不同键盘、输入速度的sEMG、绩效及舒适性比较

目的:检测不同键盘和不同打字速度对键盘输入过程中前臂sEMG、打字质量以及主观舒适性的影响。方法:采用双电极法记录被试者在实验过程中的前臂屈肌和展肌sEMG,取特征值AEMG,分析其在不同键盘及打字速度等级上的变化,并同时比较打字绩效和主观舒适性上的差异。结果:屈肌sEMG在不同键盘主效应上存在显著差异;展肌sEMG的各种效应均不显著;在主观舒适性评价上,对手腕的评价存在显著差异,使用Acer工效键盘时手腕的舒适度优于使用普通DELL键盘,其余差异则均不显著。结论:使用工效键盘有利于降低屈肌肌肉负荷,提高主观舒适性。     

使用不同高度及材料的键盘手托对相关肌肉活动的影响

目的探究打字时使用不同高度与不同材料的键盘手托对相关肌肉活动及主观舒适度的影响。方法选取被试者10名,让其使用不同高度及不同材料的键盘手托打字,分析对指浅屈肌、尺侧腕屈肌和上斜方肌活动及相关部位主观舒适度的影响。结果使用不同高度的键盘手托,对指浅屈肌与尺侧腕屈肌存在显著影响,对上斜方肌无显著影响,对被试者手腕与手部的主观舒适度有影响。使用不同材料的键盘手托,对指浅屈肌有显著影响,对尺侧腕屈肌与上斜方肌无显著影响,对被试者各个部位的主观舒适度无影响。结论使用1.5cm高度的键盘手托可以降低前臂肌肉的负荷,提高手腕与手部的主观舒适度。使用软性材料的键盘手托会使指浅屈肌更为省力,但在主观舒适度方面并无明显变化。     

基于JACK的手机使用场景颈部及上肢关节舒适度评价分析

目的探索人体坐姿状态下握持手机最舒适姿势。方法基于人因工程学软件JACK,创建了三组不同百分位数字人P_S、P_(50)和P_(95),探究了颈部关节、肩部关节和肘部关节弯曲角度对颈部及上肢握持手机姿势舒适度的影响规律。并在Porter评价模型的基础上针对人体握持手机姿势构建了颈部及上肢关节舒适度评价模型。以颈部关节、肩部关节和肘部关节弯曲角度相对于Mode值的偏离值作为三组舒适度评价指标,并采用AHP法确定了三组指标的权重,根据所构建的颈部及上肢关节舒适度评价模型进行了舒适度评价。结果视距保持不变,随着颈部关节弯曲角度的增大,颈部及上肢关节舒适度呈先递增后递减的趋势。当视距在35 cm～40 cm之间,且颈部关节弯曲角度在17°～19°之间,肩部关节弯曲角度在12°～14°之间,肘部关节弯曲角度在120°～121°之间变化时,人体握持手机颈部及上肢舒适度指数大于0.8,为较舒适状态。结论该评价模型能够有效快速的进行关节舒适度评价。通过调节使用手机时关节弯曲角度,可以预防颈部及上肢关节疾病的产生。     

疲劳对腰部稳定肌前馈控制的影响

目的采用经典落球试验研究范式和sEMG信号分析方法,研究急性运动性腰部肌肉疲劳和主观心理预期对腰部多裂肌前馈控制的影响。方法选取10名18～26岁健康男性被试,采用双因素(预期因素2×疲劳因素2)实验设计,分别于"间歇性腰部肌肉等长疲劳负荷试验"前后完成落球试验,采集被试肱二头肌和L5～S1腰部多裂肌sEMG信号,计算sEMG信号距离落球刺激的起始时间和平均反应强度,观察急性腰部肌肉疲劳和主观心理预期对被检肌肉快速反应时间和反应强度的影响。结果本研究所采用的疲劳负荷试验造成被试腰部多裂肌MPF平均下降18%;主观心理预期能够明显加快腰部多裂肌快速反应时间;疲劳具有加快腰部多裂肌快速反应时间的趋势,但无明显统计学意义;主观心理预期能够明显降低腰部多裂肌反应强度,而疲劳对腰部多裂肌快速反应强度均无明显影响。结论主观心理预期能够明显加快腰部多裂肌的快速反应时间,从而为腰部稳定性提供代偿性保护;急性运动性肌肉疲劳不能改变腰部多裂肌的快速反应时间和快速反应强度,证明中枢神经系统对腰椎稳定肌活动的前馈控制具有较好的稳定性。     

汽车零配件手工装配工位人因分析及改善研究

目的为研究汽车零配件手工装配工位中"人-机-环"不协调的工效学问题。方法以LD公司ST25工位为研究对象,运用模特排时法(MOD)和快速上肢评估法(RULA)对作业姿势和工作台进行人因风险识别和评估。结果工人在操作中上肢存在高频率重复性远距离抓取的强迫体位,且下肢伸展受阻,为患肌肉骨骼损伤(WMSDs)的潜在风险部位;工作台无照明是导致工人颈部前倾的关键因素。基于以上分析,重新设计该工位物料供给方式,增加了照明装置和脚踏板。改善后物料抓取距离每班减少144 m,下肢不适感明显降低。结论操作台的工效学合理性是汽车零部件生产工人职业健康和工作效率的重要影响因素,该研究策略对同行业在生产工位的工效学改善具有一定的参考意义。     

基于肌肉骨骼负荷的上肢姿势不舒适度评价方法

针对通过主观评价建立的人体姿势不舒适度评价方法的应用效果不理想的问题,提出了基于肌肉骨骼负荷的上肢姿势不舒适度评价方法(Upper Limb Posture Discomfort Assessment Method Based on Musculoskeletal Loads,UAML)。根据人体关节负荷大小、肌张力收缩程度与人体姿势不舒适度之间的因果关系,应用DELMIA人机工程软件进行了人体关节负荷仿真实验,测量了虚拟人在不同人体姿势下关节力矩的变化情况,利用MP150生理记录仪测量了一组受试者在不同人体姿势下的表面肌电特性。对关节力矩数据和根据相关肌肉横截面积加权计算得到的肌电数据进行了归一化处理,利用回归分析的方法建立了以关节动作角度为变量的关节动作不舒适度模型,运用模糊综合评价的方法对关节不舒适度和上肢姿势不舒适度进行评价,将提出的评价方法应用到实际,与快速上肢评价法的评价结果相比,验证了其可靠性。     

基于曲线拟合的上肢伸展姿势及其运动轨迹预测

上肢伸展姿势及运动轨迹预测是人类工效学领域的前沿课题。现有的预测方法在预测准确性、自然性和实时性方面尚存在缺陷。本研究系统提出了基于曲线拟合的上肢伸展姿势及运动轨迹预测方法。首先将人体右侧上肢和躯干建模为包含11个自由度的刚体系统;其次建立三维虚拟工作空间并进行子空间的划分,实时采集了个体执行上肢伸展运动的三维轨迹数据;进而采用曲线拟合及基于自组织映射理论的权重分布核函数结合的方法,实现手及达三维工作空间内任意位置时,上肢伸展姿势及运动轨迹的预测;并进行了跨被试的拟合检验。研究建立的上肢伸展及运动轨迹预测方法具有合理性,较现有的预测方法在预测准确性、自然性及实时性方面具有优势。     

基于OWAS方法的选煤厂工人肌肉骨骼损伤分析

探讨选煤厂拣矸作业中危险姿势对工人肌肉骨骼损伤的影响。通过问卷调查和工作姿势分析系统（OWAS）对工人不良作业姿势重复出现的比例以及身体损伤状况进行评估与分析。结果显示工人背部和颈部出现不良作业姿势的比例、危害和损伤程度较高。这与疲劳自觉症状调查和OWAS系统分析所得出的结果基本一致。采取恰当的轮岗方式,增加座椅以及防护装备可有效降低工人肌肉骨骼的损伤程度,同时会更好的提高工作表现并减少工伤事故的发生。     

木工上半身肌肉负荷影响的差异性定量研究

目的在特定实验任务中,对专业木工和初学者木工的表面肌电图信号进行差异性分析,为木工提供合理的工作策略指导其减少工作相关肌肉骨骼疾患(WMSDs)的发病率。方法本研究模拟木工的工作任务,测定21名专业木工和21名初学者木工的4块前臂肌肉(肱桡肌、尺侧腕伸肌、尺侧腕屈肌、桡侧腕屈肌),3块肩部肌肉(前部三角肌、中部三角肌、后部三角肌)和斜方肌的表面肌电信号(sEMG)差异,并以经验水平、工作任务和肌肉类别为对比项对表面肌电信号的平均值和峰值统计学分析。结果专业木工和初学者木工之间sEMG的均值和峰值无显著性差异,初学者木工8块肌肉都表现出较高的肌肉活动水平;从局部肌肉的sEMG均值和峰值来看,木工工作任务对前部三角肌和后部三角肌造成较大肌肉负荷;经验水平、工作任务和肌肉类别对专业木工和初学者木工上半身的肌肉负荷的影响有显著差异。结论经验对木工的肩膀肌肉负荷有较大缓解作用,对降低木工工作时的肌肉疲劳度和损伤风险度具有积极作用。     

多任务状态下人的目标探测

为研究多任务状态下目标编码对探测正确率影响,9名被试坐在17英寸CRT显示器600mm前,利用键盘和鼠标同时操作监视、计算记忆、跟踪、探测4项彼此独立的任务。在多任务状态人的注意力分散以及背景色为灰色情况下对目标探测任务实验结果分析表明:①对绿色和红色目标的探测正确率较高、蓝色目标较低;②对三角形、正方形和圆形目标正确探测率的差异不显著;③目标与中心视角的相对位置将影响正确探测率。     

基于动作捕捉技术的人体上肢运动舒适性评价

人体上肢生物力学分析对上肢动作优化和相关产品的设计具有重要意义。首先,采用实时光学动作捕捉系统采集人体在执行指定动作过程中关键点的实时位置,并使用MATLAB软件设计编写了计算方程,重点对人体上肢的实验数据进行深入分析。然后,将人体肢体简化为球棍模型,运用余弦定理反求人体上肢运动过程中各关节角度的变化值,使用逆向动力学方法求解出人体上肢关节力矩的动态变化值以及通过优化计算得到人体上肢主要肌力的变化量。最后,通过计算人体上肢肌肉的实时负荷率来评价人体上肢运动舒适性,并建立了人体上肢运动舒适指数评价模型。结果表明人体在坐姿下执行指定动作时上肢肌肉处于舒适状态。研究结果为人体上肢动作的深度分析提供了理论基础。     

握力对前臂肌肉活动水平的影响

目的：评价不同强度的握力与前臂肌肉活动水平的相关性。方法：8名健康被试者参加实验,分别完成了最大自主收缩力80%MVC,60%MVC,40%MVC及20%MVC,实验记录了指浅屈肌和腕长伸肌的表面肌电信号,采用均方根的方法分析并提取表面肌电信号的幅度特征参数;运用统计分析方法比较握力水平与指浅屈肌、腕长伸肌的表面肌电的相关性,并且使用线性回归分析握力水平与相对特征值之间是否存在线性关系。结果表明指浅屈肌和腕长伸肌的表面肌电信号幅度随握力强度的增加而增加。握力水平与前臂肌肉表面肌电信号幅值存在正相关性,屈肌和伸肌对握力都有贡献,这种特征对于肌电假肢及其他应用的研究有一定帮助。     

The characterization of decellularized human skeletal muscle as a blueprint for mimetic scaffolds

The use of decellularized skeletal muscle (DSM) as a cell substrate and scaffold for the repair of volumetric muscle loss injuries has shown therapeutic promise. The performance of DSM materials motivated our interest in exploring the chemical and physical properties of this promising material. We suggest that these properties could serve as a blueprint for the development of next generation engineered materials with DSM mimetic properties. In this study, whole human lower limb rectus femoris (n = 10) and upper limb supraspinatus muscle samples (n = 10) were collected from both male and female tissue donors. Skeletal muscle samples were decellularized and nine property values, capturing key compositional, architectural, and mechanical properties, were measured and statistically analyzed. Mean values for each property were determined across muscle types and sexes. Additionally, the influence of muscle type (upper vs lower limb) and donor sex (male vs female) on each of the DSM material properties was examined. The data suggests that DSM materials prepared from lower limb rectus femoris samples have an increased modulus and contain a higher collagen content then upper limb supraspinatus muscles. Specifically, lower limb rectus femoris DSM material modulus and collagen content was approximately twice that of lower limb supraspinatus DSM samples. While muscle type did show some influence on material properties, we did not find significant trends related to sex. The material properties reported herein may be used as a blueprint for the data-driven design of next generation engineered scaffolds with muscle mimetic properties, as well as inputs for computational and physical models of skeletal muscle.     

基于多源生物信号的下肢步态相识别

为提高人体下肢步态相识别的准确性,研究了融合表面肌电信号(sEMG)、膝关节角度和足底压力信号的人体下肢步态相识别方法。首先, 将sEMG信号进行小波包分解提取多尺度能量和多尺度模糊熵特征;然后,对提取的sEMG信号特征值采用主成分分析（PCA）方法进行降维处理,并与足底压力特征值和膝关节能量特征值构成一组特征向量;最后,将特征向量输入粒子群优化最小二乘支持向量机（PSO-LSSVM）对人体下肢运动信息进行步态相识别。实验结果表明,所提方法相较于其他方法有较高的识别准确率和有效性。     

肌力协同补偿的无动力下肢外骨骼设计与分析

无动力外骨骼具有质量小、代谢能耗低、基本不改变正常步态、无需外动力源和可持续工作时间长等优点，已逐渐成为新型外骨骼领域的研究热点。为提升常规无动力下肢外骨骼对步态能量的利用效率，设计了一种肌力协同补偿的无动力下肢外骨骼。首先，通过建立人体下肢动力学模型分析了行走过程中下肢能量的变化规律，得到了步态能量的储存与释放机理；然后，结合设置代起止点的折线路径及肌力贡献度，制定了关节肌肉的肌力协同补偿路径；最后，基于踝、髋关节的刚度设计了弹性储能元件，构建了一款无动力柔性下肢外骨骼，并利用OpenSim软件分析了有无穿戴外骨骼时人体下肢相关肌肉在行走过程中的代谢能耗。结果表明，在穿戴无动力下肢外骨骼时，比目鱼肌、腓肠肌和胫骨前肌的代谢能耗分别降低了31.5%，34.7%和40.0%，股直肌、阔筋膜张肌和缝匠肌的代谢能耗分别降低了36.3%，7.0%和5.0%；单个步态周期内下肢相关肌肉的总代谢能耗降低了15.5%。研究结果可为低代谢能耗的无动力下肢外骨骼的优化设计提供一定的理论依据。     

Stabilizing postural control for emulated human balancing systems

Human suffering from vertiginous might experience their body tilting and may eventually fall over. The analytical understanding and applications of human posture control could possibly be extended to understand the postural sway. On the basis of a simplified human body model with two stiff segments and articulation at the hip and ankle, this paper presents a two stage feedback control law for assisting balance in the human’s standing posture under interference of subjective verticals. A robust control law is developed from a control-theoretical point of view to guarantee posture stability under disturbances caused by vertigo. In understanding the task of posture control feedback, the control theory based on the human model could be a source of inspiration to physiologists for physiological modeling and understanding of complex mechanical and neurological interactions. The results developed are to be used as a basis for stance posture control of bionic robots and motion-aid robots.     

基于表面肌电信号的超声探头人因设计评价研究

本研究利用表面肌电采集、分析技术和Borg量表来对超声探头的人因工程学设计进行评价,为超声探头的人因工程学设计评价提供方法参考。在本研究中,邀请10个志愿者使用两个在设计样式和重量存在差异的超声探头进行模拟超声检测操作任务。使用MPl50生理信号记录仪记录前臂上的两块肌肉一指浅屈肌和桡侧腕长伸肌的肌肉活动。同时应用Borg量表对志愿者的主观反馈进行评定。结果显示使用质量较重和手柄宽度较小的超声探头时手部要承担更大的劳动负荷,更容易使局部肌肉产生疲劳,同时志愿者主观反馈结果与表面肌电测定结果存在一致相关性。这个研究方法可以作为对医疗器械手柄人因设计的评价的方法,研究结果可以作为医院在选择超声探头的指导。