工具手柄的手抓握有限元模型建立及研究.pdf

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1、虚拟制造技术现代制造工程(ModemManufacturingEngineenng)2011年第12期工具手柄的手抓握有限元模型建立及研究陶国强，李俊源，姜献峰(浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部／浙江省重点实验室，杭州310014)摘妻：以获得工具手柄手抓握时的手部表面压力分布为目标，分析手部结构与运动特征，建立手柄手抓握情形下的抓握准则，建立面向手柄抓握的手部几何模型，通过ABAQUS有限元分析软件，划分网格、设置抓握进程和边界条件等建立有限元模型，最终分析得到手柄手抓握虚拟仿真情形下的手部压力分布状况，并验证了与实际的类

2、似抓握情形相符，为手部表面压力测量寻求了一种新的虚拟测试途径。关键词：手柄；抓握；有限元；压力分布中国分类号：TP391．7文献标志码：A文章编号：1671—3133(2011)12--0031---04Researchonthef'miteelementmodelofgrasp-handfortoolhan棚eTAOGuo-qiang．LIJun-yuan，_IIANGXian-feng(KeyLaboratoryofE&MMinistryofEducation＆ZhejiangProvince，ZhejiangUniversityo

3、fTechnology，Hangzhou310014，China)Abstract：Togetthetargetofpressuredistributiononthehandaurfacewhengraspthetoolhand，analyzethestmcun'esandtoo-tioncheraeterisdesofthehand，establishedgrasp-鲥delinesintheca∞ofgrasp-handforhandle，andestablishedthehandgeom—mmodelforhandle—grasp

4、．throughtheABAQUSfinitedementanalysissoftware，establishedafinitedementmodelbym∞hing，addrelationsofhandle—grasp．boundaryconditionsand80on，thenc∞getthepressuredistributiononthehandsurfaceinthevir-malsituationofhandle·graspbyanalysis．atlastvalidatedwiththeactualsimilargrasp

5、condition，finedanewwayfor8he8stestofhandsurface．Keywords：handle；grasp；finiteelement；pressuredistribution0引言手在日常生活与工作过程当中，是使用工具、操纵设备等进行一系列社会活动的主要载体，起着非常重要的作用。由于工具手柄的设计缺陷及手抓握操纵上的不当作业等各种原因，会引发对手部的伤害和意外状况。长期以来，人们对手部的解剖结构、生理特性和运动性能及工具手柄的设计等都进行了大量的研究。工具手柄抓握时的手部姿态如图l所示，人手在使用工具时

6、，手部所受压力分布状况直接影响着人手使用工具的舒适性，手部压力分布位置及大小是评价手部舒适性的一项重要指标”。。目前，对手部的压力测试均采用实物样机测试法，如通过贴有应变片的数据手套来实现。在工具手柄的开发设计中，采用实物样机测试，需要反复试制与试验，成本高、效率低且开发设计周期长。本文为手部表面压力测量寻求一种新的测试途图1工具手柄抓握时的手部姿态径，采用虚拟仿真测试技术，以获得手柄手抓握时的手部表面压力分布为目标，通过手抓握模型与工具手柄模型间的交互行为，最终获得良好的实验结果。1工具手柄的手抓握分析1．1手部结构简述手是人体的重要

7、部位，其构成相当复杂，主要由31策■■，2011年第12期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)上皮组织、肌肉组织、结缔组织和神经系统、骨骼，以及皮肤等组成”。。骨骼之间由关节连接，肌肉附着在骨骼之上，皮肤又覆在肌肉等软组织之外。如图2所示，手是一个多关节的系统，手部骨架由27块骨骼组成，分为腕骨、掌骨和指骨三部分。腕骨由钩骨、月骨、三角骨等8块构成。掌骨共5块，由拇指(thumb)向小指(pinky)依次为第1-5掌骨，近端接腕骨，远端接指骨。指骨共14块，除拇指只有2节指骨外，其他四指分别有3节指

8、骨，为近指骨、中指骨和远指骨”。。人手由手腕、手掌、拇指及其他相邻的四指组成，它们由关节相互连接，随着各关节间的转动，手的姿态也发生变化。鳓唬骨竺gd到棼黟勺b。图2手部结构1．2手部的运动约束人手的运动主