一个通用的参数化SolidWorks模型已经被创建，以实现对新颖自行车概念的快速评估。它可以用于人体工程学，检查间隙，空气动力学，运动学和自由度研究，以及产品可视化。
Jody Muelaner博士，Phd Ceng Mimeche
对于符合人体工程学的研究，一组人体测量模型三维人体模型作为起点。关键自行车几何定义使用参考几何在个别零件文件，使用距离和角度匹配定位。这种几何结构包括鞍座、把手握把和踏板的接触点，以及转向轴和车轮位置。人体测量模型随后被配置以适应这些接触点，一些额外的角度和距离配合，允许进一步调整骑手的位置。所包含的模型为5TH.百分位数女性，50TH.百分位男性和95TH.百分位男性。模型被存储为一个组装模板文件，这使得它可以很容易地作为不同设计概念的布局重用。它是为BriefBike项目创建的，该项目正在开发一个新型折叠自行车这将毫不费力地折叠成滚轮箱。
钥匙自行车几何
有三种方法可以参数在组件内参数定义。使用草图或创建参考几何（点，轴或平面）通常更直接，并且在草图的情况下，允许在单个模型树功能中定义多个参数。但是，以这种方式定义的参数无法使用配对控制器进行动画或调整。MATE控制器在该模型中特别有用，因为它允许用于不同骑行位置的参数集，以独立于配置存储。因此，可以将不同的标准骑行位置应用于所创建的任何配置。为了提供这种更大的灵活性，必须使用距离和角度配合来定义参数。这意味着首先用零件文件定义参考几何，然后在装配文件中配合该部分。
参数自行车几何定义是：
- 平面与右侧平行，定义每个踏板的宽度从中心线（右平面）。
- 这曲柄长度第三部分轴 - 底部支架轴和两个踏板轴。曲柄长度由零件文件的不同配置定义。该部件在右侧配合在前平面上的底部支架轴和距顶平面的距离，从地面表示底部支架高度。这使得踏板可以自由旋转。
- 踏板厚度部件包含踏板轴和代表踏板顶部表面的平面。它们与踏板轴交配在脚踏板上曲柄长度
- 一种座位部分包含代表座管角度和鞍座顶表面的平面。座管角度与底部支架轴线重合并与顶部平面一致。顶表面在距底部支架轴的距离处。
- 一种酒吧部分包含一个轴来表示车把。它在距底部支架轴的垂直和水平距离处相配。
- 方向夹具的方向在两个顺序欧拉旋转方面定义 - 向后和向下扫描。单独的部分用于定义每个旋转。
- grip_sweep.零件混合以定义位置和向后扫描，以下约束：
- 两种译法的谐音与原文相符酒吧轴
- 剩余的平移量，即握把的宽度，由零件原点和装配右平面之间的距离匹配定义。
- 通过将部件的顶部平面配合在组件中与顶部平行的连接部分的两个旋转来约束。
- 向后扫是唯一剩下的自由度。它被定义为在部件的前平面和装配中的前平面之间的角度匹配
- 紧握然后零件相对于控制扫描部分，定义向下扫描。
- 所有三个翻译都是通过将原点与原点重合的原点交叉限制dum_grip_sweep.
- 通过将前平面与前部平行设置的前平面来限制两个旋转dum_grip_sweep.
- 向下扫描是唯一的剩余角度。它定义在顶部平面和顶部之间的角度配合dum_grip_sweep.
- 轮子包含轴轴和在车轮半径上设置的接地平面。不同的配置用于不同的轮尺寸。某些配置还可以包括用于可视化轮胎的基本实心几何形状。轮子与组装顶部平面上的接地平面配合，并且在底部支架轴线的距离和向后的距离处。
- 一种转向轴部分包含一种表示转向轴角度和轴的平面，以表示该平面与地面相交的线。轴线与组件的顶平面相结合。该轴和前轮的前平面之间的距离配合限定了转向器小道。然后将转向轴角度设置为角度配合。
使用角度伴侣时必须注意。定义角度的方向可以翻转模型的变化时，导致装配重建失败或导致意外行为。通常可以通过定义一个问题来避免这些问题参考实体对于每个角度伴侣，默认情况下未定义。通过选择，这通常只是一个单击操作自动填充引用实体。
人类模型的运动学
人类模型具有用于手，下臂，上臂，克拉期，头部，颈部，胸部，腹部，骨盆，上腿，下腿和脚部的零件或子组件。这19个刚体具有114度的自由（DOF），没有任何关节或其他限制。身体部位之间的关节要么球形，删除三个DOF进行翻译，或转动这也消除了两个旋转，限制了总共5个自由度。
当所有关节添加到身体部位时，人类模型仍然有43个DOF。因此，考虑到整个模型的运动学，因此，过度复杂化。幸运的是，它可以分解成较小的运动链，独立表现。例如，每个腿形成运动链，该链条还包括曲柄，并且每个臂在肩部接头和车把夹具之间形成运动链。
了解如何将一个人定位在自行车上是由Mike Mace提供的，他创造了DIY动态自行车配件指南。
- 髋关节应与座椅立柱角度的平面对齐。
- 臀部和肩部接头之间的线的角度通常在水平的45°和55°之间。45°至50°通常用于公路自行车，50°至55°是典型的，以便更轻松的直立位置。荷兰自行车可以从65°到90°。
- 人们的脚相对于地板的角度是非常个性化的，但典型值为15°。
- 腿不完全伸直底部的踏板行程。通常情况下，上小腿之间的角度不超过140°。虽然一些文献认为这个角度接近150°，这是由于静态测量与地板平行的脚。当踩踏板时，脚会形成一个自然的角度，从而减少腿部的伸展。
- 手腕允许三种类型的旋转，理想情况下应该处于中立的位置:
- 弯曲/扩展可以固定在空档位置，用手轴对准手平面。可以通过在夹持轴线周围旋转手而显着改变手臂的位置而不会显着改变。
- 偏差侧面的手，朝拇指是径向偏差向小指方向尺寸偏差。中性位置不将夹持的杆定位在前臂的轴线上，而是第三款骨骨与前臂轴对齐。一项研究发现自然抓地力会导致抓握轴和第三个uteracarpal之间的平均角度为65°，握把扫回，好像手腕处于25°尺骨偏差。然而，标准偏差为7°，大多数是个体之间的变化，表明在抓握位置的这方面可能需要显着的可调节性。
- 擦拭/翻译：当拇指朝向手掌旋转时拇指旋转时，围绕前臂轴的旋转被称为旋转。
从骨盆到头部和肩部的运动链
该部分的身体由骨盆，腹部，胸部，克拉期，颈部和头部组成。骨盆在马鞍上固定，但是可以自由旋转，使其倾斜前进。锁骨与胸部的前部和顶部平行连接，有效地形成一个脊状物，其中肩部处于中立位置。虽然组件可以串联配合，从臀部的倾斜角开始，然后在每个部分之间设置角度，这将使难以设定整体贫角。因此，使用限定倾斜角的平面引入参考部分。该部分与轴接头的轴线配合，并且相对于组装顶部平面的角度配合。
对称伴侣用于分配前向前倾斜的一半。骨盆的前平面是对称平面。座位角和前向瘦平面是对称的。腹部与虚设倾斜平面平行地配合，并且肩部接头设置成与前向倾斜平面重合。
来自臀部接头到底部支架的运动链
每条腿可以单独考虑，作为由曲柄，踏板/脚，小腿和上腿组成的运动链。
这四个物体有24个自由度，通过膝关节、踏板轴和曲轴的转动关节，以及髋关节和踝关节的球面关节来减小自由度，剩下三个自由度:
- 曲柄位置故意无约束，以允许踩踏运动。
- 来自地板的脚角在个体之间变化，但脚趾通常以大约15度的角度向下指向。
- 臀部和脚踝处的球形接头也允许腿绕这些接头之间的轴线旋转，使得膝盖以圆周运动移动。假设腿没有锁定到完全扩展的位置，这可以通过使膝关节的点与定义踏板宽度重合的点来限制。
从肩部到手柄的运动链
每个臂的运动链包括上臂，下臂和手。这三个身体有18个DOF，在肩部和手腕上的球形接头减少到两个DOF，并在肘部旋转关节和围绕杆的手柄。剩下的两个DOF可以被认为是：
- 手绕车把旋转
- 转动整个手臂，使肘关节绕肩关节和腕关节之间的轴线作圆周运动
将手腕设置为中性弯曲，从而消除了一个DOF。这可以通过将手的顶部平行与前臂轴线配合来实现。有几种可能的方法可以去除剩余的DOF。结果发现，最实用且稳定的是在肘关节和组件的右侧的点之间的距离配合。
调整和配置模型
装配模板包含三个不同的人体测量模型，都按照上面描述的方式配置。这些模型代表了第5百分位的女性，第50百分位的男性和第95百分位的男性。它们可以通过简单地抑制或抑制特性树中关联的文件夹来激活。
还包括不同的预配置的主体位置。这些是使用每个百分位模型的配偶控制器定义的。
结论
自行车和人类模型模板可以快速评估新颖的设计概念。应用包括符合人体工程学研究，机械清仓检查，空气动力学模拟和产品可视化。简单的参数定义可以轻松调整自行车几何形状和骑车者位置的所有相关变量。
提交：3 d CAD世界
