在外骨架辅助起重条件下实时估计腰骨关节负荷,使用电肌图驱动的肌肉骨模型

科学领域:

• 生物力学 生物力学
• 肌肉骨系统的建模
• 职业健康 职业健康 职业健康 职业健康

背景情况:

• 慢性腰部疼痛通常与腰部关节的压缩力有关,特别是在职业环境中.
• 目前用于估计这些力的方法耗时,限制了实时应用,例如调整后背支外骨架.
• 这阻碍了用于预防背部伤害的辅助设备的开发.

研究的目的:

• 开发和验证一个实时电肌图 (EMG) 驱动的肌肉骨模型,用于估计腰部关节的运动时刻和压缩力.
• 与传统的反向动态相比,评估模型的准确性.
• 评估一个被动背部支外骨架对起重机械的生物力学影响.

主要方法:

• 十名参与者使用腰和俯卧技巧,使用背部支外骨和没有背部支外骨进行了抬箱任务.
• 脊椎神经动力学和肌肉EMG被记录下来,以实时驱动对象特定的EMG驱动模型.
• 估计了腰骨关节的运动时刻和压缩力,并与参考数据进行了比较.

主要成果:

• 实时EMG模型衍生的时刻与参考逆动态时刻具有很高的相关性 (R2 = 0.760.83),估计误差低于30%.
• 外骨架的使用减少了11918.7Nm (612%) 的平均腰骨关节动力和300450N (510%) 的压缩力.
• 该模型准确地实时估计了力量,并检测了外骨的生物力学效应.

结论:

• 开发的EMG驱动的肌肉骨模型提供了准确的,实时估计椎骨关节时刻和压缩力.
• 这个框架可以实时评估生物力学负载和辅助设备的有效性.
• 这项技术有可能为职业安全创造个性化,生物保护型的机器人系统.