CATIAV5人机培训应用要点.docx

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CATIAV5人机培训应用要点

CATIAV5人机培训与应用

ErgonomicsDesign&Analysis

HumanBuilder

HumanMeasurementEditor

HumanPostureAnalysis

HumanActivityAnalysis

1.HumanBuilder（人体模型建立）

人体模型的建立是基于最佳人体模型分类系统的。

人体模型能够非常精确地模拟人体以及人如何与产品互动，这样确保能够像真人一样在工作间自然地操作并完成各种作业。

“人体模型建立”模块侧重于建立一个用于互动分析的数字化人体模型。

此模块包含一些高级工具来创建、操作、分析一个人体模型（基于5th、50th、95th的人体百分比）是如何与产品发生互动的。

人体模型用来评估人与产品关于外形、相配、功能的适应性。

人体模型可以直观地创建和操作并结合DMU来检查诸如伸及范围、视野等特征。

简便易学的互动可以通过一个非人类学家来操作人体上面的各类参数。

工具栏中包括人体模型的生成、性别、百分位、正/反运动学操作、动画生成、单眼/双眼视野仿真以及视野圆锥。

1.1.HumanBuilderMenuBar

1.1.1.StandardManikinCreation

点击ManikinCreation图标

，出现NewManikin对话框：

1.1.1.1.ManikinTab：

FatherProduct：

人体模型必须附加在左边树形图的一个Product内，这个Product可以是任何级别的，但不可以是其他任何人体模型。

Manikinname:

在这里为新建的人体模型命名，如：

驾驶员、乘客、机械工等。

多个人体模型可以有同一个名字，如果将这栏空白，系统默认命名为Manikin1（2,3,etc.），并且保存为Manikin1.CATProduct。

Gender:

在这里选择人体模型的性别。

Percentile:

可以选择从1%至99%的人体百分位。

1.1.1.2.OptionalTab

Population:

这里选择人体模型的国籍，系统默认有：

美国、加拿大、法国、日本、韩国。

Model:

这里选择希望得到的人体模型的类别，系统提供三种：

全身、只有左臂、只有右臂。

Referential:

这里选择人体模型上面的参考点，有：

眼点、H点（默认）、左脚、右脚、脚底、胯部。

SetReferentialtoCompassLocation:

如果这个参数是激活的，就可以使用罗盘指定人体模型的初始位置，如：

一个平整的地板。

如果这个参数没有被激活，人体模型就会被放置在系统默认的位置中（坐标原点）。

1.1.2.ChangingManikinDisplayAttributes

点击DisplayAttributes图标

，里面包含：

1.1.2.1.Manikin

这个栏是空的直到鼠标选择了一个人体模型，选择后，人体模型的名字就会显示在这里。

在这个命令打开后，可以不断地选择其他人体模型，但是选择了新的模型后，前一个就被新的模型替代掉了，并更新相应的名字。

1.1.2.2.显示方式：

segments,ellipses,andsurfaces。

三种显示方式同时选择至少一种。

1.1.2.3.Centerofgravity

这里的重心是不可以被做任何操作的。

重心会随着人体各部分的变化而变化，

1.1.2.4.Lineofsight

视线是用来方便处理人体模型的视野的，这条蓝色的线像其他部分一样可以被点选。

例如，它可以在ForwardKinematics

命令中被操作。

1.1.2.5.Resolution

辨析率表示每一个绘制表征人体模型的曲面的椭圆上面的点的数量。

系统默认值为32，它的变化范围是4到128。

1.1.3.InverseKinematicsBehaviors

1.1.4.AssigningDescriptions（Memos）

点选备忘录图标

，选择要写备忘录的人体模型，备忘录窗口就会出现。

写下需要备注的内容后，点击OK。

如果要找回备忘录，重新点击备忘录图标。

备忘录还可以用于视野、人体测量学、人体模型的姿势等。

选择树形图上适当的节点（人体模型、人体测量、视野或身体），相应的备忘录就会显示出来。

1.1.5.UsingtheVisionFunction

选择视野图标

，或双击树形图上的视野，点击人体模型后就会出现一个新的视野窗口。

在这个窗口中单击右键会出现视野菜单：

ExportAs……输出作为一个图像文件

Edit使用视野对话框编辑视野

Close关闭此窗口

视野对话框：

1.1.5.1.TypeField

就像真人一样，人体模型也可以看到它所在的环境。

它同样可以使用双眼或单只眼睛。

Type选项单允许使用者选择五种视野的表达方式。

当每一种方式选择后，视野窗口会做出相应的变化。

Binocular双眼视野（左/右单眼视野的交集）

Ambinocular总视野（左/右单眼视野的并集）

Rightmonocular右眼视野

Leftmonocular左眼视野

Stereo立体视野（同时显示左/右眼视野）

1.1.5.2.VisionTab

A.VisionWindow：

Hidetitle隐藏/显示视野窗口上边的台头。

Peripheralcontour此选项显示/隐藏窗口中的视野边界区域。

Centralspot视点是视线的末端点，此选项显示/隐藏视点。

Blindspot盲点只表示在单眼的视野中，系统默认盲点为不显示状态。

Rendering...点击此选项，出现系统观察模式菜单，通过菜单可以改变所有窗口的观察模式。

Scale使用比例尺可以对窗口在原始大小至3倍大小之间进行缩放。

B.Display：

Lineofsight视线可以被显示/隐藏，视线就像一个末端为控制点的片断，末端的控制点可以依靠IK操作视野。

三种视线：

左/右眼视野中的左/右视线，双眼视野/总视野中的中心线。

Blindcone盲锥是用3D图形表示眼睛盲点边界，它只出现在单眼视野中。

系统默认盲锥为不显示状态。

Peripheralcone锥形边界是用3D图形表示视野的边界，系统默认的锥形边界是不显示状态，它依赖于视线是否激活。

Flatdisplay:

（平滑）Sphericaldisplay:

（球面）

Boundingsdisplay:

（跳跃）Boundedconedisplay:

（有界）

1.1.5.3.FieldofViewTab

Horizontalmonocular:

定义单眼模式下水平（XY平面）的视野范围，默认的角度范围是100度。

Horizontalambinocular:

定义总视野模式下水平（XY平面）的视野范围，默认的角度范围是120度。

Verticaltop:

定义所有视野模式中视点以上的垂直范围，默认的角度范围是35度。

Verticalbottom:

定义所有视野模式中视点以下的垂直范围，默认的角度范围是35度。

Central:

定义中心视野范围（视网膜中心凹）的范围。

因为这个中心视野是圆形的，所以它的特点是上下左右的范围是相同的一个值。

系统默认的值是6度，最大20度，最小0.5度。

1.1.5.4.DistanceTab

Ponctumproximum：

这个参数定义眼睛适应性调节距离范围的最小值，这个值等于距眼睛最近的能够被看清的点与眼睛的距离，默认值为100mm。

Focusdistance：

焦点距离与激活的视线的长度相等，默认值为300mm。

Ponctumremotum：

这个参数定义眼睛适应性调节距离范围的最大值，5m至无穷远，系统定义为无穷远。

1.1.6.UsingtheReachEnvelope

手伸及界面是一个表征人体模型仅仅使用大臂和前臂能够触及到的范围的空间曲面。

整个运动的中心是肩轴点。

可以创建两个伸及界面：

左手和右手。

手伸及界面包括在干涉分析中。

点击手伸及界面图标

，并且选择人体模型的左手或右手：

手伸及界面可以转移到与人体模型绑定的物体上面。

使用PostureEditor（姿态编辑）改变人体模型的姿态，手伸及界面也会发生变化。

如果要删除生成的手伸及界面，右键点击此界面在扩展菜单Left/RightReachEnvelopObject中选择Destroy。

1.1.7.AttachinganObjecttoaManikinSegment

连接功能可以在人体模型片断与单一或多个物体之间创建一个单向关联。

连接的物体从属于人体模型，一旦被连接，物体随着人体发生位移。

但是要注意的是，这种单向关联意味着只能物体随人体运动。

在进行连接后如果物体发生位移，人体任何部分都不会随物体的位移而变化。

1.1.7.1.Attachinganobjecttoamanikinsegment

Example：

将人体模型与要连接的物体摆放到合适的位置，点击连接/分离图标

，点选要连接的物体，再选择人体模型上面要与物体连接的肢体片断（此例中的右手），此时，连接/分离对话框弹出，点击OK，完成连接。

1.1.7.2.Checkingexistingattachesonaspecificmanikin

进入人体模型的属性菜单，点击Manikintab标签，选择Attachtab察看连接管理信息。

下面列出连接的清单。

一个物体同时只可与一个人体模型片断连接，而多个物体可同时与一个人体模型片断连接。

1.1.7.3.Detachinganobjectfromamanikinsegment

有两种方法断开已经做好的连接：

在属性连接管理列表中点选要断开的连接，然后点击列表下面的Detach按键；或使用Attach/Detach命令。

使用Attach/Detach命令：

点击命令，然后点选要断开连接的物体，在弹出的对话框中选择DetachObject。

1.2.ManikinPostureToolbar

1.2.1.UsingthePostureEditor

姿态编辑是用来调节人体模型各个部分的正向运动的，人体片断或自由度（DOF）的运动是分步骤进行的，这里可以精确地给出具体的数值。

人体模型由68个铰接点组成，每个点的运动受邻近的点的位置的影响。

点击PostureEditor图标

，再选择人体模型，弹出姿态编辑对话框：

Segments：

列表中为人体模型与人体各个部分一致的名称，点击激活。

Part：

这里选择身体各不同的部分，共有3个选项：

Hand：

编辑手的片断。

Spine：

编辑脊柱。

Other：

编辑其他所有除了手合脊柱的身体片断。

Side：

选择左右，比如左/右臂，左侧为系统默认。

Value

使用数值功能可以精确地为人体姿态赋值。

Valuepercentageslider

百分比滑块对应在选定DOF的情况下的运动范围的百分比数值。

Valuespinner

这里允许使用者输入数值，也可以改变每点一下增长/减少箭头的步进值。

Motion

Coupling:

运动的范围（弹性、函数极限）关于6个肢体部分是可以被关联的。

这六个部分是：

锁骨、大臂、小臂、大腿、小腿、踝。

关联的修改只针对这6个部分。

系统默认coupling是关闭的。

Display

AngularLimitations（chart）

这个检查选项显示/隐藏每一个自由度的角度限制。

两个箭头限制运动的极限范围，系统默认为50th的人群。

绿色箭头表示最高极限；黄色箭头表示最低极限；蓝色箭头表示现在的位置。

AnimateViewpoint

这个选项放大所选的部分并改变观察点来帮助最佳观察自由度。

PredefinedPostures

用来预先确定人体模型的六个标准姿势：

站、坐、向前伸开双臂（两臂等长）、向前伸开双臂（单侧肩部外展）、向两侧伸开双臂、跪下。

1.2.2.UsingForwardKinematics

点击ForwardKinematics图标

，选择要操作的人体模型的片断。

这时，出现两个箭头，一个表示运动的方向，另一个表示转动的轴线。

鼠标左键可以沿着箭头拖拽所选的肢体片断，系统默认自由度1，可以通过点击鼠标右键更改自由度。

如果要重新设置所选的片断，单击鼠标右键，选择Reset。

如果要重新设置整个人体姿态，选择树形图中Body，右键菜单Posture中选择Reset。

1.2.3.InverseKinematicsBehaviors

反向运动模式主要移动

TheInverseKinematics（逆向运动学）（IK）modegivesyouthecapabilitytomanipulate（巧妙的控制，操作，处理）themanikin'sIKwithdesignedbehaviors.Thisfunctionisprincipallyformovingtheupperbodyinrelationshiptothemanipulationofthearmsandlegs.Thismanipulationwilleventuallyinduce（引起）spineand/orhip（臀部）motioninordertotranslateandorientthemanikintowardthetarget.Inotherwords,thesebehaviorswillmodify（改变;减轻，减缓）theIKchain,makingitlocal（limbs肢only）orglobal（limbsandspineandpelvis骨盆）.

TwocommandsareavailableinIKmodeandeithermaybeuseddependingontheneedortheoperationtobeperformed（makinganewpostureorfine-tuning调整，使有规则andexistingposture）.BothcommandsprovideeasyaccesstomanikinIKcapabilities.Theonlydifferencebetweenthetwoisinthecompassorientation（asillustratedbelow）.Thesecommandsaremutuallyexclusive;activatingoneautomaticallydeactivatestheother.Formoreinformation,seeUsingtheInverseKinematicsModes.

1.2.4.UsingtheInverseKinematicsModes

这里介绍如何用反向运动来改变人体模型的姿态：

反向（IK）

人体模式（IKWorkerFramemode）：

这个模式里的罗盘是处于绝对坐标下的。

点击图标，选择一个身体片断，罗盘会自动吸附在所选片断的控制点上。

有7个控制点：

●显示中的视线：

●颈：

●骨盆（根部）：

●右手：

左手：

●右脚：

左脚：

将罗盘上的轴与要运动的方向调节一致，然后拖拽。

控制点会随着罗盘运动。

罗盘可以被锁定在用户当前所对的显示平面上，点击鼠标右键，选择LockPrivilegedPlaneOrientationParalleltoScreen选项。

反向（IK）

片断模式（IKSegmentFramemode）：

这个模式下，任何所选择的片断都会将罗盘自动吸附在关联的片断上面的控制点上。

罗盘轴线导向与人体片断的导向一致。

例如：

IKSegmentFramemodeIKWorkerFramemode

1.2.5.UsingthePlaceMode

点击SelectthePlaceMode图标

，将罗盘放置在所希望的位置上，然后选择人体模型。

此时，模型会立即移动到罗盘所在的位置（以创建人体模型时的参考点为基准）。

当罗盘发生位移或转动时，人体模型也一起发生变化。

1.2.6.ApplyingStandardPoses

Sit：

这个标签内包含迅速调节坐姿的高度和深度的方法。

Squat：

包括如何快速设置蹲下的高度。

Stoop

Pelvis:

身体的躯干可以与骨盆一起转动，骨盆绕胯点转动。

Trunk:

人体模型的脊柱可以整体运动，也可以分成各部分运动。

使用者可以选择：

整体脊柱、腰椎、胸椎来弯曲/伸展。

Twist（曲折,扭曲身体，扭动,旋转，转动）：

快速移动整个脊柱（如左/右转动）。

Lean：

快速使整个脊柱侧弯。

HandGrasp：

有三种手部弯曲：

圆柱式的弯曲、捏、球式的弯曲。

双手可以各自独立或一起操作。

CylindricalGraspSphericalGraspPinchGrasp

AdjustElbow：

快速调节左/右肘部，抬高或放下。

（这个命令当手和肩在固定位置时）

2.HumanMeasurementEditor（人体尺寸编辑）

人体尺寸编辑基于最佳人体模型分类系统。

它针对于具体的人体参数逐条创建数字化人体。

除了六个系统默认的人体模型外，用户可以根据世界上任何地区的情况创建新的人体模型。

用户可以修改103个人体参数或操作临界的参数并让此模块自行确定其他的参数。

这些参数可以被手动修改。

此模块还可以定义平均值和标准偏差。

通过使用多分布的方法，本模块能够确保合成的人体模型能够适应目标人群。

此外，它也可以指定人群的百分位来适应设计要求。

2.1.AnthropometryEditorToolbar

2.1.1.DeterminingtheCurrentNationalityofaManikin

通过修改人体模型的属性或使用Population

命令都可以修改人体模型的国籍。

2.1.2.UsingPredefinedPostures

在人体测量学中有四种预先确定的姿态：

站立、向前伸臂、扩展向前伸臂、横向展臂。

这些姿态用来显示关联的参数。

系统默认的姿态是站立。

要显示预先姿态，先选择人体模型，然后进入人体测量状态，最后选择适当的PredefinedPostures图标。

Stand

Reach

ExtendedReach

Span

2.1.3.EditingAnthropometric（人体测量的）Variables（变量）

点击DisplayVariables图标

：

将Managementfield设置为手动模式。

可以键入百分比数值，这时参数会自动随着百分比变化；也可以直接键入参数数值。

在更改数值后，与此数值相关的尺寸在3D图像内的显示为红色。

2.1.4.UsingtheAnthropometricFilter（过滤器，滤波器）

点击Filter图标

：

Part

人体模型的body包含有7部分：

躯干（torso）、头、背、臂、手、腿、足。

举例来说，如果只单击其中一个部分的话，就只会看到其中所选的一部分。

Type

这里有6种测量的方式，圆周（周长）、高、长、宽、深、质量。

使用者可以任意激活其中的项目。

Management

Automatic:

显示只能由系统来计算参数。

Manual:

显示临界的（用户定义的）参数。

Reset

重新回归原始默认状态。

2.1.5.RecoveringInitialSettings

用来将人体测量模块下被修改的数值重新定义为系统默认状态下。

3.HumanPostureAnalysis（人体姿态分析）

人体姿态分析基于最佳人体模型分类系统。

它针对于通过分析当地和全世界的人体姿态、身体角度、舒适性来了解这些姿态是如何影响作业的执行的。

此模块允许使用者从数量上和质量上分析关于人体模型的姿态的所有方面。

全身和局部姿态都是可以被检查、计分、重复的，并且在公布的舒适性数据库中优化操作的舒适性和贯穿于整体作业范围的执行行为的一致性。

友好的对话界面提供了关于人体模型的任何一个身体片断的姿态信息。

色彩块确保有问题的地方可以被迅速地识别出来并且被强调要优化姿态。

此模块允许用户创建特殊的舒适性/力量库用于个别的应用软件。

3.1.AngularLimitationsToolbar

3.1.1.DisplayingandEditingAngularLimitations

点击EditAngularLimitations图标

，然后选择一个肢体片断。

极限肩头显示出来，这些箭头被默认设置为运动极限的平均值。

颜色区域表示所有的此DOF下的运动范围。

绿色箭头表示最高极限；

黄色箭头表示最低极限；

蓝色箭头表示用来改变激活的片断的位置。

当双击极限箭头时，角度极限对话框就会出现：

可以解除角度极限并且可以直接移动滑块、输入数值或直接在图形上拖拽箭头来改动数值。

点击Reset按钮可以返回到原始默认设置值。

Settingangularlimitationsasapercentage

这里的百分比表示必须能够满足此极限的人群，所有角度极限默认为50%的人群能够满足。

使用此命令可以精确地给出具体的百分比或扩展这些限制。

选择人体模型的片断或按下Ctrl键来多选片断。

点击SetAngularLimitationsasaPercentage图标

，探出对话框：

灰色的只读部分表示所选的片断当前的自由度。

点击OK后，所有的自由度的极限（大/小）都会采用所选的百分比。

如果所选的片断的自由度是被锁住的，则会在此限制之外，并显示如下：

3.1.2.AdaptingRangeofMotiontoKeepBestPosture

先选择所要优化的身体片断，然后点击OptimizePosture图标

对于所选的片断与当前激活的自由度，此命令都在寻求首选的角度。

命令会给角度设置最佳的极限范围。

当此命令运行后，肢体片断会根据新的角度极限改变为新的姿态。

总体上，可以使用这个命令来优化姿态。

要这样做，必须在激活OptimizePosture命令之前在树形图上先选择bod