(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 202210955000.1 (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 杭州群核信息技 术有限公司 地址 310000 浙江省杭州市上城区东宁路 586号悦郡城1幢80 6室 (72)发明人 李光毅　 (74)专利代理 机构 杭州君度专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 33240 专利代理师 杨天娇 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于肌骨骼模型柔性仿真的沙发工效学评 估方法及装置 (57)摘要 本发明公开了一种基于肌骨骼模型柔性仿 真的沙发工效学评估 方法及装置， 方法包括建立 人体简化模型， 并设置人体简化模型的尺寸参 数； 以人体真实坐姿为初始姿态将人体简化模型 置于沙发有限元模型上， 并计算人体简化模型静 止状态下各肢体的姿态、 作用力以及力作用点； 将尺寸参数、 各肢体的姿态、 作用力以及力作用 点导入人体肌骨骼模型， 得到人体肌骨骼模型姿 态稳定条件 下全身肌肉各自所需的肌肉力； 根据 人体肌骨骼模型各肌肉力对沙发有 限元模型进 行沙发设计的工效学评估， 输出评估结果。 本发 明解决了可变形体与人体交互作用难以测量和 计算的问题， 解决了沙发设计阶段工效学效果无 法预先评估的问题。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 115455752 A 2022.12.09 CN 115455752 A 1.一种基于肌骨骼模型柔性仿真的沙发工效学评估方法， 其特征在于， 所述基于肌骨 骼模型柔 性仿真的沙发工效学评估方法， 包括： 建立人体简化模型， 并设置人体简化模型的尺寸 参数； 以人体真实坐姿为初始姿态将人体简化模型置于沙发有限元模型上， 并计算人体简化 模型静止状态下 各肢体的姿态、 作用力以及力作用点； 将所述尺寸参数、 各肢体的姿态、 作用力以及力作用点导入人体肌骨骼模型， 得到人体 肌骨骼模型姿态稳定条件下全身肌肉各自所需的肌肉力； 根据人体肌骨骼模型各肌肉力对沙发有限元模型进行沙发设计的工效学评估， 输出评 估结果。 2.如权利要求1所述的基于肌骨骼模型柔性仿真的沙发工效学评估方法， 其特征在于， 所述设置人体简化模型的尺寸 参数， 包括： 获取实际人体解剖结构参数应用于人体简化模型； 根据实际人体解剖结构参数计算并设置人体简化模型 各肢体的重量和重心位置 。 3.如权利要求1所述的基于肌骨骼模型柔性仿真的沙发工效学评估方法， 其特征在于， 所述人体真实坐姿包括人体坐在沙发 实物上时各个肢体的姿态和各个关节的关节角。 4.如权利要求1所述的基于肌骨骼模型柔性仿真的沙发工效学评估方法， 其特征在于， 所述以人体真实坐姿为初始姿态将人体简化模型置 于沙发有限元模型 上， 包括： 设置沙发有限元模型为有限元类型柔体， 并根据实际沙发材料类型设置沙发有限元模 型的材料变形属性； 设置人体简化模型为刚体Articulation类型， 并将人体真实坐姿应用于人体简化模 型； 修改人体简化模型的关节角约束， 将相邻肢体之间的关节角约束限定为在人体矢状面 内单自由度转动的铰链关节， 后将人体简化模型放置 于沙发有限元模型之上。 5.如权利要求1所述的基于肌骨骼模型柔性仿真的沙发工效学评估方法， 其特征在于， 所述计算人体简化模型静止状态下 各肢体的姿态、 作用力以及力作用点， 包括： 利用柔性仿真器 计算人体简化模型静止状态下 各肢体的姿态； 计算沙发有限元模型形变后施加给人体简化模型各肢体的作用力合力以及合力作用 点， 包括： 对于沙发有限元模型中的每个有限元单元， 基于平衡方程求解xyz方向的法向应力σx、 σy、 σz和切向应力 τxy、 τxz、 τyz， 查询所有的有限元单元celli， 如果与人体简化模型的指定肢 体j接触， 则放入集 合Sj； 1)沙发有限元模型对肢体j的作用力合力Fj为： 式中， 为有限元单元celli对肢体j的作用力， sign(ix)、 sign(iy)、 sign(iz)分别为 xyz轴的符号函数， 取值取决于有限元单元celli和肢体j的接触面法向， 与 接触面法向对齐 时取值1， 否则取值0；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115455752 A 22)沙发有限元模型对肢体j的合力作用点 为： 式中， pj为沙发有限元模型对肢体j的合力作用点， oj为肢体j的质心坐标， Mj1、 Mj2分别 为近端、 远端关节对肢体j的力矩， 计算公式为： Mj1＝Fj1·|pj1‑oj|·sinθ1 Mj2＝Fj2·|pj2‑oj|·sinθ2 式中， Fj1、 Fj2分别为近端、 远端关节对肢体j的作用力， pj1、 pj2分别为近端、 远端关节的 坐标， θ1、 θ2分别为Fj1与pj1‑oj的夹角、 以及Fj2与pj2‑oj的夹角。 6.一种基于肌骨骼模型柔性仿真的沙发工效学评估装置， 其特征在于， 所述基于肌骨 骼模型柔 性仿真的沙发工效学评估 装置， 包括： 模型构建模块， 用于建立人体简化模型， 并设置人体简化模型的尺寸 参数； 肢体力分析模块， 用于以人体真实坐姿为初始姿态将人体简化模型置于沙发有限元模 型上， 并计算人体简化模型静止状态下 各肢体的姿态、 作用力以及力作用点； 肌肉力获取模块， 用于将所述尺寸参数、 各肢体的姿态、 作用力以及力作用点导入人体 肌骨骼模型， 得到人体肌骨骼模型姿态稳定条件下全身肌肉各自所需的肌肉力； 评估模块， 用于根据 人体肌骨骼模型各肌肉力对沙发有限元模型进行沙发设计的工效 学评估， 输出评估结果。 7.如权利要求6所述的基于肌骨骼模型柔性仿真的沙发工效学评估装置， 其特征在于， 所述模型构建模块， 设置人体简化模型的尺寸 参数， 执行如下操作： 获取实际人体解剖结构参数应用于人体简化模型； 根据实际人体解剖结构参数计算并设置人体简化模型 各肢体的重量和重心位置 。 8.如权利要求6所述的基于肌骨骼模型柔性仿真的沙发工效学评估装置， 其特征在于， 所述人体真实坐姿包括人体坐在沙发 实物上时各个肢体的姿态和各个关节的关节角。 9.如权利要求6所述的基于肌骨骼模型柔性仿真的沙发工效学评估装置， 其特征在于， 所述肢体力分析模块， 以人体真实坐姿为初始姿态将人体简化模型置于沙发有限元模型 上， 执行如下操作： 设置沙发有限元模型为有限元类型柔体， 并根据实际沙发材料类型设置沙发有限元模 型的材料变形属性； 设置人体简化模型为刚体Articulation类型， 并将人体真实坐姿应用于人体简化模 型； 修改人体简化模型的关节角约束， 将相邻肢体之间的关节角约束限定为在人体矢状面 内单自由度转动的铰链关节， 后将人体简化模型放置 于沙发有限元模型之上。 10.如权利要求6所述的基于肌骨骼模型柔性仿真的沙发工效学评估装置， 其特征在 于， 所述肢体力分析模块， 计算人体简化模型静止状态下各肢体的姿态、 作用力以及力作用 点， 执行如下操作： 利用柔性仿真器 计算人体简化模型静止状态下 各肢体的姿态； 计算沙发有限元模型形变后施加给人体简化模型各肢体的作用力合力以及合力作用权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115455752 A 3