УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭРГОНОМИЧНОСТИ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к транспортному и сельскохозяйственному машиностроению и предназначена для определения досягаемости органов управления по отношению к оператору и сидению транспортного средства. Может быть использована на тракторах и самоходных машинах с целью определения наиболее комфортного расположения органов управления и повышения эргономичности транспортного средства.
Известно устройство, представляющее вид трехмерного посадочного манекена (патент СССР №109237, МПК G01М 17/00, публикация 15.05.1984 г.), содержащего соединенные "тазобедренным" шарниром панели торса и седалища, шарнирно установленные на панели седалища измерительный шток и элементы, моделирующие бедра, голени и ступни, а также грузы и измерительные приспособления со шкалами, с целью расширения диапазона измерений путем обеспечения независимых друг от друга и от седалищной панели перемещений в вертикальной и горизонтальной плоскостях элементов, моделирующих нижние конечности, и измерения углов их отведения-приведения, он снабжен установленными на панели седалища соосно "тазобедренному" шарниру полуосями с подвижно смонтированными на них карданными шарнирами, вилки которых жестко связаны с задними пластинами моделирующих бедра элементов, а передние пластины последних шарнирно соединены с элементами, моделирующими голени и ступни. Недостатками данного технического решения являются: не возможность определения параметров органов управления относительно оператора транспортного средства верхними конечностями; отсутствие жесткой фиксации в установленных точках расположения опорных суставов конечностей в результате чего имеется погрешность в измерениях.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству относится устройство для измерения эргономичности органов управления транспортного средства (патент РФ №2133019. МПК G01М 17/00, публикация 10.07.1999), содержащее каркас с размещенным в нижней части седалищем. Седалище выполнено в виде опорного полуцилиндрического элемента и располагается на сиденье транспортного средства. В верхней части седалища установлен нивелир. В верхней части устройства расположен динамометрический элемент, состоящий из корпуса, в котором размещены винт и пружина, охватываемые стаканом. Стакан снабжен стрелкой, которая выведена в вертикальную щель, предусмотренную в корпусе. На одном конце винта установлен маховик, другой конец выполнен со сферической головкой и завальцован в опорную шайбу на потолке кабины. Над стаканом расположена плавающая квадратная гайка, взаимодействующая с винтом. Каркас выполнен в виде гнутой трубы с имитацией расположения опорных суставов верхних и нижних конечностей. В точках, соответствующих расположению упомянутых опорных суставов, установлены четыре измерительных устройства, каждое из которых состоит из вертикального диска, снабженного шкалой отсчета, транспортира и шнуров-линеек.
Недостатком прототипа является низкая точность измерений, обусловленная следующим.
1. Снятие измерений производится с натянутых шнуров-линеек, что соответствует вытянутой конечности под каким-либо углом относительно вертикального положения тела оператора транспортного средства, что является одним из способов взаимодействия оператора с органами управления верхними конечностями, но чаще всего плечелоктевой сустав находится в согнутом положении во время работы, а нижними конечностями оператор осуществляет воздействия на педали только в согнутом положении; таким образом, полученные данные невозможно использовать при размещении органов управления в оптимальной зоне досягаемости оператора транспортного средства.
2. Измерения производятся только для оператора со средними антропометрическими данными.
3. Устройство не может измерять углы направления конечностей относительно плечелоктевых и коленных суставов.
Задачей предполагаемой полезной модели является повышение точности измерений относительно расположения органов управления для улучшения взаимодействиями с ними опорных суставов конечностей оператора.
Указанная задача решается за счет того, что в известное техническое устройство, содержащее каркас в виде трубы с имитацией расположения опорных суставов верхних и нижних конечностей трубы с размещенным в нижней части седалищем в виде опорного полуцилиндрического элемента с нивелиром, с динамометрическим элементом в верхней его части, состоящим из корпуса, в котором размещена пружина, охватываемая направляющим стаканом, снабженным стрелкой, выведенной в вертикальную щель, предусмотренную в корпусе, с измерительными устройствами в виде дисков, снабженных шкалой отсчета внесены отличительные признаки, заключающиеся в следующем: седалище шарнирно связано с трубчатым элементом, моделирующим тазобедренный сустав с измерительной лентой; в верхней части расположен т-образный трубчатый элемент, имитирующий ширину плеч, шарнирно соединенный смоделированным плечевым суставов в виде трубчатого элемента с измерительной лентой; трубчатый каркас в каждой точке расположения изгибов опорных суставов снабжен трехмерными измерителями угловых перемещений шарнирных соединений, каждое из которых состоит из наружного и внутреннего сферических дисков, первый из которых снабжен шкалой отсчета по всей окружности, а второй по сферической поверхности и располагается в наружном, обеспечивая измерения в трех плоскостях; для измерений в соответствии с персональными антропометрическими данными оператора имеются регулировочные трубы, которые больше по диаметру, чем трубчатый каркас или сымитированная конечность с измерительными шкалами, что позволяет им с упорными штырями свободно погружаться в данные регулировочные трубы со специальными отверстиями для фиксации на необходимую глубину.
Таким образом, на месте оператора, а именно на сиденье транспортного средства, размещается устройство, состоящее из трубчатого каркаса, на котором имитируются точки расположения опорных суставов верхних и нижних конечностей оператора. При помощи измерительной ленты фиксируют расстояния до органов управления, а углы, описывающие их взаимное расположение, определяются трехмерными измерителями угловых перемещений и дисками, снабженными шкалой отсчета. В точках, где имитируется расположение изгибов опорных суставов оператора, размещаются измерители угловых перемещений шарнирных соединений, каждое из которых состоит из наружного и внутреннего сферических дисков, первый из которых снабжен шкалой отсчета по всей окружности, а второй по сферической поверхности и располагается в наружном, обеспечивая измерения в трех плоскостях. Окончания верхних и нижних конечностей снабжены измерительными лентами, позволяющими измерять расстояния от диска до точки приложения усилий и оценить при этом досягаемость конечностей оператора до органов управления при взаимодействии с ними. Измерения в соответствии с персональными антропометрическими данными оператора осуществляются за счет погружения трубчатого каркаса или сымитированной конечности с измерительными шкалами и упорными штырями в регулировочные трубы, которые больше по диаметру, со специальными отверстиями для фиксации на необходимую глубину.
Предлагаемая конструкция устройства состоящего из трубчатого каркаса с имитацией плечевого и бедренного суставов с трехмерными измерителями угловых перемещений шарнирных соединений и измерительными лентами, с возможностью измерений в соответствии с персональными антропометрическими данными операторов повышает точность измерений расположения органов управления относительно опорных суставов оператора, вследствие чего, повышается уровень проектирования рабочего места и, соответственно, улучшаются условия труда для каждого водителя транспортного средства.
В предлагаемом устройстве (см. фиг.1, 2) устанавливаемым на сиденье (1) водителя транспортного средства полуцилиндрическим опорным элементом (седалищем) (2) моделируется контакт водителя в области тазобедренного сустава с сиденьем. Неподвижное вертикальное положение данного устройства обеспечивается за счет трубчатого каркаса (3), соединяемым резьбовым элементом (4) с удлинителем (5), который фиксируется за счет пальца (6) с нанесенной на нем резьбой с опорным винтом (7), упирающимся в потолок кабины (8), а в нижней части измерительного устройства фиксация осуществляется седалищем. Для контроля вертикальности устройства на седалище (2) в верхней его части расположен жидкостной нивелир (9). Каркас в предлагаемом устройстве выполнен с имитацией расположения опорных суставов человека-оператора: верхние суставы-трубки, моделирующие плечевые суставы (10), шарнирно соединены с трубками, имитирующими локтевые суставы (11); нижние суставы-трубки, моделирующие бедра (12), расположены на тазобедренном суставе (13) и шарнирно с ним связаны. В точках изгиба опорных плечевых (А, В) и тазобедренных (C, D) суставов водителя, в предлагаемом устройстве размещаются трехмерные измерители угловых перемещений шарнирных соединений (14) (фиг.3), каждое из которых состоит из наружного (15) и внутреннего (16) сферических дисков, первый из которых снабжен шкалой (17) отсчета по всей окружности, а второй по сферической поверхности и располагается в наружном, обеспечивая измерения в трех плоскостях. В точках изгиба плечевых и локтевых суставов (E, F), а также тазобедренных и голенных суставов (G, H) находятся измерители углов и расстояний, состоящие из дисков (18) со шкалой отсчета и измерительных лент (19). Динамометрическим элементом устройства (фиг.4), состоящим из каркаса (20) в виде стакана, в котором перемещается трубка (21) и пружины (22) зафиксированной на опорной части трубки (21) со стрелкой (23) с выводом в вертикальную прорезь, предусмотренную в корпусе на шкалу (24), осуществляется дозированная нагрузка на сиденье (1) транспортного средства.
Измерения доступности органов управления предлагаемым устройством осуществляется следующим образом.
n
n
m
При установке устройства и проведения измерений трубчатый каркас (3) опорным полуцилиндрическим элементом (седалищем) (2) устанавливается на сиденье (1) в его центре таким образом, чтобы обеспечивалось надежная фиксация измерительного устройства, за счет перемещения (вращения по часовой стрелке) удлинителя (5) с опорным винтом (7) установленного в резьбовом элементе (4) до надежной фиксации в потолок кабины транспортного средства (8), вертикальность положения устройства проверяют по жидкостному нивелиру (9) и при необходимости корректируют положение трубчатого каркаса. Для создания установленной нагрузки на сиденье (65 кг) продолжают закручивать удлинитель (5) с опорным винтом (7), при этом трубка (21) перемещается вниз разжимая пружину (22) со стрелкой (23), выведенной на шкалу (24), создавая необходимое усилие через трубчатый каркас (3) и опорный полуцилиндрический элемент (2) на сиденье (1). Измерения до верхних (25) и нижних (26) органов управления от конечностей оператора, находящихся в контакте с ними, осуществляются с помощью измерительной ленты (19), которая позволяет определить расстояние от опорного сустава до точки приложения усилий (ТПУ) или оценить степень досягаемости органа управления какой-либо из конечностей водителя. Для определения направления расположения ТПУ используются трехмерные измерители угловых перемещений шарнирных соединений (14), а также диски (18) со шкалой отсчета. Изменение антропометрических параметров, а именно длины верхних I и нижних конечностей 1 т, ширины плеч b и таза b, высоты h между осью верхних и нижних конечностей на данном измерительном устройстве осуществляется перемещением сымитированных конечностей и трубчатого каркаса в регулировочные трубы (27), которые больше по диаметру, за счет нажатия упорных штырей (28), зафиксированных в специальных отверстиях и продавливания опорной конечности в регулировочную трубу (27) на необходимую глубину, определяемую измерительной шкалой (29) согласно необходимым параметрам.
Предлагаемое устройство позволяет определить координаты ТПУ органов управления транспортного средства с повышенной точностью измерений, что дает возможность оценить степень их эргономичности по отношению к оператору транспортного средства.