Analyse structurelle des mannequins pour les tests de vêtements

1 Introduction
Dans de nombreuses expériences de vêtements humains, des mannequins sont souvent utilisés à la place de vraies personnes pour les tests, ce qui peut non seulement éviter le danger pour la sécurité personnelle et les effets physiologiques négatifs, mais peut également effectuer des tests à long terme. -consommer des expériences fastidieuses qui sont répétées de nombreuses fois, et sont propices à la réduction des coûts et à l'amélioration de la précision et des normes uniformes. Selon différents objectifs de recherche, les mannequins pour les tests de vêtements comprennent principalement des mannequins d'échauffement, des mannequins souples et des mannequins brûlants. Parmi eux, le mannequin thermique est utilisé pour simuler le processus d'échange de chaleur et d'humidité entre le corps humain, les vêtements et l'environnement ; le mannequin souple est utilisé pour mener des recherches sur le confort de la pression humaine ; le mannequin de combustion est utilisé pour simuler l'environnement thermique afin de évaluer l'équipement d'isolation contre le feu et la chaleur. Pour la recherche et le développement de ces mannequins pour les tests de vêtements, étant donné que le mouvement du corps humain doit être impliqué dans la recherche, la simulation du mannequin doit tenir compte de sa mobilité. Dans le même temps, avec le développement de la technologie d'automatisation mécanique et les besoins des applications pratiques, le mannequin pour les tests de vêtements ne doit pas seulement être limité à de simples changements de posture et de simulation de mouvement statique, mais la mobilité du mannequin pour les tests de vêtements doit être analysés et conçus pour simuler de manière plus complète la série de dynamiques de mouvement humain, afin de mieux et plus profondément répondre aux besoins de diverses expériences.

2 Types et caractéristiques des mannequins utilisés pour les tests de vêtements
2.1 Mannequin d'échauffement
Le mannequin d'échauffement est une simulation du corps humain et du système vestimentaire, et de ses fonctions de base. Le principe est d'utiliser le contrôle par micro-ordinateur Le système de réglage automatique de la température en boucle fermée est un système de simulation qui réalise la dissipation de la chaleur et la fonction de transpiration du corps humain.En simulant le processus d'échange de chaleur et d'humidité entre le corps humain, les vêtements et l'environnement, et selon les paramètres d'état lorsque les trois sont en équilibre thermique en régime permanent, la chaleur et l'humidité des vêtements sont calculées.Indicateurs d'évaluation, de manière à atteindre l'objectif des tests 1,2. Le développement du mannequin thermique a commencé dans les années 1940 avec la première génération de mannequins thermiques développés par le U.S. Military Climate Research Institute, qui ne peuvent être utilisés que pour des tests généraux de résistance thermique des vêtements. , au mannequin de transpiration à corps chaud de troisième génération actuel qui peut répondre à diverses exigences fonctionnelles, a un plus large éventail d'applications 3,4. La simulation de la posture de mouvement du corps humain du mannequin de corps chaud a également été du premier état statique vertical à l'état actuel qui peut simuler diverses postures de mouvement complexes du corps humain. De nombreux pays prendront en considération la mobilité du mannequin lors du développement du mannequin thermique. Cependant, dans la recherche et le développement actuels de la mobilité du mannequin, des articulations mobiles sont généralement disposées sur les épaules, les coudes, les hanches et les chevilles du mannequin, et des forces externes sont toujours nécessaires pour simuler la posture d'action du corps humain. l'amplitude de mouvement et de positionnement adopte la méthode de frottement des roulements 5, qui ne peut pas simuler avec précision la série de dynamiques du corps humain en termes de synchronisation, de positionnement et de vitesse constante.
2.2 Mannequin souple
Le mannequin souple pour test de vêtements est un modèle développé ces dernières années pour tester le confort de pression des vêtements. à cause deIl est nécessaire d'avoir un degré élevé de simulation de la structure corporelle et de la peau du corps humain, de sorte que les exigences pour les matériaux de production sont relativement élevées, et la texture douce et élastique de la peau humaine doit être bien simulée afin de répondre aux recherche sur le confort des vêtements et les tests de pression des vêtements. . En 2005, Yu Yongwen du Département des textiles et de l'habillement de l'Université polytechnique de Hong Kong et autres 6 ont développé le premier mannequin souple au monde, qui était principalement utilisé pour l'affichage statique des vêtements, le confort et la recherche sur les tests de pression.
Afin de faire en sorte que le mannequin souple réponde aux besoins des expériences de forme dynamique du corps, en 2008, l'Université de Donghua 7 a développé un mannequin souple avec le bas du corps mobile d'une femme adulte. La couche interne du mannequin souple utilise un modèle osseux standard comme composant de base, et la couche externe est constituée de matériaux similaires à la texture de la peau humaine, et des articulations artificielles et des dispositifs d'airbag sont disposés au niveau des articulations de la hanche et du genou, de sorte qu'il peut simuler la position debout et la flexion du corps humain. , squat et autres postures. Parmi eux, l'articulation de la hanche du mannequin est entraînée par un frottement de roulement sphérique, et l'articulation du genou est entraînée par un réglage manuel de l'entraînement à vis sans fin de la turbine, et la mobilité du mannequin ne peut pas être régulée à une vitesse fixe depuis l'intérieur du mannequin.
2.3 Mannequin brûlant
Le mannequin brûlant est un corps humain simulé dans des conditions de laboratoire dans un environnement brûlant avec un flux de chaleur, une distribution et une durée de flamme contrôlables. Détection d'informations, à l'aide de l'indice de brûlure cutanée correspondant, pour objectivement et quantitativement évaluer le degré de brûlure du corps humain et la performance globale de protection thermique des vêtements de protection 8. Le mannequin de combustion est d'abord issu du mannequin masculin utilisé par l'US Navy en 1962 pour tester les performances de protection thermique des vêtements de l'armée de l'air.Dans les années 1980, l'Université du Minnesota a également construit un mannequin de combustion femelle adulte avec 44 capteurs à thermocouple sur le corps. À la fin des années 1980, l'Université de l'Alberta au Canada a également développé un mannequin similaire à l'Institut naval.La surface du mannequin a été installée avec 110 capteurs de flux thermique. Ces dernières années, le plus représentatif est le système de mannequin brûlant développé par la North Carolina State University et le Center for Protective Equipment, Department of Human Ecology, University of Alberta, Canada.Les produits développés peuvent essentiellement répondre aux exigences de l'évaluation globale des performances des vêtements de protection thermique 9,10.
À l'heure actuelle, il existe trois méthodes principales pour simuler le mouvement du corps humain pour la mobilité du mannequin brûlant. La première méthode consiste à mettre en place des articulations sur les épaules, les coudes, les hanches, les genoux et les chevilles du mannequin brûlant, et à utiliser la friction d'appui et la force externe pour simuler diverses postures du corps humain 10. Cette méthode ne peut pas simuler la dynamique du corps humain à une heure et une vitesse fixes. La deuxième méthode consiste à utiliser l'orbite pour déplacer le mannequin brûlant à une vitesse constante dans un environnement de feu à combustion uniforme, et à utiliser l'orbite et les brûleurs mobiles pour simuler la réaction du corps humain dans le champ de feu. La limitation de cette méthode est que la vitesse de déplacement du corps factice équivaut uniquement à modifier le flux de chaleur relatif de la surface du corps et ne peut pas refléter la situation réelle du corps humain lors de la course. La troisième méthode consiste à contrôler la dynamique du mannequin brûlant par une régulation dynamique locale.Simulation, Wallace et Amotz et al ont développé un modèle de combustion qui simule les jambes humaines, comme le montre la figure 1. Le modèle de combustion est équipé d'articulations d'axe au niveau de la hanche, du genou et de la cheville, et un dispositif d'entraînement qui peut contrôler la vitesse est utilisé pour simuler la situation de fonctionnement du corps humain dans l'environnement de combustion, et il est utilisé pour étudier la sécurité performances de protection du pantalon en mouvement. Cependant, ce modèle de combustion n'est limité qu'à la forme partielle du corps humain et ne peut pas simuler la forme de mouvement de l'ensemble du corps humain.

3 Analyse et conception de la mobilité du mannequin
3.1 Conduite
Pour le mannequin de test vestimentaire, en raison de ses caractéristiques morphologiques et des exigences de vitesse et de contrôle dynamique, l'utilisation d'entraînement électrique est un moyen idéal. L'entraînement électrique présente les avantages d'une alimentation électrique pratique, d'une réponse rapide, d'une grande force motrice, d'une détection et d'un traitement pratiques du signal et d'un contrôle flexible. Le moteur d'entraînement peut être un servomoteur AC ou DC avec un mécanisme de décélération. Cependant, il est préférable d'utiliser un moteur à couple élevé et à faible vitesse sans mécanisme de décélération pour simplifier le mécanisme et améliorer la précision de la commande 12. Dans le même temps, des conditions spéciales doivent être prises en compte lors de la conception et des mesures correspondantes doivent être prises. Par exemple, le mannequin de combustion utilisé pour les essais dans un environnement à haute température doit tenir compte de l'influence du rayonnement thermique.
3.2 Articulations
Le système de mouvement du corps humain est formé avec les os comme leviers, les articulations comme axes de rotation et les contractions musculaires comme forces motrices. 13. La mobilité du mannequin pour les tests de vêtements implique généralement l'articulation de l'épaule, du coude, de la hanche, du genou et de la colonne vertébrale, etc. Les mouvements impliqués sont principalement la flexion et l'extension, l'extension interne et externe et la rotation interne et externe. Bien que plus le degré de simulation entre le mannequin et la personne réelle soit élevé, mieux c'est, mais compte tenu de l'application pratique des expériences vestimentaires et de la faisabilité de la conception du mannequin, la simulation de la mobilité du mannequin utilise principalement des joints rotatifs, en utilisant joints simples ou multiples Un joint tournant peut essentiellement répondre aux besoins de ses différentes formes de mouvement. Bien sûr, la taille des moteurs de chaque partie articulaire du mannequin doit répondre autant que possible aux exigences de taille des articulations humaines correspondantes.
3.3 Structure
La structure du mannequin de test vestimentaire est similaire à celle du corps humain, composé de la tête, du tronc, des membres supérieurs et des membres inférieurs, qui sont reliés par l'articulation de l'épaule, l'articulation du coude, l'articulation de la hanche , articulation du genou et articulation de la cheville respectivement. Pour répondre aux exigences, les membres supérieurs et inférieurs doivent chacun avoir au moins 3 degrés de liberté avec le torse immobilisé. Étant donné que la simulation de la mobilité du mannequin est principalement utilisée pour reproduire le mouvement et la posture du corps humain, il suffit de se déplacer dans une plage spatiale fixe sans tenir compte de l'équilibre dynamique similaire au robot marcheur.Par conséquent, dans la conception structurelle, le degré de liberté du mannequin doit être réduit autant que possible afin de simplifier le fonctionnement et le système de contrôle. De plus, la commodité de mettre et d'enlever les vêtements doit également être prise en compte lors de la conception de la structure.
3.4 Contrôle
Étant donné que le mannequin est un mécanisme spatial à chaîne ouverte, le mouvement de chaque articulation est indépendant. Afin de reproduire la trajectoire de mouvement des membres, la coordination des mouvements de plusieurs articulations est nécessaire. Le système d'asservissement est organiquement coordonné pour effectuer le mouvement requis à travers le programme défini par le logiciel informatique. La méthode de contrôle du mannequin doit adopter le type de trajectoire et les membres du mannequin doivent répondre aux exigences de l'expérience en fonction de la trajectoire enseignée et de la vitesse de déplacement. Dans l'expérience, le mannequin est souvent amené à maintenir des postures différentes, il est donc nécessaire d'installer des freins sur chaque articulation

Le frein doit être placé sur l'extrémité d'entrée du système d'entraînement autant que possible pour assurer sa haute précision de positionnement 14.
3.5 Exemples
Afin de répondre aux exigences de simulation de mouvement humain lors d'expériences vestimentaires, de simplifier la structure et de faciliter au maximum la manipulation, la tête et le torse du mannequin peuvent être fixes, et le les mouvements des membres supérieurs et inférieurs peuvent être réglés sur 3 L'articulation de l'épaule et de la hanche ont respectivement 2 degrés de liberté, et l'articulation du coude et l'articulation du genou ont respectivement 1 degré de liberté, comme illustré à la Figure 2.
Le mannequin peut être entraîné de l'intérieur par un moteur et contrôlé par un programme informatique pour simuler la vitesse et l'attitude du corps humain pendant le mouvement. De cette façon, le mannequin peut effectuer des mouvements de flexion et d'extension vers l'avant, d'adduction et d'abduction à une vitesse fixe en fonction des besoins pour simuler avec précision des expériences telles que la marche humaine, la course et le cyclisme.
Système de simulation d'échange de chaleur et d'humidité entre la simulation dynamique de la série 4.1
Bien que le mannequin actuellement développé pour les tests de vêtements puisse poser une variété de mouvements complexes du corps humain, il est encore nécessaire de continuer recherche pour compléter une série de projets continus de mouvement humain. En particulier, l'expérience vestimentaire du corps humain implique généralement différentes formes de mouvement, telles que la marche, la course et l'escalade, également différentes des poses d'action statiques. Par conséquent, la série de simulation dynamique du corps humain avec mannequin pour test de vêtements sera une direction importante de la recherche future.
4.2 Perfection de la simulation de forme
Afin de simuler de manière réaliste diverses formes dynamiques du corps humain, le processus de production et les matériaux des parties articulaires du mannequin doivent également être approfondisaspect de la recherche. Surtout pour le mannequin souple, les caractéristiques de performance du matériau sont assez élevées, et il est nécessaire d'avoir une texture similaire à la peau humaine et une bonne ductilité de la peau.Si le matériau utilisé est trop mou, il est difficile de simuler l'humain la forme du corps. Les matériaux trop rigides ne peuvent pas s'étirer et ne peuvent pas simuler le mouvement des articulations. Bien que le mannequin souple actuel puisse simuler diverses postures du corps humain, il est nécessaire de poursuivre la recherche et de développer les matériaux qui le composent afin d'atteindre un niveau très proche de l'amplitude de mouvement du corps humain. De plus, pour le mannequin corps chaud et le mannequin brûlant, l'écart formé au niveau de la couture pour répondre aux besoins des activités conjointes aura un certain impact sur l'étude du microclimat entre le corps humain et les vêtements, et il est également nécessaire à améliorer à l'avenir et parfait.

5 Conclusions
Afin que le mannequin de test vestimentaire réponde mieux aux diverses exigences de l'expérience vestimentaire, des recherches supplémentaires sur la fonction de mobilité du mannequin sont essentielles. Bien sûr, cela nécessite non seulement l'utilisation des connaissances, de l'expérience et de la technologie dans l'industrie du vêtement et l'ergonomie, mais également la pleine utilisation des réalisations technologiques relativement matures dans d'autres industries, telles que la robotique, l'automatisation mécanique et la technologie de contrôle, pour mieux améliorer et améliorer les vêtements Tester la fonction de mobilité du mannequin.

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