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人机工程学在农业机械设计中的应用及教学研究(2)

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基于虚拟仿真技术的人机工程学设计方法主要内容安排如图5所示，理论教学介绍基本知识，为虚拟仿真提供理论基础支撑。

图4 人机工程学虚拟设计方法

3 教学案例设计

教学案例以人机工程学实践课程教学为依托，学生掌握人机工程学基本理论及其虚拟仿真技术后，拥有开展农业机械人机设计的能力。本教学案例从人体尺寸入手，通过虚拟仿真技术得出操纵者操纵空间，进而能够得到操纵者的舒适性可达范围，基于此开展拖拉机驾驶室操纵机构空间布局设计。

3.1 人体尺寸设计

该环节主要针对人体几何尺寸理论教学内容，学生通过CATIA软件实现人体测量、不同百分位人体尺寸模型建立，可以增加学生对人体尺寸的了解[7]。学生需要详细了解我国标准人体尺寸的相关规定，才能够建立准确的人体模型，每个学生需要建立一个与自身相同的虚拟人体模型，如图6所示。

3.2 操纵空间设计

在软件中开展操纵空间设计，该部分内容主要与人体作业空间设计理论教学直接相关，学生需要了解人体关节活动范围，然后开展人体手部可达性包络范围设计、脚部可达性包络范围设计。研究人体肢体的可达性是操纵空间设计的基础，只有把人体的可达性范围研究清楚后，才能够开展操纵机构的空间位置布局设计，其中人体左右手部的可达性极限范围、脚部的可达性极限范围如图7所示。

图5 基于虚拟仿真技术的人机工程学设计方法

图6 人体模型建立

图7 操纵空间设计注：图a为人体左右手极限可达范围，图b为左右脚极限可达范围。

人机设计主要是解决操纵手柄舒适操纵，因而还需要开展人体舒适性研究，故学生需要研究人体关节舒适可达范围，此时学生需要设计出驾驶员的舒适性可达范围，如图8所示。

3.3 拖拉机驾驶室布局设计

学生在完成人机工程相关理论知识和人机工程学虚拟设计方法的学习后，需要开展农业机械人机工程设计的实践教学[8]，主要是让学生在CATIA三维设计软件中设计拖拉机驾驶室操纵机构的空间位置布局，最后得到不同尺寸驾驶员对应的最佳布局，最终完成的课程设计效果见图9。

图8 驾驶员舒适性可达性范围设计

图9 课程设计需要达到的效果

4 结语

在农业机械化及其自动化专业开展人机工程学教学，以实现农业机械产品的“舒适”“方便”“安全”和“效率”使用，达到农机装备的人性化使用目标。本文首先指出人机工程设计在农业机械设计中的作用，阐明农业机械设计与人机工程学之间的联系，进而构建农业机械人机工程学课程体系，提出人机工程学理论、人机工程学虚拟设计方法教学和人机工程学实践课程教学总体规划，实现人机工程设计、虚拟设计与农业机械设计的有机融合，为符合当前新工科模式下新型高层次人才培养提供了有力的支撑。

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文章来源：《新课程研究》网址: http://www.xkcyjzzs.cn/qikandaodu/2021/0610/962.html