为了发现不良作业姿势,减轻身体疲劳,使作业人员可以高效、安全、健康地工作,克服以往作业舒适度评价方法依托专家经验、主观性较强、评价效果不理想的问题,提出了一种根据关节负荷、肌肉疲劳特性来客观地评价作业舒适度的评价方法—基于肌肉骨骼负荷的作业舒适度评价方法。该方法以不同关节活动时主要作用肌肉表面肌电时域指标(最大主动收缩肌电百分比)和频域指标(平均功率频率)在不同关节动作角度下的变化情况作为评价的依据,通过虚拟人体模型仿真实验获取了关节负荷数据,运用熵值法和相关分析法确定不同关节动作改变对人体舒适度的影响程度即关节动作的权重,结合模糊综合评价的方法对作业舒适度进行评价。论文的主要研究内容如下:(1)为了确定各关节动作改变对人体舒适度变化的影响程度,应用DELMIA人机工程仿真软件对虚拟人体模型的上肢5个主要参与活动关节(颈关节、肩关节、肘关节、腕关节和腰椎关节)进行关节负荷(关节力和关节力矩)仿真实验。根据关节的自由度和关节动作范围,设定了关节动作变化增量,利用软件中的姿势编辑器改变人体模型的动作姿势,通过生物力学分析功能模块得到关节负荷。由于每个关节动作随角度的变化对上肢5个关节的力矩都有一定程度的影响,运用熵值法确定不同关节动作改变情况下人体舒适度的评价指标的权重。通过排除关节动作变化后无明显数据变化的关节力矩,对受关节动作变化影响的关节力矩数值进行相关分析,得到各关节力矩与关节动作角度变化的相关系数。(2)根据不同肌张力收缩程度下的表面肌电信号变化与肌肉疲劳及舒适度具有因果关系的生理学特性,进行了由一组受试者参与的、旨在研究不同关节动作姿势及负荷对表面肌电信号变化影响的试验。选取人体上肢5个关节进行表面肌电信号试验,利用MP150生理记录仪测定一组受试者在不同静态关节动作姿势下人体各关节主要作用肌肉的表面肌电信号的变化情况。通过最大主动收缩法消除不同受试者的肌电信号差异,给出3种负荷条件下各关节动作在不同角度下的最大主动收缩肌电百分比。通过对原始肌电信号进行快速傅里叶变换,利用多项式拟合的方法计算给出在不同角度下每组关节动作平均功率频率MPF随时间的下降速度即斜率值,得到不同关节动作角度下MPF的变化规律。根据人体肌肉横截面积的大小,对所有受试者的MPF斜率值的绝对值进行归一化和加权处理,给出不同角度下的关节动作舒适度指数。(3)运用模糊评价理论建立作业舒适度评价方法。针对上肢主要参与作用的5个关节及各关节动作建立舒适度评价因素集,根据关节动作舒适度指数建立作业舒适度评价备择集和隶属度函数,结合各关节动作的权重,采用二级模糊综合评价建立对单关节以及整体作业舒适度的评价方法即基于肌肉骨骼负荷的作业舒适度评价方法。通过与工程中应用广泛的快速上肢评价法(Rapid Upper Limb Assessment,RULA)对比可知,两者给出评分结果的变化趋势几乎相同;本方法的关节评分区间划分得更细,更加精确;更多地考虑了部分关节的外展、侧屈和旋转动作的变化,可以更为全面地反映作业舒适度的情况。针对作业负荷对作业舒适度的影响,根据最大主动收缩肌电百分比随角度的变化情况可以准确改变关节动作的舒适度等级。