专利名称：操作者肢体施力测试辅助支架的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种操作者肢体施力测试辅助支架，属于产品或系统工效学设计与评 价技术领域。
背景技术：
工效学是研究产品或系统操作者健康、安全与高效使用或工作的一门交叉学科， 它将操作者(入)、产品或系统(机器)和环境因素作为一个整体来考虑，同时又强调操作 者在其中的主体地位，以人为中心，使产品或系统的设计适合于操作者的使用。因此，人的 特征数据是开展产品或系统工效学研究的基础。目前，对操作者的特征数据的获取主要通过选取一定数量符合要求的特征人群进 行人体参数测量来实现，这是产品设计、作业空间、服装、头盔、作业工具和系统人机界面设 计的重要依据。其数据类型主要分为以下几个方面1、静态形体尺寸，如身高、肩宽、胸围、小腿长、前臂长等。国内外已有多个国家规 定了此方面的测量术语、方法和测试仪器，在测试手段上已比较成熟。2、动态功能尺寸，如各关节的关节转角、手臂可及范围、放松时坐姿肘高修正量 等。此方面的数据随着其应用范围的不同，其定义也有所不一致。在测量手段研究方面，尚 无标准设备。3、生物力学数据，如立姿或坐姿状态下的拉力、推力、旋力、按压力、手指拔力、质 心、惯量矩等，这是运用力学方法研究操作者的施力/受力特性问题，包括不同年龄和性 别的操作者所具有的施力特点、操作中的合理用力以及控制器和作业工具的力学设计等内 容。其用途有一方面为制订不同作业任务和工作组织提供依据；另一方面实现减少工作 过程中对操作者的损伤、提高工作效率以及规定正确的工作姿势和标准化操作等目标。主 要测试方法包括通过力学传感器进行的直接测量法、重心板测量法等。4、生理/心理数据，如最大摄氧量、心率、呼吸量、视野、反应时、眼手协调性、注意 力分配等，用以确定操作者的心理应激和负荷以及人机界面设计要求等。目前尚无标准的 测试设备，但已有一些标准的心理测试量表可供使用。对目前产品或系统工效学研究进行归纳，可以发现一个共识是，操作者的特征数 据的科学性与可靠性是决定产品或系统适人性水平的关键，但在此领域需要解决的问题 是1、对于静态形体尺寸，其项目定义及测量方法均比较规范。但对于其他类型的数 据，其定义及测试方法随着数据的应用不同而有所差异。2、人体施力数据的测试目前主要测试双手提举力、单手推拉力等项目，由于操作 者的姿势对其施力的大小及施力引起的疲劳状态十分密切，所以对于其肢体施力的测试必 须考虑施力时的姿势，但目前没有此方面的综合测试支架。

发明内容
本发明的目的是为了克服目前操作者肢体施力测试时，不易定位身体姿势和肢体 间角度等问题，提供了一种能够在操作者处于立姿或坐姿时测试其上肢单手推/拉力、旋 力、下压力、上拉力、内掰力、外掰力、指捏力，坐姿状态下大腿与小腿呈现不同夹角时的脚 蹬力的辅助支架，用于研究操作者肢体施力特性。本发明的操作者肢体施力测试辅助支架，包括支架底座、立姿测试辅助组件、脚蹬 力测试辅助组件和坐姿手操作力测试辅助组件；立姿测试辅助组件中的立柱、脚蹬力测试辅助组件中的脚蹬力调节横梁以及手操 作力测试组件中的手操作力调节横梁均与支架底座的主梁通过滑道进行滑动连接；支架底座用于保持在测试过程中整个支架的稳定性，支架底座包括底座框、主梁、 座椅、脚踏板和前支柱；主梁水平设置，一端固定连接底座框，另一端固定连接前支柱，通过 调节前支柱，使主梁保持水平；脚踏板设置在底座框上，座椅固定连接底座框一端主梁的一 侧上；立姿测试辅助组件包括立姿测试时力传感器安装面、角度调节滑块、立柱和调节 横梁；立姿测试时力传感器安装面通过铰接连接调节横梁一端，用于安装力学传感器， 角度调节滑块包住调节横梁，与支撑杆铰接，支撑杆的另一端与立姿测试时力传感器安装 面铰接；通过滑动角度调节滑块在调节横梁上的滑动，调节立姿测试时力传感器安装面的 角度；调节横梁的另一端与立柱通过滑道进行滑动连接，立柱底部与支架底座的主梁通过 滑道进行滑动连接；脚蹬力测试辅助组件包括脚蹬力传感器安装面、脚蹬力调节立柱和脚蹬力调节横梁；脚蹬力传感器安装面用于安装传感器，脚蹬力传感器安装面与脚蹬力调节立柱、 脚蹬力调节立柱与脚蹬力调节横梁、脚蹬力调节横梁与支架底座的主梁均通过滑道进行滑 动连接；坐姿手操作力测试辅助组件包括手施力传感器安装面、手操作力调节立柱和手操 作力调节横梁；手施力传感器安装面用于安装传感器，手施力传感器安装面与手操作力调节立 柱、手操作力调节立柱与手操作力调节横梁、手操作力调节横梁与在支架底座的主梁均通 过滑道进行滑动连接。本发明的优点在于(1)本发明所述的支架结构设计合理，进行力测试时整体稳定性好，充分保证操作 者在相应的操作姿势下测试数据的有效性；(2)本发明所述的支架尺寸参照国家标准《中国成年人人体尺寸》(GB10000-1988) 来进行设计，考虑了操作者身体尺寸的特点，能够满足第5%至第95%百分位身高的操作 者完成肢体施力的测试，适用范围好；(3)本发明所述的支架选用铁板、钢材和铝合金等材料制成，总体质量不大于 lOOKg，立柱与主梁、脚蹬力调节横梁与主梁以及手操作力调节横梁与主梁之间均进行了快 速拆装方式设计，因此，装卸与携带方便。


图1是本发明的装置示意图；图2是本发明实施例3中操作者坐姿状态下右手前臂和上臂成150°时右手拉力 测试的结构示意图；图3是本发明实施例4中操作者坐姿状态下大腿与座椅面成17°、大腿与小腿成 170°时右脚脚蹬力测试结构示意图。图中
1-支架底座2-立姿测试辅助组件3_脚蹬力测试辅助组件
4-坐姿手操作力测试辅助组件
101-主梁102-座椅103-脚踏板
104-前支柱105-底座框106-肘托调节组件
107-肘托调节横梁108-肘托调节立柱109-肘托固定梁
201-立姿测试时力传感器安装 S 202-角度调节滑块203-立柱
204-调节横梁205-支撑杆
301-脚蹬力传感器安装面302-脚蹬力调节立柱303-脚蹬力调节横梁
304-脚蹬力传感器
401-手施力传感器安装面402-手操作力调节立柱403-手操作力调节横梁
404-手施力传感器
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。本发明是一种操作者肢体施力测试辅助支架，如图1所示，包括支架底座1、立姿 测试辅助组件2、脚蹬力测试辅助组件3和坐姿手操作力测试辅助组件4。立姿测试辅助组件2中的立柱203、脚蹬力测试辅助组件3中的脚蹬力调节横梁 303以及手操作力测试组件4中的手操作力调节横梁403均与支架底座1的主梁101通过 滑道进行滑动连接；支架底座1用于保持在测试过程中整个支架的稳定性，支架底座1包括主梁101、 底座框105、座椅102、脚踏板103和前支柱104 ；主梁101水平设置，其上设有尺寸刻线，以方便手操作力调节横梁403、脚蹬力调 节横梁303和立柱203在其上的滑动与定位，主梁101 —端固定连接底座框105，另一端固 定连接前支柱104，通过调节前支柱104，使主梁101保持水平；脚踏板103在底座框105上， 座椅102固定连接于底座框105连接主梁101的一侧，座椅102的右手侧固定安装肘托调节 组件106，肘托调节组件106包括肘托调节横梁107、肘托调节立柱108和肘托固定梁109， 肘托固定梁109—端固定连接座椅，另一端设有垂直方向的滑动通孔，肘托调节立柱108位 于滑动通孔内，能够垂直移动并固定在任意位置，肘托调节立柱108的上方一端，设有水平 方向的滑动通孔，肘托调节横梁107位于滑动通孔内，能够水平移动并固定在任意位置，所 以肘托调节组件106能够水平及垂直移动，通过调节肘托调节组件106，满足操作者进行坐 姿手施力测试时，对肘高的调节。立姿测试辅助组件2用于立姿时单手推/拉力、旋力、指捏力等力学传感器的固定和身体姿势的定位，立姿测试辅助组件2包括立姿测试时力传感器安装面201、角度调节滑 块202、立柱203和调节横梁204 ；立姿测试时力传感器安装面201通过铰接连接调节横梁204 —端，用于安装力学 传感器，角度调节滑块202包住调节横梁204，与支撑杆205铰接，支撑杆205的另一端与立 姿测试时力传感器安装面201铰接，通过滑动角度调节滑块202在调节横梁204上滑动，实 现立姿测试时力传感器安装面201与水平面的夹角在5° 90°之间任意变化。调节横梁 204的另一端与立柱203通过滑道进行滑动连接，调节横梁204能够在立柱203上滑动，实 现操作者与立姿测试时力传感器安装面201在上下方向相对位置的调节，立柱203的底部 与支架底座1的主梁101通过滑道进行滑动连接，立柱203能够在主梁101上水平移动，实 现操作者与立姿测试时力传感器安装面201之间距离的调节。通过调节立姿测试辅助组件 2，确保操作者立姿手操作力测试时有一个符合要求的姿势。脚蹬力测试辅助组件3用于测试操作者坐姿脚蹬力时保持操作者大腿与椅面、大 腿与小腿呈现规定的角度，脚蹬力测试辅助组件3包括由脚蹬力传感器安装面301、脚蹬力 调节立柱302和脚蹬力调节横梁303 ；脚蹬力传感器安装面301用于安装脚蹬力传感器304，脚蹬力传感器安装面301通 过滑道滑动连接脚蹬力调节立柱302，并且脚蹬力传感器安装面301能够在脚蹬力调节立 柱302上上下移动，实现操作者与脚蹬力传感器安装面301上下方向相对位置关系的调节。 脚蹬力调节立柱302通过滑道滑动连接脚蹬力调节横梁303，脚蹬力调节立柱302能够在脚 蹬力调节横梁303上左右移动，实现操作者与脚蹬力传感器安装面301左右方向相对位置 关系的调节。脚蹬力调节横梁303通过滑道滑动连接支架底座1的主梁101，脚蹬力调节横 梁303能够在主梁101上前后移动，实现操作者与脚蹬力传感器安装面301在前后方向相 对位置的调节。通过脚蹬力测试辅助组件3，确保操作者坐姿脚蹬力测试时有一个符合要求 的姿势。坐姿手操作力测试辅助组件4用于测试操作者坐姿单手内掰力、外掰力、推/拉 力、上拉力、下压力时保持其上臂和前臂呈现规定的角度，坐姿手操作力测试辅助组件4包 括手施力传感器安装面401、手操作力调节立柱402和手操作力调节横梁403。手施力传感器安装面401用于安装手施力传感器，手施力传感器安装面401通过 滑道滑动连接手操作力调节立柱402，并且手施力传感器安装面401能够在手操作力调节 立柱402上上下移动，实现操作者与手施力传感器安装面401上下方向相对位置关系的调 节。手操作力调节立柱402通过滑道滑动连接手操作力调节横梁403，手操作力调节立柱 402能够在手操作力调节横梁403上左右移动，实现操作者与手施力传感器安装面401左 右方向相对位置关系的调节。手操作力调节横梁403通过滑道滑动连接支架底座1的主梁 101，手操作力调节横梁403能够在主梁101上前后移动，实现操作者与手施力传感器安装 面401在前后方向相对位置的调节。通过坐姿手操作力测试辅助组件4，确保操作者坐姿手 操作力测试时有一个符合要求的姿势。所述的支架1选用铁板、钢材或者铝合金等材料制成，总体质量不大于IOOKg ；立柱203与主梁101之间通过滑道进行滑动连接、脚蹬力调节横梁302与主梁101 之间通过滑道进行滑动连接、手操作力调节横梁403与主梁101之间通过滑道进行滑动连 接，座椅102与主梁101之间固定连接，所述的连接都能够进行快速拆装，所以本发明装卸
6与携带非常方便。当操作者进行立姿测试时，将座椅102拆除；当操作者进行坐姿测试时， 将立姿测试辅助组件2拆除；当操作者进行脚蹬力测试时，将立姿测试辅助组件2与脚蹬力 测试辅助组件3拆除。所述的脚蹬力测试辅助组件3的脚蹬力调节横梁303、坐姿手操作力测试辅助组 件4的手操作力调节横梁403，根据操作者的要求安装在支架1中主梁101的一侧，当操作 者测试左手或者左腿时，其安装在主梁101左侧，当操作者测试右手或者右腿时，将其安装 在主梁101右侧。实施例1 主梁101长度为2500mm，并带有尺寸的刻线，以方便手操作力调节横梁403、脚蹬 力调节横梁303以及立柱203在其上的滑动与定位。座椅102的椅面及椅背进行人性化设 计，椅面距地面高度固定为500mm，且其右方安装有肘托调节组件106，以满足操作者进行 坐姿手施力测试时完成肘高调节的要求。肘托在水平方向上调节范围为0-150mm、垂直方向 上调节范围这0-200mm。角度调节滑块202在调节横梁204上的滑动，实现立姿测试时力传感器安装面201 与水平面的夹角在5° 90°之间任意变化。另外，通过立柱203在主梁101上的滑动， 实现操作者与立姿测试时力传感器安装面201在前后方向相对位置的调节，调节范围为 0-1000mm。通过调节横梁204在立柱101上的滑动，实现操作者与立姿测试时力传感器安 装面201在上下方向相对位置的调节，调节范围为0-400mm。上述调节的目的是，确保操作 者立姿手操作力测试时有一个符合要求的姿势。脚蹬力调节横梁303固定于支架1的主梁101上，同时可沿主梁101的纵向方 向移动，实现操作者与脚蹬力传感器安装面301在前后方向相对位置的调节，调节范围为 0-700mm。另外，通过脚蹬力调节立柱302在脚蹬力调节横梁303上的滑动，实现操作者与 脚蹬力传感器安装面301在左右方向相对位置的调节，调节范围为0-300mm。通过脚蹬力传 感器安装面301在脚蹬力调节立柱302上的滑动，实现操作者与脚蹬力传感器安装面301 在上下方向相对位置的调节，调节范围为0-300mm。上述调节的目的是，确保操作者坐姿脚 蹬力测试时有一个符合要求的姿势。手操作力调节横梁403固定于支架1的主梁101上，同时可沿主梁101的纵向方 向移动，实现操作者与手施力传感器安装面401在前后方向相对位置的调节，调节范围为 0-400mm。另外，通过手操作力调节立柱402在手操作力调节横梁403上的滑动，实现操作 者与手施力传感器安装面401在左右方向相对位置的调节，调节范围为0-250mm。通过手施 力传感器安装面401在手操作力调节立柱402上的滑动，实现操作者与手施力传感器安装 面在上下方向相对位置的调节，调节范围为0-400mm。上述调节的目的是，确保操作者坐姿 手操作力测试时有一个符合要求的姿势。所述的支架尺寸参照国家标准《中国成年人人体尺寸》(GB10000-1988)来进行设 计，考虑了操作者身体尺寸的特点，能够满足第5%至第95%百分位身高的操作者完成肢 体施力的测试，适用范围好。实施例2 操作者立姿右手水平推力测试，按以下步骤进行1、卸去座椅102。
2、松开立柱203底板上的锁紧螺栓，将立姿测试辅助组件2移动到合适位置后拧 紧锁紧螺栓。3、托住调节横梁204，然后松开横梁底板上的锁紧螺栓，对照立住上的标尺，使之 沿立柱进行滑动。将立姿测试时力传感器安装面201移动到合适高度，然后拧紧锁紧螺栓。4、对照调节横梁上的角度刻线，拖动滑套沿横梁滑动，此时仪表框倾角随之变化， 使之倾角等于90°。5、在立姿测试时力传感器安装面201上安装测试所用的力测试传感器。6、操作者走上脚踏板103，就位进行右手水平推力测试。实施例3 操作者坐姿状态下右手前臂和上臂成150°时右手拉力测试，按以下步骤进行1、卸去立姿测试辅助组件2，在手施力传感器安装面401上安装测试所用的手施 力传感器404。2、让操作者坐在座椅102上，背靠座椅102的靠背，右手保持前臂和上臂成150°状 态，松开肘托调节组件103上的锁紧螺钉，使肘托与前臂合适接触，以保持测试时的状态。3、松开手操作力调节横梁403上的锁紧螺栓，对照主梁101上的标尺，使手操作力 传感器安装面401沿主梁101移动至合适位置后，拧紧锁紧螺栓。4、松开手操作力调节立柱402上的锁紧螺栓，对照手操作力调节横梁标尺，使手 操作力传感器安装面401移动至操作者可抓握手施力传感器404的合适位置后，拧紧锁紧 螺栓。5、松开手操作力安装面401上的锁紧螺栓，对照手操作力调节立柱上的标尺，使 手操作力传感器安装面201沿移动至操作者能正确抓握手施力传感器404的合适位置后， 拧紧锁紧螺栓。6、如图2所示，操作者进行右手拉力测试。实施例4 操作者坐姿状态下大腿与座椅面成17°、大腿与小腿成170°时右脚脚蹬力测 试，按以下步骤进行1、卸去立姿测试辅助组件2与手操作力测试组件4，在脚蹬力传感器安装面301上 安装测试所用的脚蹬力传感器304。2、操作者坐在座椅102上，背靠座椅102的靠背。3、调整操作者大腿与座椅面的夹角和膝盖的弯曲角度使大腿与座椅面成17°、大 腿与小腿成170°，并保持该姿势。4、松开脚蹬力调节横梁303在主梁101上的锁紧螺栓，对照主梁101上的标尺，沿 着主梁101的滑槽前移动脚蹬力传感器安装面301，使之达到合适位置后，拧紧锁紧螺栓。5、松开脚蹬力调节立柱302的锁紧螺栓，对脚蹬力调节横梁403上的标尺，使脚蹬 力传感器安装面301移动至操作者右脚能触及到脚蹬力传感器304的合适位置后，拧紧锁 紧螺栓。6、松开脚蹬力传感器安装面301的锁紧螺栓，对蹬力调节立柱302上的标尺，使脚蹬 力传感器安装面301移动至操作者右脚能正确施加脚蹬力的合适位置后，拧紧锁紧螺栓。7、如图3所示，进行操作者右脚脚蹬力测试。
权利要求
操作者肢体施力测试辅助支架，其特征在于包括支架底座、立姿测试辅助组件、脚蹬力测试辅助组件和坐姿手操作力测试辅助组件；立姿测试辅助组件中的立柱、脚蹬力测试辅助组件中的脚蹬力调节横梁以及手操作力测试组件中的手操作力调节横梁均与支架底座的主梁通过滑道进行滑动连接；支架底座用于保持在测试过程中整个支架的稳定性，支架底座包括底座框、主梁、座椅、脚踏板和前支柱；主梁水平设置，一端固定连接底座框，另一端固定连接前支柱，通过调节前支柱，使主梁保持水平；脚踏板设置在底座框上，座椅固定连接底座框一端主梁的一侧上；立姿测试辅助组件包括立姿测试时力传感器安装面、角度调节滑块、立柱和调节横梁；立姿测试时力传感器安装面通过铰接连接调节横梁一端，用于安装力学传感器，角度调节滑块包住调节横梁，与支撑杆铰接，支撑杆的另一端与立姿测试时力传感器安装面铰接；通过滑动角度调节滑块在调节横梁上的滑动，调节立姿测试时力传感器安装面的角度；调节横梁的另一端与立柱通过滑道进行滑动连接，立柱底部与支架底座的主梁通过滑道进行滑动连接；脚蹬力测试辅助组件包括脚蹬力传感器安装面、脚蹬力调节立柱和脚蹬力调节横梁；脚蹬力传感器安装面用于安装传感器，脚蹬力传感器安装面与脚蹬力调节立柱、脚蹬力调节立柱与脚蹬力调节横梁、脚蹬力调节横梁与支架底座的主梁均通过滑道进行滑动连接；坐姿手操作力测试辅助组件包括手施力传感器安装面、手操作力调节立柱和手操作力调节横梁；手施力传感器安装面用于安装传感器，手施力传感器安装面与手操作力调节立柱、手操作力调节立柱与手操作力调节横梁、手操作力调节横梁与在支架底座的主梁均通过滑道进行滑动连接。
2.根据权利要求1所述的操作者肢体施力测试辅助支架，其特征在于所述主梁上设 有尺寸刻线，用于手操作力调节横梁、脚蹬力调节横梁和立柱在其上的滑动定位。
3.根据权利要求1所述的操作者肢体施力测试辅助支架，其特征在于所述座椅的右 手侧固定安装肘托调节组件，肘托调节组件包括肘托调节横梁、肘托调节立柱和肘托固定 梁，肘托固定梁一端固定连接座椅，另一端设有垂直方向的滑动通孔，肘托调节立柱位于滑 动通孔内，能够垂直移动并固定在任意位置，肘托调节立柱上方一端，设有水平方向的滑动 通孔，肘托调节横梁位于滑动通孔内，能够水平移动并固定在任意位置。
4.根据权利要求1所述的操作者肢体施力测试辅助支架，其特征在于所述的角度调 节滑块，其在调节横梁上滑动，实现立姿测试时力传感器安装面与水平面的夹角在5° 90°之间任意变化。
全文摘要
本发明公开了一种操作者肢体施力测试辅助支架，适用于5％至95％中操作者规定姿势时的肢体施力测试，操作者肢体施力测试辅助支架包括支架底座、立姿测试辅助组件、脚蹬力测试辅助组件和坐姿手操作力测试辅助组件，支架底座用于保持在测试过程中整个支架的稳定性；立姿测试辅助组件用于立姿时单手推/拉力、旋力、指捏力等力学传感器的固定和身体姿势的定位；脚蹬力测试辅助组件用于测试操作者坐姿脚蹬力时保持操作者呈现规定姿势；坐姿手操作力测试辅助组件用于测试操作者处于坐姿状态测试手操作力时保持操作者呈现规定姿势。本发明结构设计合理，进行力测试时整体稳定性好，充分保证操作者在相应的操作姿势下测试数据的有效性。
文档编号G01L1/26GK101936793SQ20101021805
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月24日 优先权日2010年6月24日
发明者周前祥, 柳忠起, 郑晓慧 申请人:北京航空航天大学