基于肌电测量技术修枝机手柄人机性能探究

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1、基于肌电测量技术修枝机手柄人机性能探究　　摘要：本文阐述了一种通过肌电测量技术对修枝机手柄人机特性进行研究的方法。实验数据不仅量化了不同手柄人机性能的差异，同时也说明修枝机手柄设计不同，其人机性能亦会有明显不同。文中还对此种方法的应用前景进行了的展望。关键词：肌电测量修枝机人机研究1引言表面肌电测量技术是一种生理指标测量技术，它通过表面电极将肌肉活动时微弱的电信号记录下来，经过放大和处理，能客观的反应肌肉的活动状态。在产品的人机研究中，与传统的体力负荷测量方法相比，表面肌电测量技术能实时无创的反应肌肉活动的状况，具有敏感反应

2、性，并且能量化的对工作负荷和肌肉功能状态进行分析。[1]因此作为检测肌肉的活动强度和疲劳程度的一种重要手段，表面肌电测量技术在工具类产品的人机研究中具有重要作用。5修枝机是使用最为普遍的园林工具之一，根据园林工人的使用反馈，修枝机手柄的人机设计存在很大的改进空间，因此如何改善修枝机手柄使用的人机性能是一个值得研究的问题。对修枝机的手柄人机特性进行研究时，可以利用表面肌电测量技术得到肌电信号随时间变化的波形图，再对波形图做进一步的分析即可得到肌肉的活动强度和疲劳程度。实验结果对修枝机的手柄设计具有指导作用。2研究方法要研究修枝

3、机手柄的人机性能，首先要分析影响修枝机手柄的人机性能的影响因素，并对相关影响因素进行对比实验。为进行对比实验，首先设计并制作具有不同手柄的两套样机，其中，样机B为参照样机，样机A为实验样机，两个样机除了手柄存在差异外，其它特性保持一致，以达到控制变量的目的。然后，制定实验方案。通过调研，选取水平低位势、水平中位势、水平高位势和垂直侧扭势作为典型的实验姿势；根据修枝机使用过程中的施力情况选定八个肌群，按照不同实验姿势对两套样机进行人机特性的测量，通过专业设备记录相应的肌电信号。第三，选取27名成年男性作为受试者。第四，根据数据

4、处理的需要，编制了matlab数据处理程序，对收集的大量肌电信号进行数据转换，得到量化的分析指标，并对这些指标进行标准化。最后，通过对实验指标进行统计和分析，对比两套样机的施力大小和疲劳程度的差异，进而对修枝机手柄的人机性能做出评价。3数据的统计和分析结果5本次实验得到27组数据，其中有效数据25组。RMS值的大小与肌肉施力及肌肉疲劳程度有关。实验数据也表明，对于样机A和样机B，其RMS值的变化趋势基本一致，但多数情况下差异明显。3.1施力大小和疲劳的变化过程从图1中可以看出：整体上看，样机A和样机B的RMS值变化趋势基本一

5、致，除了水平低位势其余三种姿势的RMS值均随时间逐渐升高，说明肌肉处于逐渐疲劳的状态。从图2中可以看出：所有姿势中，施力最大的是肱桡肌和腕部肌肉，说明修枝机使用过程中前臂和手腕是最易疲劳的部位；施力最小的是右侧斜方肌和右手肱二头肌，实验中右手持握后手柄，说明持握后手柄的手臂相应的斜方肌和肱二头肌不易疲劳。左侧肌肉的施力与右侧肌肉的施力存在差异，说明通过换手可以均衡左右手的疲劳度，达到延长肌肉疲劳的效果。3.3施力大小和疲劳的姿势分布从图3中可以看出：样机A和样机B的施力和疲劳在水平低位势时基本相同，其它姿势时样机A的施力和疲

6、劳均小于样机B。3.4样本t检验5从表1中可以看出，样本t检验的P（sig）值为0，小于显著性水平0.05，因此拒绝t检验的原假设，说明样机A和样机B的肌电RMS值存在显著性差异，也就是说样机A和样机B由于手柄的不同对受试者的施力大小和疲劳程度会产生显著的影响。3.5疲劳度差值说明：样本数据为负值表示样机A比样机B疲劳度小，其大小为相应的疲劳减少度。如表2所示：水平低位势，样机A比样机B疲劳度平均减少1.6%，从样本数据来看基本正负参半，说明此种姿势下样机A和样机B的疲劳度基本相同；水平中位势，样机A比样机B疲劳度平均减少5

7、.47%，从样本数据来看，负值数量和大小明显多于正值，说明此种使用状态下样机A的手柄比样机B的手柄有更好的人机性；水平高位势，样机A比样机B疲劳度平均减少26.22%，从样本数据来看，所有值均为负值，说明此种使用状态下样机A的手柄比样机B的手柄有明显的人机优越性；垂直侧扭姿势，样机A比样机B疲劳度平均减少38.21%，从样本数据来看，所有值均为负值，说明此种使用状态下样机A的手柄比样机B的手柄有十分明显的人机优越性。4结论和展望5从以上研究和分析结果可以看出，在修枝机手柄的人机研究中，通过肌电测量实验能够方便的测得被测试者使

8、用不同手柄时的肌电指标，这些肌电指标能够反应肌肉的施力和疲劳状况。根据这些量化指标，能对手柄的人机性能做出评价。实验结果表明，修枝机手柄的设计能显著的影响手柄的人机性能，其结果对修枝机手柄设计具有指导作用。利用该种方法也可以对其它同类产品的人机性能进行研究。还可利用表面肌电测量技术对某个公