[发明专利]操纵装置操纵力舒适性等级划分方法

摘要

本发明公开了一种操纵装置操纵力舒适性等级划分方法，其特征在于利用力传感器实时同步采集操纵力信息并进行相应处理，通过建立操纵力与劳动强度和操纵者心理感知强度的映射关系，对操纵力舒适性进行矢量描述，并进行模糊聚类分析，实现对操纵力舒适性等级的有效划分。本发明方法用于客观地划分操纵力舒适性等级，确定满足舒适性要求的操纵装置操纵力范围，为生产过程中操纵力舒适性等级的评判提供理论依据和判断标准。

主权项

一种操纵装置操纵力舒适性等级划分方法，其特征在于利用力传感器实时同步采集操纵力信息并进行相应处理，通过建立操纵力与劳动强度和操纵者心理感知强度的映射关系，对操纵力舒适性进行矢量描述，并进行模糊聚类分析，实现对操纵力舒适性等级的有效划分；(1)所述利用力传感器实时同步采集操纵力信息并进行相应处理是：由设定数量的试验人员，针对同一个被操纵机构进行实际操纵，由设置在所述被操纵机构上的力学传感器实时采集各试验人员在操纵过程中有关操纵力大小的原始信号；对于所述原始信号进行初始化选取，所述初始化选取是为操纵力设定一个提取下限值，对于大于所述提取下限值的操纵力的原始信号进行数字滤波，得到一组操纵力数据信息；(2)所述对操纵力舒适性进行矢量描述是：分别选取劳动强度和感知强度作为反映人体舒适性的指标，建立操纵力与劳动强度和感知强度的映射关系；针对所述映射关系利用基于欧氏距离的相异度函数表达方法，进行操纵力舒适性的矢量描述；所述操纵力与劳动强度和感知强度映射关系的建立按如下方式进行：a.操纵力与劳动强度映射关系：以相对代谢率RMR衡量劳动强度，操纵力与劳动强度的关系描述为： RMR = M - R B = FS - R B - - - ( 1 ) 式(1)中的M为能量代谢率，包括作业代谢率、基础代谢率B和安静代谢率R，其中，作业代谢率为操纵力F和操纵位移S的乘积；基础代谢率B为人体处于基础状态下的单位时间和单位表面积的最基本能量消耗量；安静代谢率R为人体为保持各部分的平衡以及某种姿势在单位时间、单位表面积内所消耗的能量；b.操纵力与感知强度映射关系：根据史蒂文斯幂定律，感知强度和操纵力的关系描述为：ψ＝k(φ‑φ0)n    (2)式(2)中的ψ为感知强度，φ为操纵力，φ0为操纵力的差别阈值，且φ≥φ0，k为常数，n为随操纵力变化、感知强度变化的比率；将式(2)转化为：log10ψ＝nlog10(φ‑φ0)+log10k    (3)由式(3)进行线性回归来确定感知变化率n和常数k；所述利用基于欧氏距离的相异度函数表达方法进行操纵力舒适性的矢量描述的方法为：将所述步骤(1)中得到的一组操纵力数据信息随机随机划分为初始样本和分析样本，所述初始样本小于待分析样本；分别逐一计算初始样本和待分析样本中操纵力所对应的劳动强度和感知强度，计算待分析样本和初始样本之间劳动强度的欧氏距离D1(i)，以及待分析样本和初始样本之间感应强度的欧氏距离D2(i)；针对所述的欧氏距离D1(i)和欧氏距离D2(i)，利用相异度函数得到操纵力舒适性矢量描述点集：(D1(1)，D2(1)，D1(2)，D2(2)，L，D1(m)，D2(m))；(3)所述基于聚类分析的操纵力舒适性等级划分是：以操纵力舒适性矢量点集作为C‑均值聚类分析的样本集，通过模糊C‑均值聚类分析FCM，设定聚类数为N，迭代计算出最优模糊聚类矩阵和最优模糊聚类中心矩阵，形成以劳动强度和感知强度为纵横坐标，具有N个区域的二维散点图；不同的区域对应不同的操纵力舒适性等级，根据劳动强度与感知强度比值越小操纵力舒适性越大，同时借鉴已标准化的振动舒适性等级划分准则，确定各区域所对应的操纵力舒适性等级。