摘要
铆接是飞机装配中最常见的装配方式，铆接工作在飞机装配中极其重要。飞机装配工人时常需要手持铆枪进行铆接工作，而铆接工作会产生持续的振动冲击，对装配工人肌肉骨骼造成损伤。本文通过对飞机装配领域进行调研，参考国内外成熟的外骨骼样机，以国内人体尺寸为依据，基于人机工程学设计方法，专门为飞机装配工人研发了一套带弹簧阻尼减振臂的机械外骨骼。本文对外骨骼包括下肢和机械臂在内的外骨骼关键部位进行了可行性研究，最后通过样机试验验证了飞机装配外骨骼在飞机装配领域应用的可行性。本文主要内容如下： （1）本文首先介绍了与工作相关的肌肉骨骼系统疾病（WMSDs），并对此疾病的诊断方法进行了调研，归纳出了常见的几种肌肉骨骼系统疾病诊断方法。然后介绍了飞机装配领域的一些特征，得出此领域特征是WMSDs患病的高危因素。为了更好的研发能够减轻飞机装配领域WMSDs患病的外骨骼辅助设备，对国内外各种外骨骼进行了调研。调研发现，现今市面上还未出现适用与飞机装配领域的外骨骼。 （2）为了研发飞机装配外骨骼，本文对某飞机装配车间61名男性工人展开了深入调查。通过北欧肌肉骨骼调查问卷和访谈的形式，了解了飞机装配领域肌肉骨骼系统疾病患病情况，其中在过去十二个月里WMSDs患病率高达90.2%。紧接着利用被普遍认可的人机工效负荷水平快速暴露检查表（QEC表），对工人的工作的高危因素进行了研究。然后统计了铆接工人5种工作情况并对此进行了权重统计。基于对工人以及工人工作情况的研究分析，找到了外骨骼设计需求及设计目标。基于这些设计需求和设计目标，研发出了带弹簧阻尼减振臂的机械外骨骼。 （3）由于外骨骼自重加上负载及平衡块的质量将超过20kg，这对外骨骼穿戴者来说很可能是一个负担，由于无专门的助力原件，所以下肢助力是飞机装配外骨骼非常重要的一个功能。为了研究外骨骼下肢助力性能，本文提出来一种曲柄滑块机构的人机耦合模型，着重研究分析穿戴者穿戴外骨骼下蹲时的工况。基于此模型，利用ADAMS动力学仿真软件对下肢进行仿真实验，得出了下肢助力曲线规律。基于仿真分析结果，提出了无动力外骨骼下肢助力设计思路。 （4）飞机装配外骨骼机械臂的设计，结合了现有仿人机械臂的设计方法，以国内成年男子手臂尺寸为依据，基于弹簧连杆阻尼器机构。其核心为平衡四边形弹簧连杆机构，具有稳定和支撑工具的功能，且在弹簧中添加了用于吸收振动冲击的阻尼器。为了研究外骨骼机械臂性能，建立了机械臂静力学和动力学模型，从机械原理的角度分析并验证机械臂可行性。基于动力学仿真软件ADAMS，对机械臂相应性能进行验证及研究，得到了机械臂承重规律曲线和振动曲线。 （5）进行了外骨骼样机试验，从主观评价试验和客观评价试验两方面评估外骨骼的使用性能及暴露外骨骼相关问题。通过肌电测量仪和压力传感器，测得了多位工人在穿戴外骨骼和未穿戴外骨骼进行铆接工作情况下的多组数据，基于SPSS软件对数据进行分析。结果表明，从肌电信号还是接触力测量两个试验都得出了，穿戴外骨骼进行铆接工作相比未穿戴能平均减轻20%左右的负荷，证明了外骨骼使用性能。在主观评估试验中，工人们同样反映穿戴外骨骼能减轻负荷。然而工人还反映，穿戴外骨骼会降低工作机动性。
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