文摘

坐错了的人可以有肌肉骨骼疾病如颈椎病和腰椎病,但没有医疗专业的指导,人们很难评估他们的姿势和采取一个更合适的姿势。因此,为了解决这个问题,我们建立了一个多级坐姿势评估系统通过分析关节角等参数,关节力矩,联合部队,和肌肉力量。使用层次分析法和熵综合加权法对体重评价指标。根据他们的评价标准,每个参数给出重量经过量化和标准化。首先,需要几个坐姿势,经常出现在办公室工作为例,使用背部和关节和静压分析工具分析杰克软件进行模拟分析。然后,各种参数的权重等人体关节和肌肉的计算使用层次分析和熵权方法,定量评价系统办公室坐的舒适了。我们招募了50个主题为一个办公室仿真实验来验证评价指标的可行性。最后,我们将坐的姿势,选择那些在生活中常用的评价。该坐的姿势评价体系能客观、全面反映质量的坐姿和引导人们采取什么样的姿势坐着。

1。介绍

近年来,颈椎病和腰椎患者的数量急剧增加。在徐汇区的劳动人口,上海,颈椎病的患病率是13.8%1]。在新疆,患病率高达23%2]。颈椎和腰椎长期的流行计算机用户为60% (3]。颈椎病的治疗总成本超过30000元人民币(4,5]。治疗在国外是更昂贵的6,7]。研究表明这些慢性疾病和坐的姿势之间的密切关系。不当的压力在职业活动中导致颈部疾病,人体工程学领域的专家或职业卫生叫职业性肌肉骨骼疾病。是损伤肌肉和骨骼的所有方面,包括肌肉、关节、韧带、神经(8,9]。脊柱、肌肉和其他身体组织同时也可能承受不同的压力有不同的姿势。坐办公室的人保持和使用电脑很长一段时间缺乏人体工程学的知识。如果他们采取不正确的工作姿势,他们会有不适或疼痛和其他症状在肌肉骨骼系统10]。因此,坐在舒适的评估具有重要意义,坐在修正。

先前的研究在坐在安慰了几个研究场景,包括高速列车、汽车、学校和办公室(表1)。坐的姿势分析数据主要来自客观测量和主观评价。客观的测量通常使用的压力传感器和弹性传感器。学习压力分布的影响和接触面积上坐着舒适,主观评价是通过使用问卷调查或分析的在线评论对用户舒适的所有方面。统计和决策方法用于分析数据获得安慰和排名。

现有研究表明,坐在舒适各设置有一个重要的影响。尽管先前的研究已经检查了舒适座椅形状等几个方面,接触面积,乘客的身体类型,和环境,在以下方面有限制。(1)阀座结构分析和用户评价的影响没有考虑人类自身的姿势(2)需要使用额外的传感器压力传感器和弹性等传感器,增加了成本(3)不考虑联合部队、关节角和其他人体骨骼关节内信息吗(4)没有系统性分类的人体坐姿时,评估坐的姿势

剩下的纸是组织如下。第二部分介绍了坐着的姿势的建模过程和仿真结果的几个常见的姿势坐着,和每个参数的权重分配使用熵权法和层次分析法的组合方法。第三部分办公室坐的姿势上设计一个实验来验证该评价方法的可行性。第四部分分析了评价结果共同坐的姿势。最后两个部分描述的想法继续研究指出了主要贡献。

2。材料和方法

2.1。仿真建模和分析的办公室坐的姿势

杰克是一个数字人体建模和仿真软件工效学分析。与其他仿真软件DELMIA相比,3 d SSPP OpenSim,杰克的模拟和分析功能更全面和完美16)和最准确的人体生物力学模型。因此,本文进行了基于杰克软件的人机建模与仿真分析不同坐在舒适的位置。

2.1.1。办公室的建模

办公室工作的内容包括浏览文件和网页,输入数据,打电话,做其他作业。本文选择电脑输入数据为主要内容。使用软件创建书桌、座椅和其他实体,符合国家标准GB / T -2020 - 39223.3 (17)大小、体压分布和人体工程学要求,合理布局这些实体的空间来建立一个办公空间模型如图1。

2.1.2。构建虚拟人模型

杰克的人体模型由71段,61关节已经达到135的自由度。杰克提供了九个标准人体数据库,包括中国人,CDNLF97 ANSUR1988。法定成人年龄以来从事工业生产的国家(男性60岁女性18-55岁),根据相应的体型数据的人体的各个部分在中国国家标准成人体型(GB / T 10000 - 1988),根据规模50百分位,26种大小确定数据的数字人体模特,可以满足大多数人17)如图2。

2.1.3。构建共同坐的姿势

为了模型和模拟坐姿时,准确地说,便携式人体工程学观察法(PEO)提出的Fransson-Hall et al。18采用如图3。参考系统以腰椎的L5联合为坐标原点,和飞机,骨盆的水平面和竖直方向的 - - - - - -轴。使用欧拉角描述后备箱的空间位置。躯干姿态的欧拉角包括音高、偏航和滚动角。在建模过程中,设置数字人头控制参数”愿景目标,“也就是说,注视的目标,“遵循网站”选择站点为中心的电脑屏幕上。此外,调整颈部关节,使视线看屏幕的中心。调整其它关节的位置根据身体躯干的位置的三维欧拉角等参数的影响最大化肌肉力量,关节角,力在这三个维度和保持视线屏幕的中间。手固定在键盘上。模拟的姿势,经常出现在办公室,最后,得到七集的人体模型,如图4。七个箱子更改,例如,已经进行了仿真分析19]。

2.2。人体工程学分析坐的姿势

坐在舒适的最重要影响的力量和肌肉的力量L4 / L5腰椎,其次是其他关节的角度参数,这意味着静态加载和相关肌肉的宽容度。然后,分析关节角,联合部队,扭矩,和肌肉力量。得到不同的姿势坐在这些方面的影响。

2.2.1。评估联合的舒适

舒适度评价模块(舒适度评估)的杰克软件计算了舒适度的开合角度根据人体的主要关节,暗示的静载荷和宽容水平相关的肌肉群。杰克提供六种不同的舒适度评价数据库,如波特(20.,案发21],Grandjean [22],Rebiffe [23,更有(2 d地图;3 d)。其中,更有3 d最丰富的联合索引。其数据来源于比较各种人类的测试数据库,覆盖16个人类关节。这里,选择数据库评估关节角的舒适水平。

直立坐姿时的分析结果如图所示5。三大股指略微超过极限值的指数,和安慰通常是合理的。

这时,数字人的上半身直,缺乏一定的向后倾斜和支持,还有进一步提高的空间。

大部分指标已经超过极限时,躯干向前倾斜由于重大压力集中在手腕和手臂。此外,舒适的手腕和手臂也将减少。这个姿势不符合生理要求,不能保持很长一段时间。推荐值附近的其他关节躯干倾斜时,除了肘关节,这超过了极限的值。仿真表明,所有的关节都可以在一个舒适的范围内,只要他们减少躯干的振幅。躯干的左和右倾斜会使上肢关节相应的边在一个不舒服的角度,减少相应的上肢的灵活性。

2.2.2。背部的分析

L4 / L5关节压力是主要的关节在坐的姿势,以及有害的压力L4 / L5联合也引起腰椎疾病的主要因素。所以,使用杰克提供的背部分析模块软件分析不同的数字人的姿势,如图6。仿真结果表明,倾斜的躯干在L4 / L5将有重大影响。此外,压力在L4 / L5关节时显著增加躯干向前倾斜,左和右。躯干向后弯曲降低力在L4 / L5关节。其他姿势的压力波动上下约600 N,但收效甚微。

躯干向前倾斜时,剪切力的L4 / L5关节 - - - - - -轴方向显著增加。保持主干直立,身子往后靠稍微可以减少的剪切力 - - - - - -轴。躯干的左派和右派倾向将导致显著增加的剪切力 - - - - - -轴方向的L4 / L5联合,左右旋转的躯干在各个方向剪切力的影响不大。

力的分析上背部的肌肉显示,左右倾斜的树干需要更多的肌肉力量,影响肌肉的数量也有了很大的提高。此外,肌肉力量集中在脊椎肌肉肌时躯干向前倾斜。腹直肌伸展在树干。树干的左右旋转对肌肉的影响不大。

2.2.3。静态压力分析

人们可以看到一个静态姿势使用姿势时的工作在办公室电脑输入。此外,有轻微或没有力量的变化提供了肌肉和身体的其他结构。然而,肌肉的收缩,血管被压缩,流量不足,很容易感到疲劳。使用杰克的静强度预测软件评估可以完成工作任务的人的百分比在不同坐姿从动力学的角度和评价每个姿势是否符合NIOSH的强度标准通过模拟。

仿真结果如图所示6,第一列柱状图显示了办公室职员能完成任务的百分比下的肌肉力量,每个关节能承受在当前的坐姿。从这幅图中可以看到,几乎每个关节可以完成任务100%。当树干倾斜左和右,左和右,将减少任务完成下肢,膝盖和脚踝在压缩方面。通过对仿真结果的分析,发现当躯干向右倾斜,转向左和右,压力会集中在下肢关节相应的一面,这将增加膝关节和踝关节的力量。对接头的影响可以减少工作时通过减少偏转的角度。去报告页面,查看更详细的信息,包括各关节的平均力;关节转矩可以看到从图直观地。具有重要意义评估舒适的姿势坐着。

2.3。坐在舒适的评价方法

通过以上仿真分析,我们可以主观地评价每一个坐的姿势的好坏做出进一步定量分析的舒适程度不同的坐姿,综合考虑不同索引的坐姿舒适度的影响。本文采用改进的层次分析法和熵值法综合评估坐姿势的舒适(表2)。构建评价指标体系,以这七个坐的位置为评估的例子。

2.3.1。评价指标体系的建设

指数评价方法可分为主观和客观评价方法,包括层次分析和专家调查方法;客观评价方法包括主成分综合评价方法、熵权法和多目标规划方法。这两种方法都有一定的局限性。主观评价方法反映了决策者的主观意图,可以充分发挥决策者的主观能动性,但评价结果是非常主观的。客观评价方法的优点是坚实的客观性,但评价结果与样本的组成。总之,本文选择综合考虑主观和客观评价方法,使用层次分析法方法第一阶段和第二阶段的评价指标(24,25]。此外,它使用熵方法来评估第三层次索引(26]。

准则层权重的计算AHP方法如下:建立层次结构模型。他们使用德尔菲法筛选评价指标有关专家的意见(27,28]。为了合理评价坐在舒适,构造综合评价指标体系从科学合理的角度来看,和坐在舒适的相关因素评价是充分考虑29日]。坐在舒适分为关节参数并返回参数 。第二层包括关节角指数、关节力矩指数,联合压力指数、L4 / L5压力指数、L4 / L5力矩指数,和肌肉强度指数。总共有6个二级指标记录 。

因为有大量的联合参数指标,这将是无与伦比的成对比较;所以,第三层指数分为四部分:肩、腰部,臀部,大腿记录 。细分后的参数根据三个轴的方向和部队接收到不同的肌肉,记录 。

2.3.2。建筑和计算判断矩阵

构造判断矩阵需要每一层指标的两两比较统一的原则。这个统一的原则是受到比例合理。目前,主要的扩展方法是咸(1 - 9比例标度方法30.),但也有一些不足在实践中,每一层之间的差异也很小。为了使刻度值更加实用,使用5/5-9/1的规模,如表所示3。

判断矩阵的特征值和特征向量满足

在哪里指的是判断矩阵,指的是特征向量,判断矩阵的最大特征值。根据公式可以计算特征向量 ,判断矩阵的每个元素的相对大小。

2.3.3。一致性检验

由于评价者的主观因素和判断能力有限,比较的结果是矛盾的。因此,有必要检查的一致性判断矩阵。首先,计算一致性指标CI。

在哪里是判断矩阵计算的顺序一致性比率Cr:

国际扶轮是平均随机一致性指数的平均一致性指标的多个休闲样本矩阵。1 - 9的顺序时,国际扶轮表所示4当比率 ,判断矩阵具有满意的一致性。这时,重量计算AHP方法是有效的。否则,就需要重新计算(31日]。

根据评价指标层次结构模型,坐在舒适。专家进行问卷调查,比较和评分第一和第二级指标和评估每一个指标的重要性。得到的判断矩阵一致性检验后,计算每一层的指标权重传递的一致性测试。

2.4。由熵权方法测量层重量的计算

由于许多指标测量层,专家比较后常会出现自相矛盾,这是极大地受到主观因素的影响。熵权法分配的重量通过熵值指数;更重要的熵值,该指数的离散化程度越小,重量越小;所以,使用熵方法评价指数的影响的综合评价可以得到客观的评价结果。

2.4.1。索引数据预处理

有两种不同的指标层的措施:“越小,越好,”联合压力等共同的时刻,和肌肉力量。其他类的索引值接近推荐值,如关节角太大或太小会不舒服,分别称为负面和中性的指标。两种类型的指标,分别进行无量纲处理(32]。

有评价指标和评估对象。这些对象的索引构成原始数据矩阵 。消极的指标,

在哪里显示的值 - - - - - -的评价指标 - - - - - -th评价对象, 。 表示最大的价值评价指标,说明评价指标的最小值。中性的指标,

在哪里索引的理想值,标准化后可以获得:

2.4.2。熵的定义

熵是一种衡量疾病程度的评价体系。在评价指标和评价问题评价对象的熵指数被定义为

在哪里 , ,当 。让 。 的比例 - - - - - -中的评价对象 - - - - - -th指数;评价对象的数量。

2.4.3。定义熵权

在定义的熵指数熵的重量指数被定义为

在哪里 是第i个熵指数;是评价的数量指标。

2.4.4。层次总排序

最终结果的排名是综合考虑测量的重量级别指标标准和标准水平的重量指标到目标水平,此外,得到每个方案的评价结果的公式如下:

的公式,的重量测量层标准层,是准则层对目标层的权重,然后呢的重量测量层对目标层。

3所示。办公室坐着舒适的仿真实验

目前,有一个问题与适用性评估杰克仿真获得的一些指标。为了验证该评价方法的可行性,利用实验测试需要进一步评估。一个办公室仿真实验评估七坐在舒适的位置。

3.1。实验目的

设计了仿真实验来评估不同的姿势坐在舒适的办公室场景。基于用户的日常实践习惯,保持时间的姿势坐在实验将被设置为获得准确的评估结果。的影响不同位置坐在操作效率和舒适性进行了评估。

3.2。实验对象

他们招募了大学生不同的专业和成绩,25个男性和25个女性受试者。招聘要求每天使用电脑的时间超过0.5小时,健康状况良好。志愿者没有运动剧烈运动前一天实验和保持工作和休息。对象的基本参数如表所示5。

3.3。实验方法

办公室的任务仿真实验是输入中国的一篇文章,它大约需要2.5小时完成整个实验,其中包括两个部分:适应测试和正式测试。(1)适应测试是一个10分钟的中国输入的任务,主要是为了使受试者熟悉这些坐姿势,获得原始数据在他们的工作效率(2)正式的考试时间是140分钟,每个坐姿是20分钟,有一个10分钟的休息时间之间坐姿。受试者的工作效率和工作状态指标记录每个坐姿的交替节点。最后,受试者的不适,坐在满意度问卷调查收集

3.3.1。注意事项

在实验中,受试者应该熟悉过程。在实验中,受试者应该穿合适的和舒适的运动鞋。

3.4。实验结果分析

3.4.1。统计分析的不舒服的姿势

一个样本 - - - - - - 测试是用来测试的正常坐姿得分。正常的坐姿是更好的( )。统计数据显示,坐的姿势2有一个强烈的不适,坐姿势1和3有一个高分,可以保持和其他坐姿应适当调整。

4所示。结果与讨论

4.1。评价指标的熵和熵权分析测量层

根据坐在舒适的评价指标体系和评价指标的值从杰克的仿真实验,收集原始矩阵组成的评价指标标准化值。每个评价指标的熵和熵权计算熵权法,结果如表所示6。层次总排序如表所示7。

4.2。评价结果

等级评估系统是用来评估7种坐的姿势。此外,每个坐姿势的仿真数据通过上述步骤。评估表明,舒适的坐姿时,从大到小是3,1、6、7,4、5和2,表明与椅子坐的姿势支持是最大的安慰。此外,躯干周围旋转的影响 - - - - - -轴(偏航角)安慰周围的比这更重大 - - - - - -轴(螺旋角)。不支持躯干向前倾斜时,和压力集中在L4 / L5关节,导致最严重的安慰。

该评价方法可以用来评估各种坐的位置。坐姿是根据分类的结合三个坐标轴的躯干和颈部周围的坐标系统,选择典型的姿势坐在工作,取得了(表8和9),比分改为100%的结果。阈值评分评价坐姿势如下:那些分值80分以上适合坐着,可以在短时间内保持60 - 80 (0-20 min),和不推荐不超过60。结果如图所示7。

该评价方法用于评估和分析不同角度的姿势坐着。建议可以保持很长时间坐姿(0-60分钟)当树干倾斜很短的时间内 - - - - - - 。如果大于 ,不建议使用这个坐姿。建议坐在当躯干向前倾斜。它可以保持 - - - - - - 很短的一段时间。不建议如果是更重要的比 。树干的左派和右派倾向是对称的,和它属于推荐的坐姿 。当它是更重要的比 ,舒适是显著降低,属于nonrecommended坐姿。左右旋转的树干是推荐的坐姿, - - - - - - 可以维持一段时间。

4.3。讨论

在我们目前的研究中,以七个共同坐姿势为例子,本文构造了坐着的姿势评估体型和比较实验结果。拟议的坐姿评价方法能有效得分的坐姿人体的主观感受和量化的姿势坐着。坐姿是根据分类的结合三个坐标轴的躯干和颈部周围的坐标系统。常用的姿势坐在工作选择的质量得分,这样人们就可以知道坐的姿势。坐的姿势评价体系提出了相比以前的论文(10]。数字结果的使用让人们坐的姿势更直观地判断,和建议的采用坐姿时,可以大大提高他们的舒适水平。然而,仍有一个问题:如何获取人体关节的位置。由于闭塞,观察角度,和其他原因,人体关节的位置不能准确定位(33,34在得分),这将导致错误的结果。没有人所做的工作。

5。结论

在本文中,我们提出一个新颖的坐在评价体系相结合的层次分析法和熵加权的方法将权重分配给每个人体骨骼关节的指标和设计实验来验证它。本文的主要研究结果如下。(1)坐的详细信息评价体系,介绍了仿真环境建立了杰克的软件,七组坐在体式设计,数据联合的时刻,关节角,和肌肉力量为分析、收集和建立评价指标,利用层次分析法确定各项指标的权重和熵加权法,和安慰的结果这七个组坐姿势按降序排名计算和舒适的(1、3、6、7、4、5,2)(2)50名大学生(25和25岁的男性女性)没有肌肉骨骼障碍被安排进行实验模拟真正的办公室。实验和模拟的结果一致,证明坐在舒适评价体系的可行性(3)可能坐姿势是分类根据躯干和颈部的结合三维坐标轴。选择常用姿势坐在工作评分,这样人们可以理解质量的坐姿。不建议当评估分数低于60,这将是一个严重的负担。如果分数在60 - 80之间,它只会持续很短的时间内。如果分数超过80,这是一个更合适的姿势坐着,但常规活动也应该执行来缓解肌肉疲劳和关节损伤

有几个方向改进我们的工作,因为我们的方法的局限性。首先,我们应该考虑不同的人的身体类型,使用广泛的数据分析来收集更多的数据,扩大坐姿势评估所有年龄段的人。其次,提高联合定位的准确性,可以显著提高评价结果的有效性。第三,环境因素也可以被纳入评价体系研究在此基础上实现一个更全面的评估。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

同意

知情同意是来自所有参与这项研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究得到了浙江省公益性技术应用研究项目批准号下的中国LGF22F020029。