【摘要】：隨著生產力的發(fā)展,人們逐漸從繁重的體力勞動中解脫出來。然而,伴隨著長時間的輕負荷工作,與工作相關的骨骼肌肉傷害(Work-related Musculoskeletal Disorders,WMSDs)逐漸顯現(xiàn)并引起了人們的注意。狹小工作艙內,工作空間狹小,需要長時間保持工作姿勢,而且會伴有高壓、缺氧、寒冷等情況。在這樣幾乎無舒適性可言的狹小工作艙中,減少工作人員肌肉疲勞,成為比舒適度更加重要的問題。論文研究以國家863計劃重點項目(2009AA093303)4500米載人潛水器設計與關鍵技術研究子課題—艙內布局優(yōu)化設計方法研究為依托。從工業(yè)設計角度,以研究和解決狹小工作艙布局優(yōu)化設計為出發(fā)點,綜合運用人機工程學、生物醫(yī)學、人工智能等學科知識,將人體肌肉疲勞研究,作為解決人-機布局優(yōu)化問題的切入點。與人機工程學相關的布局優(yōu)化設計與評估,不再僅僅以舒適度作為評價標準,人體肌肉疲勞特性的量化可以幫助解決現(xiàn)代生產力發(fā)展為人們所帶來的骨骼肌肉相關疾病(Musculoskeletal Disorders,MSDs)。針對狹小工作艙的特殊工作環(huán)境,研究了狹小工作艙內人體疲勞特性。同時,構建了三維空間人體疲勞特性模型,用于狹小工作艙布局優(yōu)化設計及狹小工作艙布局評估方法中。從人體疲勞特性出發(fā),指導狹小工作艙內作業(yè)人員的空間布局,從而糾正作業(yè)姿勢,減少身體疲勞,讓作業(yè)人員可以健康、高效、安全的工作是本文的研究目的。論文的主要內容及創(chuàng)新點如下:1)針對狹小工作艙這類特殊人-機空間,提出以人體疲勞特性作為研究切入點。從探討布局問題的研究歷史及現(xiàn)狀,深入分析了人-機布局中,人機工程學與布局優(yōu)化問題結合的現(xiàn)狀,指出了現(xiàn)有人-機布局方法存在的問題。針對狹小工作艙這樣的特殊人機環(huán)境,結合人機工程學、生物醫(yī)學、人工智能等領域,提出了基于人體疲勞特性的狹小工作艙布局優(yōu)化理論框架。2)狹小工作艙人體肌肉疲勞測試的實驗設計。(1)采用正交實驗,盡可能多的采集多角度肌肉表面肌電信號。(2)采用主觀疲勞問卷與客觀測試相結合的方法采集數(shù)據(jù)。(3)根據(jù)狹小工作艙的工作環(huán)境及工作狀態(tài),將實驗分為上肢肌肉測試與頸部肌肉測試兩部分。其中,上肢肌肉測試分為靜態(tài)和動態(tài)兩種情況進行數(shù)據(jù)收集。(4)根據(jù)狹小工作艙的空間大小,確定所測試肌肉,還有上肢及頸部活動范圍。(5)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)精準度的要求,設計制作實驗輔助材料。(6)模擬狹小工作艙工作空間,搭建實驗環(huán)境。(7)采用MPF斜率作為疲勞特性分析的指標,并將RPE值與疲勞時間相結合分析實驗數(shù)據(jù),得到科學結論。3)狹小工作艙人體三維空間疲勞特性模型的構建。首先,通過人體肌肉疲勞測試所收集的主觀RPE問卷表,與客觀測試所收集的表面肌電信號的MPF斜率值及疲勞時間,結合賦權法、正交計算等,以主觀調查問卷和客觀實驗數(shù)據(jù)兩種方式相結合賦予上肢肌肉不同的權重,并采用熵權法對肌肉權重進行修正,得到實驗項人體疲勞特性值。同時,采用加權疲勞特性,對未實驗項的疲勞特征值求解。然后,根據(jù)關節(jié)角度實現(xiàn)了上肢及頸部的空間疲勞特性求解,計算出人體在三維空間中各個區(qū)域的上肢及頸部疲勞特性值。最后,采用數(shù)據(jù)庫技術開發(fā)了人體疲勞特性求解工具。此工具可以快速,高效得到人體上肢各角度的疲勞特性值,用于狹小工作艙人體姿勢評估。同時,為狹小工作艙及類似狹小工作艙的布局優(yōu)化及評估設計提供一定的數(shù)據(jù)支撐。4)基于人體疲勞特性的狹小工作艙布局優(yōu)化方法。首先,結合實驗數(shù)據(jù),對待布空間和待布物進行分層人機權重分配。隨后,求得待布空間及待布物的人機特性值。其中,人機特性值由人體疲勞特性值與所求分層人機權重共同決定。最后,采用蟻群算法,結合人機特性值,確定了信息素更新方法,構建了狹小工作艙布局優(yōu)化設計流程,建立了基于人體疲勞特性的狹小工作艙布局優(yōu)化方法。5)基于人體疲勞特性的狹小工作艙布局評估方法。首先,結合層次分析法與灰色理論,修正了專家權重。同時,運用層次分析法對狹小工作艙內的裝置進行了分層賦權。然后,利用實驗所得數(shù)據(jù),分別對持續(xù)性操縱裝置、反復性操縱裝置及顯示裝置進行了疲勞特性評估,獲得各裝置的疲勞特性分級。最后,將各裝置疲勞特性值加權相加,得出方案的疲勞特性評估值。論文遵循從理論到實踐、由抽象到具體的思路,以人機工程學為出發(fā)點,研究了狹小工作艙內的人體疲勞特性,解決了針對狹小工作艙的布局優(yōu)化及評估方法的問題。并將其應用于4500米載人潛水器主控臺的布局優(yōu)化設計中,有效緩解了載人潛水器操作員的疲勞,改善了載人潛水器艙室的人機環(huán)境。
【圖文】：

圖 3-2 自主構建的非線性小波圖 3-2 中，橫坐標是小波頻率，縱坐標代表振幅。因為動態(tài)收縮疲勞時的肌電信號是時變的，所以用經典譜分析方法得出的肌電信號。頻譜變換的估計是有局限性的。圖3-2 中頻率域中小波 1-8 個，紅線為各小波的和，各小波中心頻率是其幅值最大處。由于信號處理的不確定性原理（uncertainty principle）：一個過程精確的時間和頻率無法同時決定。每個小波必須在時間分辨率和頻率分辨率之間平衡。各小波之和在頻率域顯示為平滑響應（圖中的紅線）。每個小波的中心頻率 ( )cf k ：

腳踝/腳、膝蓋和臀/大腿。Peter W Buckle 等人的工作表現(xiàn)的。由此可見，人體的上肢和頸待研究的重要部位。，頸部長時間屈曲，肘部經常性彎曲，腕部經肌肉疾病的發(fā)生率越來越高。根據(jù)狹小工作艙部及上肢肌肉疲勞情況。頸部運動的肌肉大致突肌、斜方肌和前斜角肌。其中，頭夾肌、胸要肌肉。這三塊肌肉中，頭夾肌，，位于耳后枕突肌，位于頸部兩側，負責頭部的旋轉以及后。斜方肌位于上背及中背，負責肩胛骨運動、大多數(shù)的研究中，對于頸部的研究都集中在工作時，頸部主要的動作是前屈、后伸，左為：胸鎖乳突肌和頭夾�。ㄈ鐖D 3-3 所示）�；顒佣确謩e為：47.3°±2.9°、38.7°±3.4°、68.3角度范圍是 40°~-30°，左右扭轉的角度范圍是
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R13

【相似文獻】

相關會議論文 前4條

1 王德俊;施洪生;王雷;楊會林;袁鋒;;多軸程序載荷下45~#鋼疲勞特性的試驗研究[A];疲勞與斷裂2000——第十屆全國疲勞與斷裂學術會議論文集[C];2000年

2 楊紅亞;張帷;董明思;;柔性纖維混凝土的疲勞特性研究[A];第七屆全國MTS材料試驗學術會議論文集（二）[C];2007年

3 王向明;姜軍;劉樹元;;鈦合金焊接件疲勞特性評估的當量K_t法[A];疲勞與斷裂2000——第十屆全國疲勞與斷裂學術會議論文集[C];2000年

4 劉穎;涂銘旌;;2.5MOL%Y_2O_5-ZrO_2陶瓷的動態(tài)疲勞特性研究[A];94'全國結構陶瓷、功能陶瓷、金屬/陶瓷封接學術會議論文集[C];1994年

相關重要報紙文章 前1條

1 全榮;鐵路車輛用車軸的疲勞特性研究[N];世界金屬導報;2014年

相關博士學位論文 前2條

1 范文;狹小工作艙人體疲勞特性分析及布局優(yōu)化研究[D];西北工業(yè)大學;2016年

2 單麗巖;基于粘彈特性的瀝青疲勞—流變機理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

相關碩士學位論文 前7條

1 李曉鵬;無鉚釘連接工藝對鋼鋁材料連接疲勞特性影響研究[D];吉林大學;2016年

2 蒲澤林;40CrNiMoA鋼的疲勞特性實驗研究[D];華北電力大學;2001年

3 吳坤岳;基于內聚力模型的膠接結構疲勞特性研究[D];大連理工大學;2013年

4 張偉;混凝土疲勞特性研究[D];河北工業(yè)大學;2006年

5 李寧;幾種功能型瀝青基復合材料疲勞特性研究[D];武漢理工大學;2008年

6 曹智強;均勻壓力下反拱帶槽金屬薄殼的疲勞特性研究[D];大連理工大學;2005年

7 孫萍;Q345R鋼高溫損傷后疲勞特性研究[D];東北石油大學;2014年

本文編號：2552922