CN110403742B - 一种腰部肌肉辅助受力平衡装置及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腰部肌肉辅助受力平衡装置及设计方法，该装置包括肩绑带、腰绑带和弹性拉伸带，所述肩绑带穿戴在人体的肩膀上，所述腰绑带穿戴在人体的腰部，所述弹性拉伸带沿脊椎方向设置在人体的背部，且所述弹性拉伸带的两端分别与所述肩绑带和腰绑带相连接，当所述人体的背部弯曲时，所述弹性拉伸带随之变形并产生相应的拉力。本发明使受助者可用自身较小的腰部相关肌肉力量，就能平稳、长时间支撑和维持其上体向前弯腰的姿态，有效改善弯腰操作人员的相关腰肌受力劳损状况。

Description

一种腰部肌肉辅助受力平衡装置及设计方法

技术领域

本发明涉及人类的康复及护理技术领域，尤其涉及一种腰部肌肉辅助受力平衡装置及设计方法。

背景技术

当人正常站立时，可认为人身上体的重心落在第5腰椎～第1骶椎中心正上方的人体中心线上；当人身上体向前弯腰时，可认为上体的重心位置前移，并相对第5腰椎～第1骶椎中心点产生向前弯曲的上体重力矩，这时，腰部相关肌肉开始拉伸受力，承担这一上体重力矩，以确保人身上体弯腰姿态的正常维持，但若要长时维持弯腰姿势，相关腰肌就会感到疲劳甚至酸痛，严重时还会引发腰肌劳损。

许多腰部需要长时间呈弯曲状态的劳作人员(包括工人、农民、厨师等)，在其向前弯腰工作时，都会遭遇以上情景。

因此，这类人员弯腰劳作时施加在其腰部相关肌肉上的拉伸力需要降低，使其尽量少受力或不受力，改善弯腰操作人员的腰肌受力劳损状况，延长腰部相关肌肉的耐受时间，这是相关领域医护人员需要解决的一个问题。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种能平稳、长时间支撑和维持其上体向前弯腰的姿态，有效改善弯腰操作人员的相关腰肌受力劳损状况的腰部肌肉辅助受力平衡装置及设计方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种腰部肌肉辅助受力平衡装置，其特征在于，它包括肩绑带、腰绑带和弹性拉伸带，所述肩绑带穿戴在人体的肩膀上，所述腰绑带穿戴在人体的腰部，所述弹性拉伸带沿脊椎方向设置在人体的背部，且所述弹性拉伸带的两端分别与所述肩绑带和腰绑带相连接，当所述人体的背部弯曲时，所述弹性拉伸带随之变形并产生相应的拉力。

进一步地，所述肩绑带和腰绑带上分别设有上定位环和下定位环，所述弹性拉伸带的两端分别与所述上定位环和下定位环固定连接。

本发明提供的腰部肌肉辅助受力平衡装置的设计方法，其包括以下步骤：

S1、确定人体的上体重量；

S11、通过人机工程学方法获得人体第5腰椎-第1骶椎之间的中心C点位置，也就是人体第5腰椎-第1骶椎二者之间的中心投射在上体中心线上位置；

S12、通过人机工程学方法获得中心C点以上全部的人体上体重量；

S2、确定人体的上体重心位置点；

S21、通过人机工程学方法获得人体的上体重心P点，所述上体重心P点位于人体的上体中心线上；

S22、确定2中心C点与上体重心P点之间的间距L₁；

S3、确定弹性拉伸带的有效设计长度；

设所述弹性拉伸带的有效设计长度为L₂，长度L₂为在人体正常直立状态时，弹性拉伸带在肩绑带和腰绑带之间自然状态下的有效长度。

S4、计算弹性拉伸带的弹性系数估算值K’，具体过程如下：

S41、采用人机工程方法，获取上体重心P点高度处，弹性拉伸带距离人体的上体中心线的水平方向距离d，并认为在人身上体向前弯曲时d值不变；

S42、计算不同程度弯腰时，弹性拉伸带5所产生的平衡拉力F_i，单位N：

F_i＝k’·△L_2i (i＝1、2…n)

式中：

k’为弹性系数估算值，单位：N/mm；

△L_2i为不同程度弯腰时，弹性拉伸带的延长尺寸，单位mm；

S43、计算不同程度弯腰时，平衡拉力F_i相对中心C点所产生的平衡力矩

M_pi为：M_pi＝F_i·d (i＝1,2…n)，单位Nmm；

在理想情况下：M_pi＝M_zi，M_zi为不同程度弯腰时的上体重力矩，M_zi计算方法如下：

S431、计算人体向前做不同程度弯腰时的弯曲角度α_i时，上体中心线近似弯曲成的圆弧半径R_i；

当上体向前做不同程度的弯腰时，重心P在身体中心线上的位置近似不变，即对应的尺寸L₁长度近似不变，此时，L₁可近似看做是身体中心线随腰部弯曲而形成的一段圆弧的弧长，由弧长计算公式可求得在不同腰部弯曲角度α_i时的上体中心线近似弯曲成的圆弧之半径R_i(i＝1,2…n)(单位：mm)：

R_i＝L₁/α_i (i＝1,2…n)

式中：

L₁为中心C点与上体重心P点之间的间距，单位mm；

α_i为腰部弯曲角度，上体向前弯曲时，找人体背部与上体重心P点处同一高度的点，该点在背上的切线相对地面垂线的角度即是,单位度；

S432、根据圆弧半径R_i计算上体向前弯曲时,上体重心P点相对于中心C点前移的水平方向距离L_3i：

L_3i＝R_i(1-cos(180α_i/π)) (i＝1,2…n)，单位mm；

S433、计算不同程度弯腰时上体重力矩M_zi：

M_zi＝mg·L_3i (i＝1,2…n)，单位Nmm；

式中：

m为上体重量，单位Kg；

g为重力加速度，单位m/s²；

S44、根据S42和S43步记载的公式推导出弹性系数估算值K’的计算公式：

式中：

M_zi为不同程度弯腰时上体重力矩，单位Nmm；

△L_2i为不同程度弯腰时弹性拉伸带的延长的尺寸，单位mm；

d为上体重心P点高度处，弹性拉伸带距离人体的上体中心线的水平方向距离，单位mm；

S5、根据弹性系数估算值k’通过穿戴试验确定弹性系数值k。

进一步，穿戴试验确定方法为：

因为橡胶弹性系数的非线性特点，不仅估算值k’一定存在误差，而且最终实际采用的弹性系数k值也只能是一个优选最佳值，而非一个固定的理想值。

可通过受助者对前期估算弹性系数k’值大小某一范围内的不同性能的腰部肌肉辅助受力平衡装置(替代了“人工肌肉”，下同)的试验样品进行穿戴试验，并对试验样品k’值做现场平衡效果测试及微调(通过对试验用橡胶皮带增减厚度或加减宽度等，就能增加或减小它的k’值)，就可以求得适合受助者在不同程度弯腰状态下能实现最佳重力矩平衡的一系列k’值，可根据具体应用需要，选出最佳的k’值定为k值，如，(1)可根据工作中的常态姿势，直接选取对应那个弯腰程度时的k’值为最佳值；(2)可选取其中最小的k’值为最佳值，以使得在任何程度弯腰范围内，腰部肌肉辅助受力平衡装置都不会产生弯腰阻力矩等等。一旦确定了橡胶皮带的有效设计长度L₂及弹性系数k值这两个关键参数，就可以通过一些常规加工方法，制作获得腰部肌肉辅助受力平衡装置的个性化产品。

进一步地，步骤S42不同程度弯腰时弹性拉伸带的延长尺寸△L_2i的计算采取以下两种方法之一。

第一种方法：直接测量法

△L_2i＝L_2i-L₂ (i＝1,2…n)

式中：

L_2i为直接测量得到的不同程度弯腰情形下被拉伸后的弹性拉伸带总体有效长度，单位mm；

L₂为弹性拉伸带的有效设计长度为尺度，单位mm；

第二种方法：比例放大计算法

△L_2i＝(L₂/L₁)·α_i·(R_i+d)-L₂ (i＝1,2…n)

式中：

L₂为弹性拉伸带的有效设计长度，单位mm；

L₁为中心C点与上体重心P点之间的间距，单位mm；

α_i为腰部弯曲角度；

R_i为不同腰部弯曲角度α_i时的上体中心线近似弯曲成的圆弧之半径，单位mm；

d为上体重心P点高度处，弹性拉伸带距离人体的上体中心线的水平方向距离，单位mm。

本发明的有益效果在于：

1)、通过合理设计弹性拉伸带的有效设计长度L₂，以及合理设计选择弹性拉伸带的弹性系数k，在人身上体弯腰时，可通过弹性拉伸带的安装方式及其变形拉力，平衡掉上体作用于第5腰椎-第1骶椎中心C点处的大部分重力矩。使受助者可用自身较小的腰部相关肌肉力量，就能平稳、长时间支撑和维持其上体向前弯腰的姿态，有效改善弯腰操作人员的相关腰肌受力劳损状况。

2)、通过对弹性拉伸带有效设计长度L₂及弹性系数k值进行选择、计算和调整，可针对每个需求者的不同情况，实现它的个性化设计与制作需要。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的腰部肌肉辅助受力平衡装置的结构背部示意图；

图2是本发明的腰部肌肉辅助受力平衡装置的侧视图；

图3是本发明的腰部肌肉辅助受力平衡装置在人体向前弯曲时受力分析图。

图4是本发明的腰部肌肉辅助受力平衡装置的设计方法流程图。

图中：1-腰绑带，2-下定位环，3-肩绑带，4-上定位环，5-弹性拉伸带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1-3所示，本发明的腰部肌肉辅助受力平衡装置，其包括肩绑带3、腰绑带1和弹性拉伸带5，肩绑带3穿戴在人体的肩膀上，腰绑带1穿戴在人体的腰部，弹性拉伸带5沿脊椎方向设置在人体的背部，且弹性拉伸带5的两端分别与肩绑带3和腰绑带1相连接，当人体的背部弯曲时，弹性拉伸带5随之变形并产生相应的拉力。

进一步地，肩绑带3和腰绑带1上分别设有上定位环4和下定位环2，弹性拉伸带5的两端分别与上定位环4和下定位环2固定连接。

本发明中，弹性拉伸带5产生的拉力可以显著平衡身体向前弯腰时所产生的相对第5腰椎-第1骶椎中心点的上体重力矩，合理设计选择弹性拉伸带5的有效设计长度和最终实际采用的弹性系数这两个关键参数，就可以通过一些常规加工方法，针对每个需求者的不同情况，实现它的个性化设计与制作需要。

具体地，参阅图4所示，本发明提供的腰部肌肉辅助受力平衡装置的设计方法，大体包括以下步骤：

S1、确定人体的上体重量；

S11、通过人机工程学方法获得人体第5腰椎-第1骶椎中心C点位置；

S12、通过人机工程学方法获得中心全部的人体上体重量。(上述方法为现有技术中的常规方法)。上体重量为：m(单位kg)。

S2、确定人体的上体重心位置点；

S21、通过人机工程学方法获得人体的上体重心P点，上体重心P点位于人体的上体中心线上；

S22、计算中心C点与上体重心P点之间的间距L₁。(上述方法为现有技术中的常规方法)。

S3、确定弹性拉伸带5的有效设计长度；

本发明中，弹性拉伸带5的有效设计长度为L₂，所述长度L₂为在人体正常直立状态，弹性拉伸带5在肩绑带3和腰绑带1之间自然状态下的有效长度。测量时，扎好腰绑带1及肩绑带3后，在人体正常直立状态，测量弹性拉伸带5在下定位环2与上定位环4之间自然状态下的有效长度，作为弹性拉伸带5的有效设计长度L₂(单位mm)；

S4、计算弹性拉伸带5的弹性系数估算值K’；

S41、采用人机工程方法，获取上体重心P点高度处，弹性拉伸带5距离人体的上体中心线的水平方向距离d，并认为在人身上体向前弯曲时d值不变；

S42、计算不同程度弯腰时，弹性拉伸带5所产生的平衡拉力F_i，单位N：

F_i＝k’·△L_2i (i＝1、2…n)

式中：

k’为弹性系数估算值，单位：N/mm；

△L_2i为不同程度弯腰时，弹性拉伸带5的延长尺寸，单位mm；

本发明弹性拉伸带5采用橡胶皮带，由于橡胶皮带不是纯弹性体，属于粘一弹性材料，所以力学特性比较复杂，非线性特性明显，要精确计算它们的弹性特性相当困难，故，此处的k’将会是一个近似估算值。

S43、计算不同程度弯腰时，平衡拉力F_i相对中心C点所产生的平衡力矩M_pi

近似认为在弹性拉伸带5的上面，每处所承受的拉力相等；在弯曲的弹性拉伸带5的圆弧上，每点处的拉力方向都可认为是切线方向，简化橡胶皮带对上体作用的受力模型，近似取平衡力矩的力臂为d值，则不同程度弯腰情形下平衡拉力F_i相对第5腰椎～第1骶椎的中心C点所产生的平衡力矩M_pi为：

为：M_pi＝F_i·d (i＝1,2…n)

在理想情况下：M_pi＝M_zi，M_zi为不同程度弯腰时的上体重力矩，M_zi计算方法如下：

S431、计算人体向前做不同程度弯腰时的弯曲角度α_i时，上体中心线近似弯曲成的圆弧半径R_i；

在人的背部上，标记人身上体重心所在高度P点处的一点，上体向前弯曲不同程度时，测量这点的切线相对地面垂线的角度，称作腰部弯曲角度α；分别测出不同弯腰状况时的腰部弯曲角度α_i(i＝1,2…n，单位：弧度)；

当上体向前做不同程度的弯腰时，重心P在身体中心线上的位置近似不变，即对应的尺寸L₁长度近似不变，此时，L₁可近似看做是身体中心线随腰部弯曲而形成的一段圆弧的弧长，由弧长计算公式可求得在不同腰部弯曲角度时的上体中心线近似弯曲成的圆弧之半径R_i(i＝1,2…n)(单位：mm)：

R_i＝L₁/α_i (i＝1,2…n)

S432、根据圆弧半径R_i近似计算上体向前弯曲时,上体重心P点相对于中心C点前移的水平方向距离L_3i：

L_3i＝R_i(1-cos(180α_i/π)) (i＝1,2…n)，单位mm；

S433、计算不同程度弯腰时上体重力矩M_zi：

M_zi＝mg·L_3i (i＝1,2…n)，单位Nmm；

式中：

m为上体重量，单位Kg；

g为重力加速度，单位m/s²；

S44、根据S42和S43步记载的公式推导出弹性系数估算值K’的计算公式：

式中：

M_zi为不同程度弯腰时上体重力矩，单位Nmm；

△L_2i为不同程度弯腰时弹性拉伸带的延长的尺寸，单位mm；

d为上体重心P点高度处，弹性拉伸带距离人体的上体中心线的水平方向距离，单位mm；

S5、根据弹性系数估算值k’确定弹性系数值k。

本发明中，在不需要十分精确的情况时，S4步骤中得到的弹性系数估算值K’就可用作最终实际采用的弹性系数k值，虽然这个k值可能达不到完全平衡不同姿态时的弯腰重力矩的效果，但是也能令受助者腰部相关肌肉所需力量得到大大的减轻。

本发明的其他实施例中，弹性拉伸带5最终实际采用弹性系数k值的进一步确定：

因为弹性拉伸带5系数的非线性特点，不仅弹性系数估算值K’一定存在误差，而且最终实际采用的弹性系数k值也只能是一个优选最佳值，而非一个固定的理想值：

具体地，可通过受助者对前期弹性系数估算值K’大小某一范围内的不同性能的腰部肌肉辅助受力平衡装置的试验样品进行穿戴试验，并对试验样品k’值做现场平衡效果测试及微调(通过对试验用弹性拉伸带增减厚度或加减宽度等，就能增加或减小它的k’值)，就可以求得适合受助者在不同程度弯腰状态下能实现最佳重力矩平衡的一系列k’值，可根据具体应用需要，选出最佳的k’值定为k值，如：1)、可根据工作中的常态姿势，直接选取对应那个弯腰程度时的k’值为最佳值；2)、可选取其中最小的k’值为最佳值，以使得在任何程度弯腰范围内，腰部相关腰部肌肉辅助受力平衡装置都不会产生弯腰阻力矩等等。

实施例：

下面以具体实例并参照附图说明个性化设计的方法。

1、确定上体重量：通过人机工程学方法获得第5腰椎-第1骶椎中心C点位置及其以上的人身上体重量，上体重量为：65kg；

2、通过人机工程学方法获得人身上体重心P点相对第5腰椎-第1骶椎中心C点正上方的高度，其尺度为：L₁＝425mm；

3、确定弹性拉伸带5的有效设计长度为：L₂＝555mm；

4、弹性拉伸带5的弹性系数k’的初步估值：

1)、测得人身后背上P点高度处，弹性拉伸带5距离上体中心线的水平方向距离d＝80mm：

2)、上体向前做不同程度弯腰时，测量并计算上体中心线所弯曲成的近似圆弧的曲率半径R_i：

当α₁＝10π/180弧度时，R₁＝L₁/α₁＝2435mm

当α₂＝20π/180弧度时，R₂＝L₁/α₂＝1217.5mm

当α₃＝30π/180弧度时，R₃＝L₁/α₃＝811.7mm

当α₄＝40π/180弧度时，R₄＝L₁/α₄＝608.8mm

当α₅＝50π/180弧度时，R₅＝L₁/α₅＝487mm

当α₆＝60π/180弧度时，R₆＝L₁/α₆＝405.8mm

3)、根据公式：L_3i＝R_i(1-cos(180α_i/π))(i＝1,2…n)，计算P点相对第5腰椎-第1骶椎中心C点的前移距离L_3i：

L₃₁＝R₁(1-cos(180α₁/π))＝37mm

L₃₂＝R₂(1-cos(180α₂/π))＝73.4mm

L₃₃＝R₃(1-cos(180α₃/π))＝108.7mm

L₃₄＝R₄(1-cos(180α₄/π))＝142.4mm

L₃₅＝R₅(1-cos(180α₅/π))＝173.9mm

L₃₆＝R₆(1-cos(180α₆/π))＝203mm

4)、根据公式：M_zi＝mg·L_3i，计算不同程度弯腰时的上体重力矩M_zi：

M_z1＝23569Nmm

M_z2＝46755.8Nmm

M_z3＝69241.9Nmm

M_z4＝90708.8Nmm

M_z5＝110774.3Nmm

M_z6＝129311Nmm

5)、根据公式△L_2i＝(L₂/L₁)·α_i·(R_i+d)-L₂

或△L_2i＝L_2i-L₂，近似计算不同程度弯腰时弹性拉伸带5的延长尺寸△L_2i：

△L₂₁＝18.22mm

△L₂₂＝36.45mm

△L₂₃＝54.3mm

△L₂₄＝73mm

△L₂₅＝91.15mm

△L₂₆＝109.34mm

6)、根据公式：

推导求解弹性拉伸带5的弹性系数估算值K’：

k’＝15.61N/mm

在不需要十分精确的情况时，以上k’值就可以用作弹性拉伸带5最终实际采用的弹性系数k值。

弹性拉伸带5最终实际采用弹性系数k值的进一步确定：可以取弹性系数估算值K’为以下范围:12N/mm≦k’≦19N/mm。

通过受助者对不同弹性系数估算值K’的试验样品进行穿戴试验，并对试验样品的k’值做现场平衡效果测试及微调，就可以求得适合受助者在不同腰部弯曲姿态下能实现最佳重力矩平衡的一系列k’值，最后，可根据具体应用需要，选取最佳的k’值来定为最终实际采用弹性系数k值。

本发明中，一旦确定了弹性拉伸带5的有效设计长度L₂及最终实际采用弹性系数k值这两个关键参数，就可根据不同的要求，制作得到腰部肌肉辅助受力平衡装置的个性化产品，以满足一定范围内的使用要求。

综上所述，本发明的优点在于：

1)、通过合理设计弹性拉伸带的有效设计长度L₂，以及合理设计选择弹性拉伸带的弹性系数k，在人身上体弯腰时，可通过弹性拉伸带的安装方式及其变形拉力，平衡掉上体作用于第5腰椎-第1骶椎中心C点处的大部分重力矩。使受助者可用自身较小的腰部相关肌肉力量，就能平稳、长时间支撑和维持其上体向前弯腰的姿态，有效改善弯腰操作人员的相关腰肌受力劳损状况。

2)、通过对弹性拉伸带有效设计长度L₂及弹性系数k值进行选择、计算和调整，可针对每个需求者的不同情况，实现它的个性化设计与制作需要。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围。

Claims (2)

1.一种腰部肌肉辅助受力平衡装置的设计方法，其特征在于，所述的腰部肌肉辅助受力平衡装置包括肩绑带、腰绑带和弹性拉伸带，所述肩绑带穿戴在人体的肩膀上，所述腰绑带穿戴在人体的腰部，所述弹性拉伸带沿脊椎方向设置在人体的背部，且所述弹性拉伸带的两端分别与所述肩绑带和腰绑带相连接，当所述人体的背部弯曲时，所述弹性拉伸带随之变形并产生相应的拉力；

所述的腰部肌肉辅助受力平衡装置的设计方法包括以下步骤

S1、确定人体的上体重量；

S11、通过人机工程学方法获得人体第5腰椎-第1骶椎之间的中心C点位置，也就是人体第5腰椎-第1骶椎二者之间的中心投射在上体中心线上位置；

S12、通过人机工程学方法获得中心C点以上全部的人体上体重量；

S2、确定人体的上体重心位置点；

S21、通过人机工程学方法获得人体的上体重心P点，所述上体重心P点位于人体的上体中心线上；

S22、确定2中心C点与上体重心P点之间的间距L₁；

S3、确定弹性拉伸带的有效设计长度；

设所述弹性拉伸带的有效设计长度为L₂，长度L₂为在人体正常直立状态时，弹性拉伸带在肩绑带和腰绑带之间自然状态下的有效长度；

S4、计算弹性拉伸带的弹性系数估算值K’，具体过程如下：

S41、采用人机工程方法，获取上体重心P点高度处，弹性拉伸带距离人体的上体中心线的水平方向距离d，并认为在人身上体向前弯曲时d值不变；

S42、计算不同程度弯腰时，弹性拉伸带5所产生的平衡拉力F_i，单位N：

F_i＝k’·ΔL_2i(i＝1、2…n)

式中：

k’为弹性系数估算值，单位：N/mm；

ΔL_2i为不同程度弯腰时，弹性拉伸带的延长尺寸，单位mm；

所述的不同程度弯腰时弹性拉伸带的延长尺寸ΔL_2i的计算采取以下两种方法之一：

第一种方法：直接测量法

ΔL_2i＝L_2i-L₂(i＝1,2…n)

式中：

L_2i为直接测量得到的不同程度弯腰情形下被拉伸后的弹性拉伸带总体有效长度，单位mm；

L₂为弹性拉伸带的有效设计长度为尺度，单位mm；

第二种方法：比例放大计算法

ΔL_2i＝(L₂/L₁)·α_i·(R_i+d)-L₂(i＝1,2…n)

式中：

L₂为弹性拉伸带的有效设计长度，单位mm；

L₁为中心C点与上体重心P点之间的间距，单位mm；

α_i为腰部弯曲角度；

R_i为不同腰部弯曲角度α_i时的上体中心线近似弯曲成的圆弧之半径，单位mm；

d为上体重心P点高度处，弹性拉伸带距离人体的上体中心线的水平方向距离，单位mm；

S43、计算不同程度弯腰时，平衡拉力F_i相对中心C点所产生的平衡力矩M_pi为：M_pi＝F_i·d(i＝1,2…n)，单位Nmm；

在理想情况下：M_pi＝M_zi，M_zi为不同程度弯腰时的上体重力矩，M_zi计算方法如下：

S431、计算人体向前做不同程度弯腰时的弯曲角度α_i时，上体中心线近似弯曲成的圆弧半径R_i；

当上体向前做不同程度的弯腰时，重心P在身体中心线上的位置近似不变，即对应的尺寸L₁长度近似不变，此时，L₁可近似看做是身体中心线随腰部弯曲而形成的一段圆弧的弧长，由弧长计算公式可求得在不同腰部弯曲角度α_i时的上体中心线近似弯曲成的圆弧之半径R_i(i＝1,2…n)(单位：mm)：

R_i＝L₁/α_i(i＝1,2…n)

式中：

L₁为中心C点与上体重心P点之间的间距，单位mm；

α_i为腰部弯曲角度，上体向前弯曲时，找人体背部与上体重心P点处同一高度的点，该点在背上的切线相对地面垂线的角度即是,单位度；

S432、根据圆弧半径R_i计算上体向前弯曲时,上体重心P点相对于中心C点前移的水平方向距离L_3i：

L_3i＝R_i(1-cos(180α_i/π))(i＝1,2…n)，单位mm；

S433、计算不同程度弯腰时上体重力矩M_zi：

M_zi＝mg·L_3i(i＝1,2…n)，单位Nmm；

式中：

m为上体重量，单位Kg；

g为重力加速度，单位m/s²；

S44、根据S42和S43步记载的公式推导出弹性系数估算值K’的计算公式：

式中：

M_zi为不同程度弯腰时上体重力矩，单位Nmm；

ΔL_2i为不同程度弯腰时弹性拉伸带的延长的尺寸，单位mm；

d为上体重心P点高度处，弹性拉伸带距离人体的上体中心线的水平方向距离，单位mm；

S5、根据弹性系数估算值k’通过穿戴试验确定弹性系数值k

所述的穿戴试验确定方法为：通过受助者对前期估算弹性系数k’值大小某一范围内的不同性能的腰部肌肉辅助受力平衡装置的试验样品进行穿戴试验，并对试验样品k’值做现场平衡效果测试及微调，就可以求得适合受助者在不同程度弯腰状态下能实现最佳重力矩平衡的一系列k’值，可根据具体应用需要，选出最佳的k’值定为k值。

2.如权利要求1所述的腰部肌肉辅助受力平衡装置的设计方法，其特征在于，所述肩绑带和腰绑带上分别设有上定位环和下定位环，所述弹性拉伸带的两端分别与所述上定位环和下定位环固定连接。

Images