CN103222866A - 人体上肢舒适作业范围测量装置 - Google Patents

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本发明涉及一种人体上肢舒适作业范围（高度、可达阈）测量装置，用于测量人体在站姿和坐姿情况下上肢舒适作业高度范围，包括：操作电脑、表面肌电测试系统、固定底座、菱形升降支架、作业平台、信号采集平台、触摸测试板和按钮高度测试板（8）。通过本发明的人体上肢舒适作业高度测量装置，可依据人类工效学原理，测量人体上肢在不同高度的舒适活动值，此方法比现有的技术（运动捕捉、传感器、图像分析等）更为快捷有效，利于大样本量的采集测试，避免了繁琐的测试流程安排，测试结果可用于作业空间设计、产品人因学评测、健康安全等多个领域。

Description

人体上肢舒适作业范围测量装置
技术领域
本发明涉及一种人体上肢舒适作业范围（高度、可达阈）测量装置，属于人类工效学产品设计领域。
背景技术
随着我国经济和科技的发展，产品的安全和质量水平日益提高，人们对产品的人类工效学特性提出了更高的要求。人类工效学旨在按照人的生理和心理特性设计和改善产品与环境，以实现人、机（包括机器、计算机、工作生活用品及软件界面等）、环境三者的最佳匹配，为人们创造“安全、健康、舒适、高效”的工作生活条件。符合人类工效学原理的产品设计能有效提高产品的竞争力，改善人民生活质量。
合理的作业空间设计能提高工作系统总体的可靠性和经济性，便于作业者在工作位置上操作，保证操作活动的准确高效，并以最小的体力强度和心理强度获得最高的劳动生产率，同时，又能确保劳动者的安全和健康。
发明内容
通过本发明的人体上肢舒适作业范围（高度、可达阈）测量装置，可依据人类工效学原理，测量人体上肢在不同高度的舒适活动值，此方法比现有的技术（运动捕捉、传感器、图像分析等）更为快捷有效，利于大样本量的采集测试，避免了繁琐的测试流程安排，测试结果可用于作业空间设计、产品人因学评测、健康安全等多个领域。
本发明一方面提供了一种人体上肢舒适作业范围测量装置，用于测量人体上肢舒适作业高度或可达阈范围，包括：操作电脑（1）、表面肌电测试系统（2）、固定底座（3）、菱形升降支架（4）、作业平台（5）、信号采集平台（6）、触摸测试板（7）和按钮高度测试板（8）；
操作电脑（1），分别与表面肌电测试系统（2）、固定底座（3）以及信号采集平台（6）相连，接收表面肌电测试系统（2）采集的人体表面肌电信号；还控制菱形升降支架（4）的升降，以及接收触摸测试板（7）采集的人体活动位置信息；
表面肌电测试系统（2）采集人体上肢作业活动时的肌电信号，将肌电信号发给操作电脑（1）；
固定底座（3），内含液压升降系统，控制菱形升降支架（4）的升降；
菱形升降支架（4），被固定底座（3）控制，支撑作业平台（5）；
作业平台（5），被菱形升降支架（4）固定，与信号采集平台（6）连接，作业平台（5）与信号采集平台（6）之间可以拆卸；
信号采集平台（6），采集触摸测试板（7）的信号，并能计算信号采集平台（6）与触摸测试板（7）之间的夹角；信号采集平台（6）采集的信号传递给操作电脑（1）；
触摸测试板（7），用于记录人体上肢作业活动时的空间坐标，采集信号经信号采集平台（6）发给操作电脑（1）；信号采集平台（6）与触摸测试板（7）之间可以拆卸；
按钮高度测试板（8）上设置有模拟按钮，与信号采集平台（6）相连，模拟按钮的信息经信号采集平台（6）传给操作电脑。
根据本发明的另一方面，固定底座（3）的尺寸为800mm×900mm；菱形升降支架（4）的升降范围为400-1600mm；作业平台（5）的尺寸为800mm×900mm；信号采集平台（6）的尺寸为1200mm×900mm；触摸测试板（7）的尺寸为1300mm×2000mm；按钮高度测试板（8）的尺寸为400mm×200mm×40mm，其中模拟按钮高度为20mm。
附图说明
图1本发明测量装置的示意图
图2本发明测量装置中的按钮高度测试板
图3触摸测试板示意图
图4按钮高度测试板的结构示意图
图5易于女性站立情况下的作业范围示例
图6可到达部位测量结果示例（女性-站立）
图7站立情况下易于操作的高度范围示例
具体实施方式
如图1所示，本实施例中，本发明的人体上肢舒适作业范围（高度、可达阈）测量装置包括：操作电脑（1）、表面肌电测试系统（2）、固定底座（3）、菱形升降支架（4）、作业平台（5）、信号采集平台（6）、触摸测试板（7）和按钮高度测试板（8）。
操作电脑（1），与表面肌电测试系统（2）相连，接收表面肌电测试系统（2）采集的人体表面肌电信号；操作电脑（1）还分别与固定底座（3）、信号采集平台（6）相连，控制菱形升降支架（4）的升降，接收触摸测试板（7）采集的人体活动位置信息。
表面肌电测试系统（2）采集人体上肢作业活动时的肌电信号（三角肌、肱二头肌等），将肌电信号发给操作电脑（1）。
固定底座（3），内含液压升降系统，控制菱形升降支架（4）的升降。本实施例中，固定底座（3）的尺寸优选为800mm×900mm。
菱形升降支架（4），被固定底座（3）控制，支撑作业平台（5）。本实施例中，菱形升降支架（4）升降范围为400-1600mm。
作业平台（5），被菱形升降支架（4）固定，与信号采集平台（6）连接，作业平台（5）与信号采集平台（6）之间可以拆卸。本实施例中，作业平台（5）的尺寸选为800mm×900mm。
信号采集平台（6），能采集触摸测试板（7）的信号，并能计算信号采集平台（6）与触摸测试板（7）之间的夹角；通过本领域常规设计均能实现采集触摸测试板的信号以及测量上述角度的方案，例如通过角位移传感器测量角度等；信号采集平台（6）采集的信号传递给操作电脑（1）。本实施例中，信号采集平台（6）的尺寸选为1200mm×900mm。
触摸测试板（7），可记录人体上肢作业活动时的空间坐标（人体的中指指尖触摸在测试板上，能记录接触点的坐标位置，坐标轴原点初始值为信号采集平台（6）与触摸测试板（7）的连接点的中点位置，可通过操作电脑（1）调整原点位置，坐标精度±10mm），采集信号经信号采集平台（6）发给操作电脑（1）。信号采集平台（6）与触摸测试板（7）之间可以拆卸。如图3所示，触摸测试板（7）可以是电子触摸屏幕，上有边长10mm的方格，测试过程中，人体中指指尖触摸到最远测试板的方格，记录坐标位置（坐标以方格的中心为基准）。本实施例中，触摸测试板（7）的尺寸选为1300mm×2000mm。
参见图2、图4，按钮高度测试板（8）上设置有模拟按钮，与信号采集平台（6）相连，开关按钮的信息可经信号采集平台（6）传给操作电脑。按钮高度测试板（8）由玻璃垫高台（9）和按钮开关（10）构成。玻璃垫高台（9）内置灯泡可发亮，按钮开关（10）高度40mm，按下去打开开关，玻璃垫高台（9）内的灯泡发亮，关闭开关玻璃垫高台（9）内的灯泡不亮。本实施例中，按钮高度测试板（8）的尺寸为400mm(W)×200mm(D)×40mm(H)，其中开关按钮高度20mm。
应用本发明的人体上肢舒适作业范围（高度、可达阈）测量装置进行测量的方法如下：
本测量装置可以进行三种测试内容：上肢（水平面）舒适作业高度测量、上肢（额状面）舒适作业范围和上肢（矢状面）舒适可达阈
1.上肢（水平面）舒适作业高度测量
1.1测量目的
了解人体在开关按钮的时候，什么高度容易操作，什么高度不容易操作。老年人在什么高度合适，年轻人在什么高度合适，男性女性什么高度合适？
测量的结果可以用于日常家具以及使用物品的高度设计，也可用于工作场所操作空间的布局和设计。
1.2测量样本
根据产品面向的用户群，可以测量不同年龄不同性别不同身高体重的人群。
1.3测量过程
1.3.1首先使用操作电脑1和表面肌电测试系统2建立表面肌电信号与人体上肢疲劳舒适度的关系，确定舒适度打分与肌电信号（积分肌电、振幅等）的比例关系，例如“很难操作”=60%最大积分肌电，“轻松操作”=40%最大积分肌电，“容易操作”=20%最大积分肌电等。
1.3.2测试站姿和坐姿两种操作姿势，以站姿为例。通过操作电脑1中的控制软件将平台5的初始高度设定在被试者正常站立姿态下肘高90%的位置。测试开始后，通过操作电脑1的控制软件将平台5每次升高20mm，被试者在每个不同的高度连续进行5～10分钟的打开/关闭开关的操作动作，同时记录被试者的表面肌电信号和主观舒适度评价。
1.3.3通过软件自带分析和绘图功能，通过记录的大样本量的表面肌电信号和用户的主观舒适度评价，会分析给出人体上肢舒适作业高度的上限、下限、舒适高度，如图7所示。
1.3.4坐姿测试方法同站姿。
2.上肢（额状面）舒适作业范围
2.1测量目的
了解人体上肢在肢体前方（水平面）不同作业范围的操作舒适感。
测量的结果可以用于日常家具以及常用物品的摆放和分区，也可用于工作场所操作空间的布局和设计。
2.2测量样本
根据产品面向的用户群，可以测量不同年龄不同性别不同身高体重的人群。
2.3测量过程
2.3.1首先使用操作电脑1和表面肌电测试系统2建立表面肌电信号与人体上肢疲劳舒适度的关系，确定舒适度打分与肌电信号（积分肌电、振幅等）的比例关系，例如“很难操作”=60%最大积分肌电，“轻松操作”=40%最大积分肌电，“容易操作”=20%最大积分肌电等。
2.3.2被试者站在测试装置前方与之轻轻接触，通过电脑1中的软件操作平台6的上升到第1组舒适高度测试所得出的上限高度位置，电脑1中的软件调节信号采集平台6与触摸测试板7的角度至90°，在触摸测试板7上有7条测试划分线（0°30°60°90°120°150°180°共7档，图3所示），沿各划分线进行测试，完成上肢方便达到的地方（20%肌电）、稍稍努力就能操作的地方（40%肌电）、非常努力才能操作（60%肌电）。触摸测试板7会自动记录被试在不同的操作空间范围下中指指尖触摸到的位置坐标并传入软件中。
2.3.3最后按照2.3.2的操作流程进行合适高度水平、下限高度板水平的测量。
2.3.4
上肢（额状面）易于操作范围的测量是以通过适当高度、上限高度、下限高度在水平面上的所有范围指尖达到的范围为目的。所以，在一系列的测量结果中，研究上限高度记录板水平、适当高度记录板水平、下限高度记录板水平的结果。
测量是以日常动作为基础。习惯右手被检测人员使用左手进行检测。数据分析时的标准位置是通过右肩峰的垂线和地板的交点，习惯右手被检测人员的记录数据在分析时左右颠倒过来。
2.3.5通过软件自带分析和绘图功能，通过记录的大样本量的表面肌电信号和用户的主观舒适度评价，会分析给出上肢（额状面）不同作业高度的操作舒适范围，如图5所示。
3.上肢（矢状面）舒适可达阈测量
3.1测量目的
了解人体上肢（矢状面）可达阈的舒适范围。
测量的结果可以用于日常家具以及常用物品的摆放和分区，也可用于工作场所操作空间的布局和设计。
3.2测量样本
不同年龄不同性别不同身高体重的中国人。
3.3测量过程
3.3.1参照2.3.1
3.3.2被试者站在测试装置前方与之轻轻接触，通过电脑1中的软件操作平台6的上升到第1组舒适高度测试所得出的上限高度位置，电脑1中的软件调节7与6的角度至30°、60°和90°三个测试角度，在触摸测试板7上有7条测试划分线（0°30°60°90°120°150°180°共7档，图3所示），沿各划分线进行测试，完成上肢方便达到的地方（20%肌电）、稍稍努力就能操作的地方（40%肌电）、非常努力才能操作（60%肌电）。7会自动记录被试在不同的操作空间范围下中指指尖触摸到的位置坐标并传入软件中。
3.3.3参照2.3.3
3.3.4可到达性区域的测量是指手指尖所能到达的空间范围。所以，在测量结果的研究包括，不仅仅是使用上限高度记录板倾斜状态，还要包含上限高度、作业平台水平以及适当高度、下限高度的结果。
3.3.5通过软件自带分析和绘图功能，通过记录的大样本量的表面肌电信号和用户的主观舒适度评价，会分析给出人体上肢（矢状面）可达阈的舒适范围，如图6所示。

Claims (2)

1.一种人体上肢舒适作业范围测量装置，用于测量人体上肢舒适作业高度或可达阈范围，包括：操作电脑（1）、表面肌电测试系统（2）、固定底座（3）、菱形升降支架（4）、作业平台（5）、信号采集平台（6）、触摸测试板（7）和按钮高度测试板（8），其特征在于：
操作电脑（1），分别与表面肌电测试系统（2）、固定底座（3）以及信号采集平台（6）相连，接收表面肌电测试系统（2）采集的人体表面肌电信号；还控制菱形升降支架（4）的升降，以及接收触摸测试板（7）采集的人体活动位置信息；
表面肌电测试系统（2）采集人体上肢作业活动时的肌电信号，将肌电信号发给操作电脑（1）；
固定底座（3），内含液压升降系统，控制菱形升降支架（4）的升降；
菱形升降支架（4），被固定底座（3）控制，支撑作业平台（5）；
作业平台（5），被菱形升降支架（4）固定，与信号采集平台（6）连接，作业平台（5）与信号采集平台（6）之间可以拆卸；
信号采集平台（6），采集触摸测试板（7）的信号，并能计算信号采集平台（6）与触摸测试板（7）之间的夹角；信号采集平台（6）采集的信号传递给操作电脑（1）；
触摸测试板（7），用于记录人体上肢作业活动时的空间坐标，采集信号经信号采集平台（6）发给操作电脑（1）；信号采集平台（6）与触摸测试板（7）之间可以拆卸；
按钮高度测试板（8）上设置有模拟按钮，与信号采集平台（6）相连，模拟按钮的信息经信号采集平台（6）传给操作电脑。
2.根据权利要求1所述的一种人体上肢舒适作业范围测量装置，其特征在于：固定底座（3）的尺寸为800mm×900mm；菱形升降支架（4）的升降范围为400-1600mm；作业平台（5）的尺寸为800mm×900mm；信号采集平台（6）的尺寸为1200mm×900mm；触摸测试板（7）的尺寸为1300mm×2000mm；按钮高度测试板（8）的尺寸为400mm×200mm×40mm，其中模拟按钮高度为20mm。
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