人体登塔姿势的舒适度评估方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911235962.4 (22)申请日 2019.12.05 (71)申请人 广东电网有限责任公司 地址 510600 广东省广州市越秀区东风东 路757号 申请人 广东电网有限责任公司佛山供电局 (72)发明人 胡聪杨鑫王岩石俏吴慧峰 唐建辉庄巨周韩广超时云月 胡正庭 (74)专利代理机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 代理人 刘俊 (51)Int.Cl. A61B 5/11(2006.01) A61B 5/0488(2006.01) G16H 20/30(。

2、2018.01) G16H 50/30(2018.01) (54)发明名称 一种人体登塔姿势的舒适度评估方法 (57)摘要 本发明提出一种人体登塔姿势的舒适度评 估方法， 步骤如下： 捕捉并保存登塔工作人员身 体目标部位上测试器的运动轨迹数据； 分析运动 轨迹数据； 判断登塔工作人员目标部位肌肉的激 活程度是否大于标准阈值h， 若是， 执行采集肌电 信号的步骤； 否则， 舍弃不满足标准的肌肉记录； 利用生理记录仪采集目标部位肌肉的肌电信号 EMGe0i； 采用生理记录仪采集处于最大自主收缩 状态下的目标部位肌肉的肌电信号EMGe1i； 计算 目标部位肌肉的肌肉激活度； 利用层次分析法， 建立人。

3、体登塔姿势评估指标。 本发明可用于评估 登塔工作人员在登塔过程中采用的登塔姿势的 舒适度， 进一步指导电力检修工作人员在登塔时 的攀爬姿势， 减轻工作人员使用蛮力攀爬杆塔的 疲劳感。 权利要求书4页 说明书8页 附图1页 CN 110772262 A 2020.02.11 CN 110772262 A 1.一种人体登塔姿势的舒适度评估方法， 其特征在于， 所述方法包括以下步骤： S1.在参与评估的登塔工作人员身体的目标部位上分别粘贴测试器； S2.登塔工作人员按照攀爬规范规定的登塔姿势开始登塔攀爬； S3.利用动作捕捉摄像机捕捉目标部位上测试器的运动轨迹数据， 并通过三维动作捕 捉控制器保存运。

4、动轨迹数据； S4.利用三维运动捕捉分析器对运动轨迹数据进行分析处理； S5.通过分析处理后的运动轨迹数据驱动人体仿真模块， 人体仿真模块分析运动轨迹 数据对应的目标部位肌肉的激活程度； S6.人体仿真模块判断登塔工作人员目标部位肌肉的激活程度是否大于标准阈值h， 若 是， 执行步骤S7； 否则， 舍弃不满足标准阈值h的肌肉记录； S7.在满足标准阈值h的目标部位肌肉上粘贴贴片电极， 利用生理记录仪采集目标部位 肌肉的肌电信号EMGe0i； S8.利用最大主动收缩肌电测试法标定目标部位肌肉， 并采用生理记录仪采集处于最 大自主收缩状态下的目标部位肌肉的肌电信号EMGe1i； S9.计算目标部位。

5、肌肉的肌肉激活度Acti， i表示所有目标部位肌肉的总个数； S10.根据目标部位肌肉的肌肉激活度Acti， 利用层次分析法， 建立人体登塔姿势评估指 标。 2.根据权利要求1所述的人体登塔姿势的舒适度评估方法， 其特征在于， 步骤S1所述的 目标部位包括： 躯干目标、 上肢目标及下肢目标。 3.根据权利要求1所述的人体登塔姿势的舒适度评估方法， 其特征在于， 步骤S2所述的 相邻两次登塔姿势攀爬切换的时间间隔为3min5min。 4.根据权利要求1所述的人体登塔姿势的舒适度评估方法， 其特征在于， 三维动作捕捉 控制器将运动轨迹数据以C3D的格式导出， 并传输至三维运动捕捉分析器进行分析处理。

6、。 5.根据权利要求1所述的人体登塔姿势的舒适度评估方法， 其特征在于， 所述测试器为 红外反光球， 步骤S5所述的人体仿真模块为Anybody人体仿真模块。 6.根据权利要求2所述的人体登塔姿势的舒适度评估方法， 其特征在于， 步骤S8所述的 目标部位肌肉的肌肉激活度Acti的计算步骤为： 步骤1： 对满足标准阈值h的目标部位肌肉的肌电信号EMGe0i进行分析处理， 处理过程 为： 其中， RMSe0i表示目标部位肌肉的肌电信号EMGe0i在一个采样周期的标准值； T为采样周 期， EMGe0i为目标部位肌肉的肌电信号； 步骤2： 对最大自主收缩状态下的目标部位肌肉的肌电信号EMGe1i进行。

7、分析处理， 处理 过程为： 权利要求书 1/4 页 2 CN 110772262 A 2 其中， RMSe1i表示最大自主收缩状态下的目标部位肌肉的肌电信号EMGe1i在一个采样周 期的标准值； T为采样周期， EMGe1i为最大自主收缩状态下的目标部位肌肉的肌电信号； 步骤3： 求取目标部位肌肉的肌肉激活度Acti： ActiRMSe0i/RMSe1i 其中， Acti为目标部位肌肉的肌肉激活度， i表示目标部位肌肉的总个数； RMSe0i表示目 标部位肌肉的肌电信号EMGe0i在一个采样周期的标准值； RMSe1i表示最大自主收缩状态下的 目标部位肌肉的肌电信号EMGe1i在一个采样周期的。

8、标准值。 7.根据权利要求6所述人体登塔姿势的舒适度评估方法， 其特征在于， 步骤S10所述利 用层次分析法的过程如下： S1001： 将登塔工作人身体的不同目标部位躯干目标A、 上肢目标B及下肢目标C设定为 第一层次目标， 将登塔工作人员身体的背部肌肉a1、 胸部肌肉a2及腹部肌肉a3设定为躯干 目标A的第二层次子目标； 将登塔工作人员身体的肩部肌肉b1、 后臂肌肉b2、 前臂肌肉b3及 手部肌肉b4设定为躯干目标B的第二层次子目标； 将登塔工作人员身体的髋部肌肉c1、 大腿 肌肉c2、 小腿肌肉c3及足部肌肉c4设定为下肢目标C的第二层次子目标； S1002： 根据已知层次分析法比较重要性。

9、标度的定义， 以躯干目标A下第二层次子目标 为行， 以躯干目标A下第二层次子目标为列组成判断矩阵As(ajk)33， ajk0， akj1/ajk； 以 上肢目标B下第二层次子目标为行， 以上肢目标B下第二层次子目标为列组成判断矩阵Bs (bjk)44， bjk0， bkj1/bjk； 以下肢目标C下第二层次子目标为行， 以下肢目标C下第二层次 子目标为列组成判断矩阵Cs(cjk)44， cjk0， ckj1/cjk； S1003： 计算判断矩阵As的最大特征值 maxsA及其对应的特征向量WAs， WAswa1,wa2,wa3； 计算判断矩阵Bs的最大特征值 maxsB及其对应的特征向量WB。

10、s,WBswb1,wb2,wb3,wb4； 计算判 断矩阵Cs的最大特征值 maxsc及其对应的特征向量Wcs， Wcswc1,wc2,wc3,wc4； S1004： 分别对判断矩阵As的最大特征值 maxsA、 判断矩阵Bs的最大特征值 maxsB及判断矩 阵Cs的最大特征值 maxsc进行一致性判断； 若判断矩阵As的最大特征值 maxsA、 判断矩阵Bs的 最大特征值maxsB及判断矩阵Cs的最大特征值maxsc符合一致性判断指标， 则执行步骤 S1005； 否则， 返回步骤S902重新构造判断矩阵； S1005： 将特征向量WAs归一化处理， 求得背部肌肉a1、 胸部肌肉a2及腹部肌肉。

11、a3分别对 应的肌肉激活程度的权重； 将特征向量WBs归一化处理， 求得肩部肌肉b1、 后臂肌肉b2、 前臂 肌肉b3及手部肌肉b4分别对应的肌肉激活程度的权重； 将特征向量Wcs归一化处理， 求得髋 部肌肉c1、 大腿肌肉c2、 小腿肌肉c3及足部肌肉c4分别对应的肌肉激活程度的权重。 8.根据权利要求7所述的人体登塔姿势的舒适度评估方法， 其特征在于， 对于判断矩阵 As、 判断矩阵Bs及判断矩阵Cs中任意一个的最大特征值 maxs均满足的一致性判断公式为： 其中， CI表示一致性判断指标； maxs表示判断矩阵As、 判断矩阵Bs及判断矩阵Cs中任意 一个的最大特征值； n表示第一层次目。

12、标的各子目标的个数， 判断矩阵As进行一致性判断 时， n取3； 判断矩阵Bs进行一致性判断时， n取4； 判断矩阵Cs进行一致性判断时， n取4； 对一致性判断的结果进行验证： 权利要求书 2/4 页 3 CN 110772262 A 3 其中， RI为平均随机一致性指标， 仅与n有关， n取1时， RI为0； n取2时， RI取0； n取3时， RI 取0.58； n取4时， RI取0.9； n取5时， RI取1.12； n取6时， RI取1.24； 若CR0， 则判断矩阵具有 完全一致性； 若CR0， akj1/ ajk； 以上肢目标B下第二层次子目标为行， 以上肢目标B下第二层次子目标。

13、为列组成判断矩 阵Bs(bjk)44， bjk0， bkj1/bjk； 以下肢目标C下第二层次子目标为行， 以下肢目标C下第 二层次子目标为列组成判断矩阵Cs(cjk)44， cjk0， ckj1/cjk； 0036 S1003： 计算判断矩阵As的最大特征值 maxsA及其对应的特征向量WAs， WAswa1,wa2, wa3； 计算判断矩阵Bs的最大特征值 maxsB及其对应的特征向量WBs,WBswb1,wb2,wb3,wb4； 计 算判断矩阵Cs的最大特征值 maxsc及其对应的特征向量Wcs， Wcswc1,wc2,wc3,wc4； 0037 S1004： 分别对判断矩阵As的最大特。

14、征值 maxsA、 判断矩阵Bs的最大特征值 maxsB及 判断矩阵Cs的最大特征值 maxsc进行一致性判断； 若判断矩阵As的最大特征值 maxsA、 判断矩 阵Bs的最大特征值 maxsB及判断矩阵Cs的最大特征值 maxsc均符合一致性判断指标， 则执行 步骤S1005； 否则， 返回步骤S902重新构造判断矩阵； 0038 S1005： 将特征向量WAs归一化处理， 求得背部肌肉a1、 胸部肌肉a2及腹部肌肉a3分 别对应的肌肉激活程度的权重； 将特征向量WBs归一化处理， 求得肩部肌肉b1、 后臂肌肉b2、 前臂肌肉b3及手部肌肉b4分别对应的肌肉激活程度的权重； 将特征向量Wcs。

15、归一化处理， 求 得髋部肌肉c1、 大腿肌肉c2、 小腿肌肉c3及足部肌肉c4分别对应的肌肉激活程度的权重。 0039 优选地， 对于判断矩阵As、 判断矩阵Bs及判断矩阵Cs中任意一个的最大特征值 maxs均满足的一致性判断公式为： 0040 0041 其中， CI表示一致性判断指标； maxs表示判断矩阵As、 判断矩阵Bs及判断矩阵Cs中 任意一个的最大特征值； n表示第一层次目标的各子目标的个数， 判断矩阵As进行一致性判 断时， n取3； 判断矩阵Bs进行一致性判断时， n取4； 判断矩阵Cs进行一致性判断时， n取4； 0042 对一致性判断的结果进行验证： 0043 0044 其。

16、中， RI为平均随机一致性指标， 仅与n有关， n取1时， RI为0； n取2时， RI取0； n取3 时， RI取0.58； n取4时， RI取0.9； n取5时， RI取1.12； n取6时， RI取1.24； 若CR0， 则判断矩阵 具有完全一致性； 若CR0， akj1/ ajk； 以上肢目标B下第二层次子目标为行， 以上肢目标B下第二层次子目标为列组成判断矩 阵Bs(bjk)44， bjk0， bkj1/bjk； 以下肢目标C下第二层次子目标为行， 以下肢目标C下第 二层次子目标为列组成判断矩阵Cs(cjk)44， cjk0， ckj1/cjk； 0088 S1003： 计算判断矩阵。

17、As的最大特征值 maxsA及其对应的特征向量WAs， WAswa1,wa2, wa3； 计算判断矩阵Bs的最大特征值 maxsB及其对应的特征向量WBs,WBswb1,wb2,wb3,wb4； 计 算判断矩阵Cs的最大特征值 maxsc及其对应的特征向量Wcs， Wcswc1,wc2,wc3,wc4； 0089 S1004： 分别对判断矩阵As的最大特征值 maxsA、 判断矩阵Bs的最大特征值 maxsB及 判断矩阵Cs的最大特征值 maxsc进行一致性判断； 若判断矩阵As的最大特征值 maxsA、 判断矩 阵Bs的最大特征值 maxsB及判断矩阵Cs的最大特征值 maxsc均符合一致性。

18、判断指标， 则执行 步骤S1005； 否则， 返回步骤S902重新构造判断矩阵； 0090 S1005： 将特征向量WAs归一化处理， 求得背部肌肉a1、 胸部肌肉a2及腹部肌肉a3分 别对应的肌肉激活程度的权重； 将特征向量WBs归一化处理， 求得肩部肌肉b1、 后臂肌肉b2、 说明书 6/8 页 11 CN 110772262 A 11 前臂肌肉b3及手部肌肉b4分别对应的肌肉激活程度的权重； 将特征向量Wcs归一化处理， 求 得髋部肌肉c1、 大腿肌肉c2、 小腿肌肉c3及足部肌肉c4分别对应的肌肉激活程度的权重。 0091 对于判断矩阵As、 判断矩阵Bs及判断矩阵Cs中任意一个的最大。

19、特征值 maxs均满足 的一致性判断公式为： 0092 0093 其中， CI表示一致性判断指标； maxs表示判断矩阵As、 判断矩阵Bs及判断矩阵Cs中 任意一个的最大特征值； n表示第一层次目标的各子目标的个数， 判断矩阵As进行一致性判 断时， n取3； 判断矩阵Bs进行一致性判断时， n取4； 判断矩阵Cs进行一致性判断时， n取4； 0094 对一致性判断的结果进行验证： 0095 0096 其中， RI为平均随机一致性指标， 仅与n有关， n取1时， RI为0； n取2时， RI取0； n取3 时， RI取0.58； n取4时， RI取0.9； n取5时， RI取1.12； n取。

20、6时， RI取1.24； 若CR0， 则判断矩阵 具有完全一致性； 若CR0.1， 则判断矩阵具有较好的一致性； 若CR0.1， 则判断矩阵须重新 构建。 0097 满足一致性判断的最大特征值 maxs对应的特征向量为各子目标对应的权重， 所述 特征向量WAs归一化处理的公式为： 0098 0099其中，表示判断矩阵As的第p个子目标归一化后的权重， wap表示判断矩阵As中 第二层次子目标的的第p个子目标归一化前的权重， p1,2,3； 0100 特征向量WBs归一化处理的公式为： 0101 0102其中，表示判断矩阵Bs的第q个子目标归一化后的权重， wbq表示判断矩阵Bs中 第二层次子目。

21、标的第q个子目标归一化前的权重， q1,2,3,4； 0103 特征向量WCs归一化处理的公式为： 0104 0105其中，表示判断矩阵Cs的第r个子目标归一化后的权重， wcr表示判断矩阵Cs中 第二层次子目标的第r个子目标归一化前的权重， r1,2,3,4。 0106 人体登塔姿势舒适度评估指标的计算公式为： 说明书 7/8 页 12 CN 110772262 A 12 0107 0108 其中， com表示人体登塔姿势评估指标， p表示躯干目标A的第p个子目标， Actp表示 躯干目标A的第p个子目标的肌肉激活度；表示判断矩阵As第二层次子目标的第p个子目 标归一化后的权重； q表示上肢。

22、目标的第q个子目标， Actq表示上肢目标B的第q个子目标的 肌肉激活度；表示判断矩阵Bs的第q个子目标归一化后的权重； r表示下肢目标C的第r个 子目标， Actr表示下肢目标C的第r个子目标的肌肉激活度；表示判断矩阵Cs的第r个子 目标归一化后的权重； 当人体登塔姿势舒适度评估指标com的值小于舒适设定值L时， 表明 人体登塔姿势舒适度评估指标com对应的人体登塔姿势符合评估要求。 在此， 舒适设定值L 在一定程度上也代表了工作人员登塔时， 身体不同目标部位的肌肉在不同登塔姿势带动下 会产生疲劳感的激活程度临界值， 当人体登塔姿势舒适度评估指标com大于舒适设定值L 时， 代表人体登塔姿势。

23、舒适度评估指标com对应登塔姿势带动下的肌肉激活程度大于肌肉 激活程度临界值， 工作人员长时间使用此姿势登塔时会产生高度疲劳感； 反之， 当人体登塔 姿势舒适度评估指标com小于舒适设定值L时， 代表人体登塔姿势舒适度评估指标com对应 登塔姿势带动下的肌肉激活程度小于肌肉激活程度临界值， 工作人员长时间使用此姿势登 塔时符合舒适需求。 0109 相同或相似的标号对应相同或相似的部件； 0110 附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明， 不能理解为对本专利的限制； 0111 显然， 本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例， 而并非是对 本发明的实施方式的限定。 对于所属领域的普通技术人员来说， 在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动。 这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。 凡在本 发明的精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明权利要求 的保护范围之内。 说明书 8/8 页 13 CN 110772262 A 13 图1 说明书附图 1/1 页 14 CN 110772262 A 14 。