[发明专利]一种基于运动生物力学的关节运动疲劳模型及其应用

权利要求书

1.一种基于运动生物力学的关节运动疲劳模型，其特征是：它根据关节肌群运动状态分为分为活动态模型和休息态模型；其中活动态模型如下式1所示：

fatigue_levelk=fatigue_levelk-1+10*tActiveMET(fmvc)+0.77*fmvc*α/180;]]>式1

休息态模型如下式2所示：

fatigue_level_k＝fatigue_level_k-1-0.13*t_Rest式2

式中：

fatigue_level_k是k时刻的关节疲劳水平，范围是0～10，fatigue_level_k为0代表没有任何疲劳感觉，fatigue_level_k为10时代表疲劳已经达到最大，作业者精疲力竭；

t_Active是k-1时刻到k时刻之间关节屈肌群或伸肌群实际发力的时间，s；

f_mvc是相对关节力矩，计算方法为实际使用的关节力矩与该关节的最大关节力矩之比；

MET(f_mvc)是指相对关节力矩为f_mvc时对应的等长运动最大维持时间；

α是关节弯曲(或伸展)运动的总角度，°，即在k-1时刻到k时刻之间关节弯曲或伸展运动的角度之和，当α＝0时为静态运动，模型此时可以用于评价静态运动产生的疲劳；

t_Rest代表屈肌群或伸肌群处于休息态的时间。

2.一种应用权利要求1所述的模型进行关节疲劳评价的方法，其特征是，它包括以下步骤：

a.针对待评价的受试者，设其初始疲劳水平fatigue_level₀为0；

b.使用秒表设备，分别观察并记录受试者运动时屈肌群或伸肌群的发力时间t_Active1和休息时间t_Rest1，并记录受试者运动后的休息时间t_Rest1′；

c.使用运动捕获设备和测力设备，采集人体形态学数据、运动学数据和操作力，作为Anybody人体骨肌系统建模软件或Visual3D软件的输入，获取作业时的关节力矩和运动角度α；

d.使用操作力测试设备，采集受试者肘关节等长弯曲运动的最大关节力矩，用步骤c获得的作业时的关节力矩除以最大关节力矩，获得相对关节力矩f_mvc1；

e.用LauraA的研究成果计算最大维持时间MET(f_mvc)₁，即MET(f_mvc)₁＝17.98×(f_MVC1)^-2.21；

f.如果受试者在运动后没有体息，即t_Rest1′＝0，将步骤b至e获得的数据代入权利要求1中的式1中，求得fatigue_level₁₁，将t_Rest1值作为t_Rest、将fatigue_level₁₁值作为fatigue_level_k-1代入权利要求1中的式2中，求得受试者运动后的fatigue_level_1′；

g.如果受试者在运动后得到休息，即t_Rest1′＞0；先按步骤f求得fatigue_level_1′后，再将fatigue_level_1′作为fatigue_level_k-1、将t_Rest1′值作为t_Rest代入权利要求1中的式2中求得fatigue_level₁；

h.对于涉及多周期运动任务的受试者，按时间周期顺序重复步骤b至g，直至获得fatigue_level_k。