可穿戴型彎腰助力裝置的研發(fā).pdf

1、在農(nóng)業(yè)、建筑、采礦等工作中，全世界有數(shù)億人由于長時間彎腰工作而導(dǎo)致很高的腰背痛發(fā)病率。僅在農(nóng)業(yè)工作中，全世界就有高達(dá)13億農(nóng)業(yè)勞動力因彎腰工作而普遍有患腰背痛的風(fēng)險。在美國，由腰背痛導(dǎo)致的人體傷害、醫(yī)療成本、勞動力喪失已經(jīng)造成超過1000億美元的社會經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。本研究的目的是研發(fā)可以減輕彎腰工作時背部肌肉負(fù)擔(dān)的可穿戴型彎腰助力裝置。主要研究內(nèi)容如下:
　　 1.根據(jù)人體生物力學(xué)和成年人人體慣性參數(shù)，建立人體彎腰時的靜力平衡模型。進(jìn)

2、而建立彎腰助力模型，并以此作為可穿戴型彎腰助力裝置的設(shè)計依據(jù)。
　　 2.設(shè)計并開發(fā)可穿戴型彎腰助力裝置。主要包括可穿戴型彎腰助力裝置各部件的設(shè)計與加工、伺服電機(jī)的選擇等，并考慮可穿戴型彎腰助力裝置的安全與舒適性能。
　　 3.利用角度傳感器與手動控制器，開發(fā)了兩種彎腰助力的控制方法。主要包括角度傳感器的標(biāo)定、MCU模塊的開發(fā)、電源的選擇以及控制程序的編寫等。
　　 4.為了驗證可穿戴型彎腰助力裝置的效果，通過肌

3、電實驗量化彎腰時胸豎脊肌、腰豎脊肌、背闊肌、腹直肌的活動，比較有無助力裝置兩種情況下肌肉的肌電信號，并以此評估助力裝置是否減輕人體彎腰時背部肌肉的負(fù)擔(dān)。
　　 研究結(jié)果表明:當(dāng)人穿上助力裝置向前彎腰時，胸豎脊肌、腰豎脊肌、背闊肌、腹直肌的肌電積分值均相應(yīng)減少。在靜態(tài)肌電實驗中，當(dāng)人穿上助力裝置向前彎腰到90度時，胸豎脊肌、腰豎脊肌、背闊肌、腹直肌的肌電信號積分值相應(yīng)減少42％、47％、28％、9％。動態(tài)肌電實驗結(jié)果也表明助力裝置