(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211046922.7 (22)申请日 2022.08.30 (71)申请人 中国科学院沈阳自动化研究所 地址 110016 辽宁省沈阳市沈河区南塔街 114号 (72)发明人 骆海涛　曹轩　孔祥峰　孙嘉泽　 于长帅　 (74)专利代理 机构 沈阳科苑专利商标代理有限 公司 210 02 专利代理师 周宇 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) A61G 5/04(2013.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种轮椅人体系统在行驶过程中的舒适性 分析方法 (57)摘要 本发明涉及一种轮椅人体系统在行驶过程 中的舒适性 分析方法。 通过建立轮椅人体系统力 学模型， 在路面下进行仿真分析， 获取人体在不 同路面行驶时的人体关键受力点的受力振动动 力学加速度数据， 评价人体舒适性， 为轮椅开发 提供技术依据。 该方法包括以下步骤： 1、 建立轮 椅多刚体动力学模型； 2、 建立刚性路面模型和轮 椅‑人体系统力学模型； 3、 进行系统平顺性仿真 计算； 4、 进行人体加速度数据采集， 加权计算； 5、 系统舒适性评价。 本发明的一种轮椅人体系统在 行驶过程中的舒适性分析方法， 解决现有系统平 顺性仿真方法的局限性与仿真精度低的问题， 提 高了平顺性仿真精度， 使仿真结果能够真实反映 人体的振动情况， 具有较高适用性和可操作性。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 115422674 A 2022.12.02 CN 115422674 A 1.一种轮 椅人体系统在行驶过程中的舒 适性分析方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 建立轮 椅多刚体动力学模型； 步骤2， 建立刚性路面模型和轮 椅‑人体系统力学模型； 步骤3， 进行系统平顺 性仿真， 获取轮 椅用户人体关键受力测点振动数据； 步骤4， 对多个关键受力测点数据进行加权计算， 获取计算结果； 步骤5， 根据加权计算结果， 作出系统舒 适性分析结果。 2.根据权利要求1所述的轮椅人体系统在行驶过程中的舒适性分析方法， 其特征在于， 所述建立轮 椅多刚体动力学模型， 包括以下步骤： 在ADAMS/View中分别建立轮椅各部件， 包括悬架模型、 车架模型、 轮胎模型和座椅模 型， 添加各构件的材 料属性， 设置 部件之间的连接约束关系。 3.根据权利要求1所述的轮 椅人体系统在行驶过程中的舒 适性分析方法， 其特 征在于， 所述车架模型、 座椅模型的建立步骤为： 结合现有轮椅样机的测量数据， 建立轮椅车架 模型、 座椅模型； 所述轮胎模型的建立步骤为： 进行轮胎模态试验， 以及不同压力和滑移速度下胎面橡 胶的摩擦特性试验， 根据试验数据修改轮胎模型参数， 建立轮 椅轮胎模型； 所述创建悬架模型的具体步骤为： ADAMS/VIEW中建立弹簧模型、 减震器模型， 并设置二 者间的连接约束关系； 对悬架中的弹簧进 行刚度试验， 对减震器进 行阻尼试验， 得到试验数 据； 根据试验数据设置悬架模型中的弹簧刚度曲线与减震器阻尼曲线。 4.根据权利要求1所述的轮椅人体系统在行驶过程中的舒适性分析方法， 其特征在于， 所述建立刚性路面模型和轮 椅‑人体系统力学模型， 包括以下步骤： 步骤2.1， 建立刚性路面的步骤为： 利用Solidworks软件绘制路面， 将其导入到 Hypermesh中绘制三角网格， 并将节点坐标和网格数据导入ADAMS  中， 获取刚性路面； 步骤 2.2， 所述建立轮 椅‑人体系统力学模型步骤为： 基于ADAMS/Lifemod插件， 利用People  size功能设置人体模型参数， 建立人体生物力 学模型； 通过Joint功能， 赋予人体关节参数； 利用Soft  issue功能， 建立人体肌肉模型， 形 成人体生物力学模型； 步骤2.3， 采用模型整合命令将路面模型， 轮椅模型， 人体模型进行虚拟装配， 建立路 面‑轮椅‑人体系统仿真模型。 5.根据权利要求4所述的轮椅人体系统在行驶过程中的舒适性分析方法， 其特征在于， 所述是采用Matlab软件编写rdf文件语句， 将绘制的三角网格i np文件导入ADAMS。 6.根据权利要求 4所述的轮 椅人体系统在行驶过程中的舒 适性分析方法， 其特 征在于， 所述人体模型参数包括： 身高、 体重、 百分数； 所述人体关节参数包括： 头 部、 胸部、 肩部、 臀部、 手臂、 腿部和脚部关节。 7.根据权利要求1所述的轮椅人体系统在行驶过程中的舒适性分析方法， 其特征在于， 所述步骤3中的进行系统平顺 性仿真， 包括以下步骤： 步骤3.1， 对建立的轮椅 ‑人体系统仿真模型以设定的速度匀速通过刚性路面， 提取人 体胸部、 臀部、 脚部质心点的加速度时域数据。 8.根据权利要求1所述的轮椅人体系统在行驶过程中的舒适性分析方法， 其特征在于， 所述步骤4中的人体加速度数据采集， 处 理与加权计算， 包括以下步骤：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422674 A 2步骤4.1， 对仿真得到的测点位置加速度进行数据处理， 计算各测点单轴向加权加速度 均方根值aωx、 aωy、 aωz； 单轴加权加速度均方根 值计算公式为： 其中， aω(t)为时域加速度 a(t)与频率加权函数ω(f)的乘积， T为振动分析时间， 一般 取120s， 其中频率加权函数ω(f)按照公式(2)进行计算； 步骤4.2， 通过不同测点方向倍频带的加权系数分别计算人体胸部、 臀部以及脚部质心 点位置的总加权加速度均方根 值， 单轴加速度频率加权公式为： 其中， f为各轴加速度频率， 其中胸部测点X方向的加权函数为ωc(f)， Y方向的加权函数 为ωd(f)， Z方向的加权函数为ωd(f)； 臀部测点X与Y方 向的加权函数为ωd(f)， Z方向的加 权函数为ωk(f)； 脚部测点的X， Y， Z三个方向的频率加权函数均为ωk(f)； 步骤4.3， 通过不同测点方向的轴加权系数， 计算人体振动的综合总加权加速度均方根 值av， 总加权加速度均方根 值计算公式为： 其中， 系数kx、 ky、 kz分别为1.0， 1.0， 1.4。 9.根据权利要求1所述的轮椅人体系统在行驶过程中的舒适性分析方法， 其特征在于， 还包括： 根据舒适性分析结果， 调整轮椅在刚性路面上的行进速度或更换弹簧悬架， 使得轮 椅用户身体多个关键测点数据符合 舒适性； 舒适性分析结果为： 当轮椅乘坐舒适度C低于阈值时， 体现不同程度的不舒适， 需要调 整。 10.根据权利要求9所述的轮椅人体系统在行驶过程中的舒适性分析方法， 其特征在 于， 所述调整轮椅在刚性路面上 的行进速度， 是通过轮椅控制器根据舒适性分析结论输出 轮椅车轮驱动器控制指令， 增 加或减小行进速度， 提高轮 椅实用舒 适性。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422674 A 3