[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

摘要

本发明属于工效学、生物力学、人体运动测量技术领域，特别涉及一种基于运动生物力学的关节运动疲劳模型及其应用。其技术方案是：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活动态模型和休息态模型，该模型引入运动时间、最大维持时间、相对关节力矩、关节做功等因素，其中活动态模型为：休息态模型为：fatigue_level_k＝fatigue_level_k-1-0.13*t_Rest。本发明能够对作业者在执行某种任务后的关节肌群疲劳水平进行定量评估；还能在作业者执行某种任务时，能够对作业者持续工作的最长时间进行预测。

主权项

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：$fatigue\_{\mathrm{level}}_k=fatigue\_{\mathrm{level}}_{k-1}+10*\frac{t_{Active}}{MET\left(f_{mvc}\right)}+0.77*f_{mvc}*\mathrm{\α}/180;$        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。