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论文分享|036期:生物力学数字人体模型:扩展人体工程学评估的机遇和挑战

2024-05-22

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研究背景

如今,可以使用数字人体模型 (DHM) 对工作进行人体工程学评估。其一大优势是通过支持更具前瞻性的人体工程学工作设计来减少对纠正措施的需求。尽管人体工程学模型为风险评估提供了有用的信息,但工作场所设计发生微小变化的单个工作任务很难评估。相反,生物力学模型可以分析单个动作或身体姿势,同时考虑肌肉和关节的内力。

因此,这项研究的主要目标是在生物力学人体模型(AnyBody)和“手工作业编辑器”(ema)之间建立一个接口,以通过生物力学参数丰富人体工程学评估。初步结果表明,在实验条件下,ema自动生成的运动相对于受试者的运动显示出一些特定的偏差。在AnyBody中需要优化运动学数据,以确保更具生理学价值的运动,这对人体工程学评估非常有价值。



02
研究方法

研究涉及模拟手动物料搬运任务,比较生理运动与ema生成的运动之间的运动学差异。关键工具包括AnyBody建模系统(AMS)和OpenSim,重点是开发ema与AMS之间的数据交换接口。通过 Noitom 公司动作捕捉套装 收集三维运动学数据,作为一种惯性传感器测量系统的动作捕捉套装,在获取详细运动数据方面发挥了至关重要的作用,这些数据随后被用于 OpenSim 中的逆动力学分析。这种分析对于计算关节角度和进一步理解手工物料搬运任务的生物力学至关重要。

(图1:描绘了参与者执行手动物料搬运任务及其在OpenSim中对应的由运动学数据驱动的生物力学模型)


(图2:展示了从ema到AnyBody的数据处理工作流程,包括中间的棒状图表示)



03
研究结果

结果显示,尤其是在肩关节外展和躯干屈曲方面,实验数据与计算机生成的运动之间存在显著的运动学差异。这些发现表明,需要优化AnyBody中的运动学数据,以实现更符合生理学的运动,以便进行人体工程学评估。


04
研究讨论

讨论强调了模型和实际实验数据之间的差异。它强调了在AnyBody中进行运动学优化以提高人体工程学评估准确性的重要性。研究承认样本量的局限性,并需要进一步的研究来概括运动策略。



*本文图表除特别注明外,均摘自论文原文。
文献来源
Biomechanical Digital Human Models: Chances and Challenges to Expand Ergonomic Evaluation
原文链接(复制浏览器访问):
https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-02053-8_134



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