通过EMG和 Anybody 建模系统对下肢外骨骼进行人体工程学评估

研究目的

根据肌肉活动分析（肌电图：EMG）和 AnyBody 建模系统 (AMS)，来验证佩戴外骨骼相关的上肢和下肢肌肉的负荷减少理论。本研究还评估了用模拟分析代替 EMG 分析的可能性。

研究对象

20名20岁左右的健康男性参与了这项研究，他们在两个工作高度（60 和 85 厘米）执行螺栓任务。【测量点：上斜方肌（UT）、中三角肌（MD）、肱三头肌（TB）、肱二头肌（BB）、竖脊肌（ES）、股二头肌（BF）、股直肌（RF）和胫骨前肌的肌肉活动(TA) 】结论：【当使用外骨骼】

在 60 厘米高度工作时，EMG 和 AMS 的下肢肌肉（BF、RF、TA）活动减少。在 85 厘米高度工作时，EMG除TA外下肢肌肉活动减少，AMS除RF外下肢肌肉活动减少。

实验内容

螺栓连接任务是汽车装配线中执行频率较高的任务，在两个工作高度（膝关节屈曲姿势：60 厘米，背部屈曲姿势：85 厘米）下执行，以验证佩戴外骨骼的有效性（图1）。膝盖屈曲姿势（KF，60 厘米）在 60 厘米高度进行，比膝盖高度（45 厘米）高约 15 厘米。背部屈曲姿势（BF，85 厘米）基于臀部高度（84.8 厘米）。

由于每个受试者和肌肉的信号强度不同，EMG 通过 %MVC 标准化，研究中常用的方法：

% MVC = [（EMG任务− EMG静息）/（EMG较大值− EMG静息）] × 100 (%)

该代码集成了人体测量信息、运动数据、外力的大小以及与身体结合和相互作用的物体的信息。使用运动捕捉 IMU 传感器收集的运动数据可以在软件的代码部分识别。这种对人体模型、输入外力、组合段和身体的修改也可以通过额外的代码修改输入来进行。该图表显示时间序列数据，例如肌肉活动和生物力学数据。该模型显示了一个可视化的人体模型，它提供了各种角度的身体部分。该模型还可以播放或记录动作。

实验任务框架图

实验评估(EMG)——测量的肌肉活动

模拟评估（AnyBody 软件）——估计肌肉活动

在肌肉类型的情况下（图10）, 右侧表明腰肌 (ES) 显示出较高的肌肉活动，其次是 MD 和 BB，而 TB 和下肢肌肉显示出较低的肌肉活动。

结论

结果表明，无论工作高度如何，佩戴外骨骼都可以减少整体肌肉负荷。然而，这种趋势在 60 cm 的工作高度上表现得更大一些。考虑到每个身体部位，在两个工作高度下，随着外骨骼的增加，下肢肌肉的负荷趋于减少，而上肢肌肉在 85 厘米的工作高度下趋于增加或保持不变。因此，考虑到下肢肌肉和上肢肌肉，建议工人佩戴外骨骼，以防止在低高度工作时出现肌肉骨骼疾病。

AMS 是较近在人体工程学领域用于模拟外骨骼使用的逆向动态生物力学分析程序，可以根据人体加速度和重力计算骨骼肌和关节中发生的 500 多种载荷。EMG 的缺点是只能测量靠近皮肤表面的肌肉，而 AMS 软件可以同时分析皮肤表面肌肉和深层肌肉。此外，与需要对每个肌肉群的 %MVC 进行归一化的 EMG 测量不同，AMS 通过 AnyBody 管理模型库 (AMMR) 导出每个肌肉群的较大肌肉活动值来执行归一化，这是程序基于人体测量学提供的虚拟模板信息。

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