一种虚拟现实中RULA实时评价方法技术

本发明专利技术提供了一种虚拟现实中RULA实时评价方法，包括，采集动作帧，基于所述动作帧，建立空间坐标系，基于所述空间坐标系，提取关节点坐标，基于所述关节点坐标，获取各肢体向量；基于所述关节点坐标及空间坐标系中坐标轴，获取主矢状面和修正矢状面；基于各肢体向量、主矢状面及修正矢状面，获取各肢体主分值和各肢体修正分值；基于所述各肢体主分值及各肢体修正分值，得到各肢体总分值，基于所述各肢体总分值，通过RULA工作表获取人体姿势的RULA分值。本发明专利技术所提供的RULA评价方法做到了人机工效的快速、实时、准确评价。准确评价。准确评价。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟现实中RULA实时评价方法


[0001]本专利技术涉及人工机效评价
，特别涉及一种虚拟现实中RULA实时评价方法。

技术介绍

[0002]人机工效设计对工业生产、产品质量、生产成本，和工人安全等具有重要意义，亟需在工业产品设计中考虑人因因素。传统的人机工效评价方法是工程师们使用CAM软件中的数字人模型(Digital Human Model,DHM)对装配设计进行人机工效评价。然而，CAM软件的工作效率较低、精确度较差，且缺乏实时性。工程师需要调整DHM的肢体，和视野等，制作大量的关键帧，十分复杂且繁琐，缺乏真实感和沉浸性。因此，亟需改进基于DHM的人机工效评价方法，通过虚拟现实技术提高评价的快速性、实时性和精确性。
[0003]在DHM的人机工效评价方法中RULA快速上肢分析模型是目前常用的人机工效评价方法。在机械工业领域，评价人机工效主要是通过对图片或视频中的人体关节角度进行主观观察或估计实现，这需要邀请该领域专家花费大量时间对姿势进行分析，无法做到RULA模型的人机工效的快速、实时、准确评价。

技术实现思路

[0004]为解决上述现有技术中所存在的现有RULA模型无法进行快速、实时、准确评价的问题，本专利技术提供一种虚拟现实中RULA实时评价方法，包括：
[0005]采集动作帧，基于所述动作帧，建立空间坐标系，基于所述空间坐标系，提取关节点坐标，基于所述关节点坐标，获取各肢体向量；
[0006]基于所述关节点坐标及空间坐标系中坐标轴，获取主矢状面和修正矢状面；
[0007]将所述各肢体向量投影到所述主矢状面中，得到各肢体向量的主投影向量，根据所述主投影向量，获取各肢体向量在主矢状面上的各肢体主角度；基于所述各肢体主角度，获取各肢体主分值；
[0008]将所述各肢体向量投影到所述修正矢状面中，获取各肢体向量的修正投影向量，根据所述修正投影向量，获取肢体向量在修正矢状面上的修正角度；基于所述修正角度，得到各肢体修正分值；
[0009]基于所述各肢体主分值及各肢体修正分值，得到各肢体总分值，基于所述各肢体总分值，通过RULA工作表获取人体姿势的RULA分值。
[0010]优选的，所述关节点坐标包括尾椎坐标、颈部坐标、头部坐标、左肩坐标、右肩坐标、左肘坐标、右肘坐标、左手腕坐标、右手腕坐标、左手坐标、右手坐标、左髋坐标、右髋坐标和肩椎坐标。
[0011]优选的，所述各肢体向量包括躯干向量、颈部向量、右上臂向量、左上臂向量、右前臂向量、左前臂向量、右手腕向量和左手腕向量。
[0012]优选的，获取所述主矢状面的具体步骤包括：
[0013]基于肩椎坐标、左肩坐标、右肩坐标，获取主矢状面，其中，所述肩椎坐标位于主矢状面上，从所述左肩坐标指向所述右肩坐标的向量为所述主矢状面的法向量。
[0014]优选的，所述修正矢状面包括第一修正矢状面，第二修正矢状面，第三修正矢状面；
[0015]所述第一修正矢状面，用于基于所述各肢体向量，计算躯干扭转修正分值、颈部扭转修正分值；
[0016]所述第二修正矢状面，用于基于所述各肢体向量，计算躯干侧弯修正分值；
[0017]所述第三修正矢状面，用于基于所述各肢体向量，计算颈部侧弯修正分值、上臂侧弯修正分值、前臂侧弯修正分值。
[0018]优选的，获取所述第一修正矢状面的具体步骤包括：
[0019]基于所述空间坐标系中x轴与y轴，获取所述第一修正矢状面，其中，所述空间坐标系中x轴与y轴位于第一修正矢状面上。
[0020]优选的，获取所述第二修正矢状面的具体步骤包括：
[0021]基于左髋坐标、右髋坐标、空间坐标系中的坐标轴，获取所述第二修正矢状面，其中，所述左髋坐标、右髋坐标位于第二修正矢状面上，所述空间坐标系中的y轴与所述第二修正矢状面平行。
[0022]优选的，获取所述第三修正矢状面的具体步骤包括：
[0023]基于所述躯干向量、左肩坐标、右肩坐标，获取所述第三修正矢状面，其中，所述躯干向量位于第三修正矢状面上，从所述左肩坐标指向所述右肩坐标的向量与所述躯干向量叉乘后的向量为所述第三修正矢状面的法向量。
[0024]优选的，获取所述各肢体主分值的具体步骤包括：
[0025]计算各肢体向量在所述主矢状面的法向量上的投影向量，通过所述投影向量计算各肢体向量在所述主矢状面上的主投影向量，然后通过计算各肢体向量的主投影向量之间的夹角，得到各肢体向量的主角度，通过匹配所述主角度在RULA工作表中对应的分值，得到各肢体主分值。
[0026]优选的，基于所述修正角度得到各肢体修正分值的具体步骤为：
[0027]基于所述修正角度获取当前修正角度下的姿势因素，通过匹配所述姿势因素在RULA工作表中对应的修正分值，得到各肢体的修正分值。
[0028]与现有技术相比，本专利技术有如下的效果：
[0029]本专利技术通过构建主矢状面、修正矢状面，将肢体向量投影到各个矢状面中，然后进行投影向量的角度计算，并结合RULA工作表进行分值判定，即可获取测试姿势的RULA分值，不需要人工数据制作采集和分析，避免了人工操作的复杂化，大量减少了对测试姿势RULA分值判定的时间，同时避免了人工判断的主观性，极大增加了RULA分值判定的准确性，做到了RULA模型的人机工效的快速、实时、准确评价。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图
获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术实施例提供的方法流程示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例提供的主矢状面示意图；
[0033]图3为本专利技术实施例提供的第一修正矢状面示意图；
[0034]图4为本专利技术实施例提供的第二修正矢状面示意图；
[0035]图5为本专利技术实施例提供的第三修正矢状面示意图；
[0036]图6为本专利技术实施例提供的上臂、前臂、手腕的修正分值评判图；
[0037]图7为本专利技术实施例提供的颈部、躯干的修正分值评判图。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]为了解决在现有技术中存在无法做到RULA模型的人机工效的快速、实时、准确评价等问题，本专利技术提供了如下方案：
[0040]如图1所述，本专利技术提供了一种虚拟现实中RULA实时评价方法包括：
[0041]采集动作帧，基于所述动作帧，建立空间坐标系，基于所述空间坐标系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚拟现实中RULA实时评价方法，其特征在于，包括：采集动作帧，基于所述动作帧，建立空间坐标系，基于所述空间坐标系，提取关节点坐标，基于所述关节点坐标，获取各肢体向量；基于所述关节点坐标及空间坐标系中坐标轴，获取主矢状面和修正矢状面；将所述各肢体向量投影到所述主矢状面中，得到各肢体向量的主投影向量，根据所述主投影向量，获取各肢体向量在主矢状面上的各肢体主角度；基于所述各肢体主角度，获取各肢体主分值；将所述各肢体向量投影到所述修正矢状面中，获取各肢体向量的修正投影向量，根据所述修正投影向量，获取肢体向量在修正矢状面上的修正角度；基于所述修正角度，得到各肢体修正分值；基于所述各肢体主分值及各肢体修正分值，得到各肢体总分值，基于所述各肢体总分值，通过RULA工作表获取人体姿势的RULA分值。2.根据权利要求1所述虚拟现实中RULA实时评价方法，其特征在于：所述关节点坐标包括尾椎坐标、颈部坐标、头部坐标、左肩坐标、右肩坐标、左肘坐标、右肘坐标、左手腕坐标、右手腕坐标、左手坐标、右手坐标、左髋坐标、右髋坐标和肩椎坐标。3.根据权利要求2所述虚拟现实中RULA实时评价方法，其特征在于：所述各肢体向量包括躯干向量、颈部向量、右上臂向量、左上臂向量、右前臂向量、左前臂向量、右手腕向量和左手腕向量。4.根据权利要求2所述虚拟现实中RULA实时评价方法，其特征在于：获取所述主矢状面的具体步骤包括：基于肩椎坐标、左肩坐标、右肩坐标，获取主矢状面，其中，所述肩椎坐标位于主矢状面上，从所述左肩坐标指向所述右肩坐标的向量为所述主矢状面的法向量。5.根据权利要求3所述虚拟现实中RULA实时评价方法，其特征在于：所述修正矢状面包括第一修正矢状面，第二修正矢状面，第三修正矢状面；所述第一修正矢状面，用于基于所述各肢体向量，计算躯干扭转修正分值、颈部扭转修正分值；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚寿文，王瑀，栗丽辉，胡子然，孔若思，兰泽令，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：