以及将用于选 择显示转矩的时间变化的图像数据的接点Jn的选项进行排列后的图像数据。另外，因为接 点Jn在移动轨迹的两端之间移动所需要的时间至多为数十秒程度，所以表示转矩的时间 变化的图表的时间轴，最大设定为数十秒程度的长度(通常为10秒左右即可)。在该图表 中，时间的绝对值不重要，只要事先将沿着移动轨迹的移动距离换算为没有不舒适感程度 的时间即可。评价图像数据(根据需要，包含上述图表的图像数据和选择用的图像数据)与产 品图像数据和人体图像数据一起被输入到图像合成单元23中，在图像合成单元23中进行 调节以使得能够在监视装置32画面上重叠显示，并与产品图像数据和人体图像数据一起 存储于图像显示用存储器M中。通过上述结构，例如图5那样，图像被显示于监视装置32上。在图示例中，表示了 假定悬挂架为产品ft·，并在悬挂架的下部设置了可动架Sm作为可动部分的示例。在可动架 Sm上结合有相当于右手腕(RW)的接点Jn，根据来自输入单元31的指示而指示了与右手腕
10(RW)相关的移动轨迹Lt。移动轨迹Lt，在作图用的应用程序中像作为贝塞尔曲线或样条曲线(spline curve)的作图方法被熟知的那样，通过指定点并改变点的位置，能够自由地使其变形。但 是，在本实施方式中，移动轨迹Lt的两端位置被登录在产品数据存储单元21中，若没有进 行另外的指示则不能变更。在设定了移动轨迹Lt之后，若通过输入装置31指示计算开始，则在负荷运算单元 14中，分别计算出当接点Jn (右手腕(RW))位于在移动轨迹Lt上设定的多个计算点Pc的 位置时作用于其他接点Jn上的转矩。计算结果在监视装置32的画面上被显示为窗口 WI。 在图5中，还表示了用于显示作用于关注的接点Jn上的转矩时间变化的窗口 W3，并且，还表 示了提示用于选择关注的接点Jn的选项的窗口 W2。若从窗口 W2所提示的选项中选择希望 的接点Jn，则关于该接点Jn，在可动部分(可动架Sm)沿着指定的移动轨迹Lt移动时发生 作用的转矩的时间变化显示在窗口 W3中。在此，在图5所示的图像中，通过从输入装置31适当地提供数字人Hm的身体条 件，能够不制作产品的实物，并针对各种身体条件来确认该产品的使用时的肌肉负荷。因 此，能够作为考虑了各种身体条件的通用设计的产品设计或商品开发的工具来使用。在上述例中，利用相对于根据各接点Jn的关节角度所求取的肌肉群的最大自主 收缩力的比例来评价作用于数字人Hm的所关注的部位的肌肉负荷，但也可以不使用肌肉 负荷相对于最大自主收缩力的比例，而使用根据最大自主收缩力来规定的容许自主收缩力 (AVC =Affordable Voluntary Contraction)作为基准值来进行评价。容许自主收缩力是 由未作图示的负荷评价单元计算出的值，例如，能够通过对最大自主收缩力乘以比1小的 系数(例如，0. 8)来进行规定。最大自主收缩力和容许自主收缩力的关系，例如，成为图6所示的曲线A(最大自 主收缩力)和曲线B(容许自主收缩力)那样。另外，在图6中，曲线C表示了关节被动抵 抗。此外，D表示关节的可动范围。在此，因为在关节的可动范围D的两端附近很难发挥肌 力，所以在除了关节的可动范围D的两端部分之外的范围内设定容许自主收缩力。S卩，在上 述容许范围θa的范围内设定容许自主收缩力。通过将如上所述的小于最大自主收缩力的容许自主收缩力用作为基准值，能够对 接近于产品的实际使用状态的肌肉负荷进行评价。即，因为在实际使用产品时，肌肉负荷成 为最大自主收缩力是不现实的，所以通过适当地设定容许自主收缩力，将容许自主收缩力 规定为容许的上限的肌肉负荷，能够进行现实的评价。当规定容许自主收缩力时，可以对现实的实验对象在关节可动范围内的一个角度 上测量10次左右的最大自主收缩力，并针对其平均值来决定容许自主收缩力的系数。或 者，也可以通过对现实的实验对象在关节可动范围内的多个角度上进行同样的测量并决定 每个角度的系数，由此来规定每个角度的系数，或者也可以根据对多个角度测量的值的平 均值来规定在所有角度上使用的系数。对于关注的各接点Jn，分年龄按照每个该接点Jn的角度来求取该接点Jn的容许 自主收缩力。计算出的数据保存为数据表。因此，针对关注的各接点Jn(年龄、角度、容许 自主收缩力)的组合被规定为数据表。通过使用该数据表，若针对各接点Jn决定了年龄和 接点Jn的角度以及肌肉负荷，则能够求取作用于该接点Jn上的肌肉负荷相对于容许自主收缩力的比例。与使用最大自主收缩力作为基准值的情况相同地，在使用容许自主收缩力作为基 准值的情况下，在数字人Hm上针对作用于关注的各接点Jn上的转矩预先设定多个等级。在 此，假设负荷评价单元(未作图示)根据肌肉负荷相对于容许自主收缩力的比例，进行了 4 个等级的设定，如图7 图12所示，表示了将对设置于作为产品ft·的悬挂架上的可动架Sm 进行操作时的肌肉负荷的评价在监视装置32上显示的例子。此外，负荷评价单元按照每个 等级规定了颜色，并在数字人Hm上进行对于关注的部位利用与各等级对应的颜色进行着 色后的显示。在图7 图12所示的示例中，用绿(空白)、黄(十字)、橙(从左往上的斜线部 分)、红(从左往下的斜线部分)这4种颜色来显示在数字人Hm的所关注的部位上肌肉负 荷的程度。肌肉负荷，按照此顺序变大，红色的部位表示了肌肉负荷过大。通过比较图7 图9或图10 图12可知，随着抽出可动架Sm，各部位的肌肉负荷发生变化，且各部位的颜 色发生变化，所以通过观察监视装置32的显示，能够容易地识别肌肉负荷的变化。图7 图9表示了将数字人Hm的年龄设定为50岁，并将移动轨迹Lt设定为从收 纳了可动架Sm的位置下降后向前方突出的情况，图10 图12表示了将数字人Hm的年龄设 定为75岁，并将移动轨迹Lt设定为从收纳了可动架Sm的位置向前方突出后下降的情况。 像这样，能够对数字人Hm的年龄和可动部分的移动轨迹Lt进行各种各样的设定，并进行产 品设计的妥当性的评价。另外，在从产品的开发到销售的过程中，至少需要企划、设计、销售的各阶段，上述 产品设计评价装置作为产品开发的工具，能够在设计和销售的各阶段中使用。即，在设计 时，能够根据使用CAD作成的产品的设计数据来生成产品的三维假想模型，并针对产品的 假想模型，使上述数字人Hm的身体条件进行各种各样的变化，并对与身体条件相应的产品 的易用性进行评价。在此，产品的设计数据不必是产品的最终形态，也可以是对在企划阶段所示的产 品的原型赋予合适尺寸的程度的数据。因此，在企划时，优选通过使用开发工具来生成可知 道产品形状之程度的简单的假想模型。该开发工具例如有根据徒手作成的手绘图或实物模 型的照片等二维数据来生成三维数据的开发工具，或由针对产品已准备了成为基本形状的 多种样品的数据的绘图用程序构成的开发工具。若在企划阶段使用这种开发工具，则可以 将在企划时生成的产品的三维数据用作设计时的原型。通过由专门的设计者修正该原型的三维数据，能够生成接近于现实产品的三维模 型数据。也就是说，通过使用从二维数据生成三维数据的开发工具或生成产品的原型的程 序，能够无缝地联结企划和设计的阶段。另一方面，在设计阶段中，通过使用设计的产品的三维模型来利用上述数字人Hm 进行产品的评价，能够评价设计的产品的妥当性。即，通过对数字人Hm的身体条件进行各 种各样的设定，能够简单地进行是否为适合该身体条件的产品的评价。并且，在销售阶段，通过在监视器的画面上显示将设计的产品和数字人Hm配置于 由计算机生成的假想空间中的图像，并对数字人Hm赋予各种各样的身体条件，且与各个身 体条件相应地提示产品使用时的数字人的动作和通过此动作而作用于身体的负荷的变化， 能够向顾客表示产品的易用性。也就是说，通过用眼见可知的形式阐述产品的易用性，使得直观地了解产品的便利性，对产品的销售做出贡献。(工业上的可利用性)根据本发明，在对住宅关联设备的产品进行设计评价时，能够将设计的产品与数 字人一起显示在显示为三维计算机图形图像的假想空间内，并在让数字人使用产品的同时 着眼于作用到数字人的各部位的负荷来评价产品的设计。
权利要求
1.一种产品设计评价装置，其在由计算机生成的假想空间中，配置基于具备可动部分 的产品设计的假想模型、和使产品的假想模型中的可动部分进行移动的数字人，并根据数 字人的动作来评价产品设计的妥当性，所述产品设计评价装置的特征在于，具备数据合成单元，其将产品的假想模型中的可动部分与数字人相结合，并被指示可动部 分的移动轨迹；和负荷运算单元，其计算使所述可动部分沿着移动轨迹移动时作用于数字人的所关注的 部位上的负荷。
2.根据权利要求1所述的产品设计评价装置，其特征在于，还具备质量输入装置，其设定所述产品的假想模型中的所述可动部分的质量。
3.根据权利要求1或2所述的产品设计评价装置，其特征在于，还具备轨迹输入装置，其针对所述产品的假想模型中的所述可动部分与所述数字人的 结合部位来指示所述移动轨迹。
4.根据权利要求1 3中的任意一项所述的产品设计评价装置，其特征在于，还具备评价图像生成单元，其生成图表的图像，该图表的图像在按照每个部位来表示作用于 所述数字人的所关注的部位上的负荷的同时，区别表示根据负荷的大小相对于各部位的最 大自主收缩力的比例而求取出的操作容易度；和监视装置，其显示由评价图像生成单元生成的图表。
5.根据权利要求4所述的产品设计评价装置，其特征在于，所述评价图像生成单元针对从所述数字人的各部位中选择出的关注部位，生成用于表 示在沿着所述移动轨迹的各位置上的负荷变化的图表的图像。
6.根据权利要求1 5中的任意一项所述的产品设计评价装置，其特征在于，还具备负荷评价单元，其对所述数字人的所关注的部位求取对最大自主收缩力乘以小 于1的规定系数后的容许自主收缩力，并将容许自主收缩力用作为基准值来评价所关注的 部位的负荷。
7.根据权利要求6所述的产品设计评价装置，其特征在于，所述负荷评价单元将作用于所述数字人的所关注的部位上的负荷相对于容许自主收 缩力的比例区分为多个等级，利用与各等级相对应的颜色对数字人的所关注的部位进行着 色并显示。
8.根据权利要求1 7中的任意一项所述的产品设计评价装置，其特征在于，还具备结果存储单元，其存储所述负荷运算单元的计算结果。
9.一种产品设计评价用的程序，其由计算机执行，并在由该计算机生成的假想空间中 配置基于具备可动部分的产品设计的假想模型、和使产品的假想模型中的可动部分进行 移动的数字人，并根据数字人的动作来评价产品设计的妥当性，所述产品设计评价用的程序的特征在于，使所述计算机安装有数据合成单元，其将产品的假想模型中的可动部分与数字人相结合，并被指示可动部 分的移动轨迹；和负荷运算单元，其计算使所述可动部分沿着移动轨迹移动时作用于数字人的所关注的部位上的负荷。
全文摘要
本发明提供一种产品设计评价装置，其在假想空间中将数字人与产品的假想模型的可动部分相结合，并在负荷运算单元(14)中计算当数字人使可动部分移动时作用于数字人的各接点上的转矩。负荷运算单元(14)根据关节角度和最大自主收缩力之间的关系，在求取与接点的角度对应的最大自主收缩力的同时，根据相对于最大自主收缩力的比例，将使产品的可动部分移动时的容易程度来区分为多个等级。评价图像生成单元(15)求取当数字人使产品的可动部分移动时作用于各接点上的转矩，并在监视装置32的画面上显示该转矩属于哪个等级。由此，通过评价数字人使用产品时的肌肉负载来对产品设计进行支援。
文档编号G06F17/50GK102099807SQ20098012770
公开日2011年6月15日 申请日期2009年7月9日 优先权日2008年7月18日
发明者哈利修普地亚·威迪路 申请人:松下电工株式会社