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楼主  发表于: 2019-07-01 10:27天前

 基于肌电信号的人体高处坠落过程分析与研究

    高处作业是生产中常见的作业形式,在电力行业中,变电站建设和维护、输配电线路的架设和检修等作业,均涉及高处作业。高处作业难度大、危险性强,稍不注意就可能发生坠落事故。为保障作业人员的安全,电力安全工作规程中明确规定,高处作业时必须佩戴安全带。当人员发生坠落时,安全带对身体各部位的作用情况更是错综复杂,难以判断。因此,坠落过程中安全带对人体的主要压迫部位、压迫作用大小以及身体易受损部位和损伤程度需要深入研究。

    研究人体受损部位及损伤程度,重点在于研究人体肌肉的变化情况。肌电信号是表皮下肌肉活动在 皮肤表面处的综合结果,可针对肌肉运动、肌肉损伤、人体运动等方面进行研究。针对高处坠落过程中人体受安全带保护全身各部位受理情况复杂难以测量的问题。在汉斯出版社《计算机科学与应用》期刊中,有论文笔者研制了便携式可穿戴的智能肌电信号采集服。利用该专业设备,对不同年龄、不同体型的作业人员进行了1m和2m坠落距离下人体肌电信号的采集,对人体各部位在坠落过程中的所受影响进行了分析,基本确定了易受伤部位及受伤程度,对后续安全带的改进提供了强有力的技术支撑,同时也为高处作业防护技术的提升提供了重要的理论基础。

    基于典型线性系统模型,设计了电路,研制了可穿戴智能肌电服。依据GB/T6096-2009《安全带测试方法》标准,设计并开展了不同高度下不同体型志愿者的真人坠落试验,并对采集到的肌电信号进行了分析,总结如下:

    1、基于电极采集、低噪声前置放大、高通滤波、50Hz工频陷波、可变增益放大、低通滤波、有效值电路和AD电路设计了整体电路,配合三轴加速度传感器、肌电传感器研制了可实时监测人体肌电信号的可穿戴智能肌电服。

    2、参考相关标准对不同年龄和身高的受试者进行真人坠落试验,采集到的肌电信号数据显示,1m高度坠落过程中,人体肌肉中影响最大的是腓肠肌,影响最小的是臀大肌。在受到安全带不稳定的作用力时,人体需要通过大腿后侧群肌肉的收缩来对抗。上半身受影响最大的是腹外斜肌、三角肌和肱二头肌。

    3、2m高度坠落过程中,结合现场人体坠落的实际姿态可以发现,在安全带保护下,人体虽然被瞬间拉住,但身体呈现了不同方向的扭转及翻转。全身各部位肌肉受影响程度远大于1m高度下,尤其是胸大肌、三角肌、背阔肌和三头肌等部位受影响明显。

    本文基于三轴加速度传感器、肌电传感器研制了可实时监测人体肌电信号的可穿戴智能肌电服,通过对真人坠落过程中全身肌电信号的采集,对人体坠落过程中受安全带作用的部位、作用力大小进行了分析,为后续新型安全带的结构设计更新与优化提供了重要基础性数据和指导作用。
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