基于人机工程学油锯作业人体脊柱生物力学特性研究
2021年脊柱生物力学研究的回顾与展望(全文)
2021年脊柱生物力学研究的回顾与展望（全文）摘要：脊柱生物力学研究是认识脊柱功能、脊柱发病机制、发明和选择脊柱治疗手段的重要基础。
从脊柱的基本构成单位椎骨、椎间盘、韧带、脊柱功能单位以及整体脊柱5个层面总结归纳这些领域的生物力学基本研究进展和成果，包括人体标本的体内和体外试验、动物标本的体内和体外试验以及数学模型等不同研究方法的结果。
同时，凝练部分了解尚不充分的生物力学数据，这将成为未来重要的研究方向。
关键词：脊柱生物力学；脊柱功能单位；椎间盘；韧带脊柱相关的临床疾病依然是当今社会影响人类健康和生活质量的主要问题，如腰痛、坐骨神经痛、成年或青少年脊柱畸形、脊柱肿瘤以及脊柱创伤等。
脊柱是人体的重要力学支撑与运动结构，而与这些疾病相关的生物力学问题在很大程度并没有被认识清楚。
因此，脊柱生物力学研究越来越受到关注。
在PubMed检索“spine”和“biomechanics”两个关键词，结果显示，近10年来的相关文献基本每年都呈稳步增长的趋势。
而在中国知网检索“脊柱”和“生物力学”两个关键词，则显示近10年来的文献量有逐年下降的趋势。
《医学生物力学》杂志在本期推出“脊柱生物力学专栏”，希望对国内脊柱生物力学的发展起到积极的推动作用。
脊柱相关基本解剖结构是认识脊柱整体生物力学性质的重要基础。
椎骨由前方椎体、后方椎弓板及一系列突起构成，是韧带和椎旁肌的附着点。
研究各部分结构的解剖学描述和生物力学性质，对于认识脊柱整体功能具有重要的意义。
01椎骨的解剖与生物力学早在20世纪90年代，脊柱各部位椎骨的解剖学定量研究已经开始被报道。
在随后的20多年间，对于颈椎、胸椎和腰椎的定量解剖学研究有更充分的阐述，对于人种间椎骨差异的研究自2004年也引起关注。
中国学者在上述领域的研究还应当继续开展，这对于内固定器械的研发具有非常重要的参考价值。
从颈椎至骶骨，椎骨的横截面积逐渐增加，生物力学强度也逐渐增强。
早期大量的生物力学研究证实，除椎体的横截面积外，骨密度（bone mineral density，BMD）是与椎体力学强度相关的重要因素之一。
脊柱与生物力学
脊柱与生物力学人类从爬行到直立，脊柱及其稳定性起到了主要的作用。
脊柱作为人体的中柱，具有负重、保持人体平衡和运动、保护脊髓及内脏等多种功能。
由于脊柱本身的结构和功能特点，保持脊柱的稳定性具有重要的意义。
脊柱一旦失稳，除了导致脊柱本身及相关结构组织的病变以外，还可通过神经的反射作用使相应的脊髓节段支配的内脏产生功能上的异常。
因而，脊柱的稳定成为倍受关注的问题。
脊柱稳定的生物力学:脊柱的稳定是由外源性和内源性两个系统来维持的。
前者主要是指肌肉系统。
根据肌肉的作用范围，脊柱肌肉可分为两大类。
一类肌肉的起、止点均在脊柱，如多裂肌、棘突间肌、横突间肌等，其作用主要是维持脊柱的生理弧度和在矢状面和冠状面上的稳定；另一类是直接附着于胸廓和骨盆间的肌群，如髂棘肌和腹肌，这些肌肉比较粗壮，对维持脊柱的稳定和抵抗外来载荷起重要作用。
两部分肌肉协同作用，共同保证脊柱的平衡与稳定。
肌肉既是脊柱稳定的因素，也是脊柱活动的原动力。
在静态下靠自身的张力维持脊柱的姿态，受力时则以主动收缩来增强脊柱的稳定。
因而，在生物力学上被称作动态稳定系统。
后者指脊柱及其韧带结构。
脊柱运动单元的本身结构:椎体、椎间盘、关节突、韧带和关节囊等结构的弹性模量较高，承受外力时变形小，在生物力学上被称作静态稳定系统。
脊柱在以上两个系统的共同维系下，保持其稳定和正常的生理曲度，从而发挥其正常功能。
脊柱作为人体的中柱，其稳定的失衡会对其他的器官带来影响，引起相关疾病;同样，其他器官或组织结构的病变也必将对其稳定性带来影响。
在脊柱本身的稳定系统和四肢的骨、关节、韧带和肌肉的健康，胸廓腹压骨盆以及四肢姿势和功能对维系脊柱的稳定也起着不可忽视的作用。
虽然，这些因素被认为是脊柱稳定的辅助因素，但它却是影响脊柱稳定的充分条件。
但是，在研究脊柱稳定和治疗脊柱失稳时恰恰忽略了这些因素。
尤其是在上述因素成为脊柱失稳的原始病因时，忽略了它其结果是不言而喻的。
《椎体终板生物力学特性研究》范文
《椎体终板生物力学特性研究》篇一一、引言椎体终板是脊椎结构的重要组成部分，位于椎体与椎间盘之间，对于维持脊椎稳定性和正常生理功能具有关键作用。
随着现代医学和生物力学的不断发展，对椎体终板生物力学特性的研究逐渐成为骨科、生物医学工程等领域的研究热点。
本文旨在综述椎体终板生物力学特性的研究现状，分析其重要性，并探讨未来研究方向。
二、椎体终板的生物力学特性1. 结构特点椎体终板由软骨层和骨层组成，具有多层次、多方向的纤维结构和较为复杂的力学特性。
软骨层与椎间盘紧密相连，具有较好的弹性和缓冲作用；骨层则与椎体紧密结合，为脊椎提供支撑和保护作用。
2. 力学性能（1）抗压能力：椎体终板具有较强的抗压能力，能够在受力时通过纤维结构的形变分散和吸收外力。
（2）抗剪力能力：由于纤维结构的多层次性，椎体终板还具有良好的抗剪力能力，能够在剪切力作用下保持稳定。
（3）疲劳性能：在长期、反复的应力作用下，椎体终板仍能保持良好的力学性能和结构稳定性。
三、研究方法及进展1. 实验研究通过动物实验和人体标本实验，研究者在不同条件下对椎体终板的生物力学特性进行探究。
例如，通过改变加载速度、加载方向、加载幅度等参数，观察椎体终板的变形和应力分布情况，分析其力学性能。
2. 有限元分析利用计算机技术，通过建立三维模型进行有限元分析，可进一步探究椎体终板的生物力学特性。
该方法可对实验过程进行模拟，从而更全面地了解椎体终板的生物力学行为。
3. 研究进展近年来，随着科技的发展，研究者开始利用更先进的实验设备和计算机技术对椎体终板的生物力学特性进行研究。
例如，利用高分辨率的影像学技术观察椎体终板的微结构变化；利用高精度材料测试设备分析其材料性能等。
这些研究有助于更深入地了解椎体终板的生物力学特性，为临床治疗提供理论依据。
四、临床意义及未来研究方向1. 临床意义通过对椎体终板生物力学特性的研究，有助于了解其在脊椎疾病发生、发展过程中的作用。
同时，为临床治疗提供理论依据，如针对不同疾病设计合理的治疗方案、评估手术效果等。
人体工程学中的生物力学模型分析
人体工程学中的生物力学模型分析人体工程学是一种与人类系统工程相关的跨学科领域，其研究目标是设计和评估各种技术、设备和工作场所，以提高人类的生产效率和工作质量，同时保护人类的健康和安全。
生物力学模型分析是人体工程学中的重要方法之一。
本文将重点介绍生物力学模型分析在人体工程学中的应用。
一、生物力学模型生物力学模型是对人体的解剖和生理学知识的数学化表达。
它能够模拟人体的运动过程和生理反应，帮助工程师和设计师预测不同工作条件下人体的反应和表现。
生物力学模型通常分为静态和动态模型两种。
静态模型可以用来分析人体的姿势和姿态，包括人体的关节角度、肌肉张力和气压分布等。
静态模型通常采用静态力学原理，如静力平衡原理和支点原理等，来分析人体的负载分布和压力分布。
静态模型的分析结果可以用来指导人体工程设计中的姿势设定和座椅设计等。
动态模型用来分析人体在不同工作条件下的运动表现，包括步态分析、力学分析和生理反应分析等。
动态模型通常采用动力学原理和控制理论，如牛顿第二定律和PID控制器等，来分析人体的运动过程。
动态模型的分析结果可以用来指导人体工程设计中的员工培训和劳动力配备等。
二、生物力学模型在人体工程学中的应用生物力学模型在人体工程学中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 劳动工程学生物力学模型可以用来评估不同工作条件下员工的身体负荷和心理压力。
例如，在组装线工作的员工可能需要长时间保持躯体处于弯曲或扭曲状态，容易导致肌肉疲劳和关节受损。
生物力学模型可以分析这些不健康的动作，并提出改善方案，如调整工作台面的高度或角度，或增加工作间隔时间。
2. 座椅工程学生物力学模型可以用来评估不同设计参数对座椅舒适性和人体姿态的影响。
例如，在设计汽车座椅时，工程师需要考虑座垫高度、靠背角度和支撑方式等参数。
生物力学模型可以分析不同参数对人体的负荷分布和压力分布的影响，并提供优化方案。
3. 运动研究生物力学模型可以用来分析不同运动方式对人体的影响。
基于人体工程学的人体力学仿真技术
基于人体工程学的人体力学仿真技术是一种通过计算机模拟人体骨骼、关节、肌肉及其他软组织受力和运动的过程，以评估人机交互环境中人体受力程度、运动能力和安全性的技术。
它是人机交互领域的一种重要技术手段，被广泛应用于汽车、飞机、船舶、机器人、体育器材、健身器材、医疗器械等领域。
一、人体工程学的基本原理人体工程学是一门综合性的学科，它研究人的生理特性、心理特点和行为习惯等因素对工作效率、作业质量和工作安全的影响，旨在提高工作环境、设备和工具的适应性。
人体工程学基于人体生物力学和人体生理学，通过对人体肌肉、骨骼、关节等系统的结构和功能的分析，研究人体的姿势、动作、力量、能量消耗和运动特点等，以优化人机界面设计和设备配备，提高人的工作效率和生产力，减少劳动疲劳和作业伤害。
二、人体力学仿真技术的基本原理人体力学仿真是一种利用计算机数值模拟和分析人体结构受力和运动的过程，以预测和评估人体容忍度、安全性、舒适性和操作性的技术。
它基于人体力学原理和数字人的建立，将人体分解为骨骼系统、肌肉系统、关节系统和其他软组织系统，通过各种力学约束和模拟算法，计算出人体在不同姿势和运动状态下受到的力量、应力、变形和运动轨迹等参数，从而评估人体受力和运动的舒适性、稳定性和安全性。
人体力学仿真技术在人机交互中具有广泛的应用，包括机器人、动作捕捉、虚拟现实、医疗影像分析、体育运动分析、康复训练等方面。
人体力学仿真可以对人体运动姿势、运动分析、运动轨迹和能量消耗等进行实时计算和仿真，为设计和评估人机系统提供了强有力的工具。
三、人体力学仿真技术的应用（一）汽车设计汽车设计应用人体力学仿真技术可以对驾驶员和乘员的舒适性、视野、安全性和驾驶操作等方面进行优化。
例如，利用人体力学仿真技术可以优化汽车座椅的前后调节范围、靠背角度和支撑性，以提高乘员身体的舒适度和稳定性。
同时，对于汽车驾驶员的视野和驾驶姿势可以进行实时的仿真分析，以确定最佳的视角和姿势，从而提高驾驶员的驾驶体验和安全性。
人体胸腰椎体几何学测量及生物力学特性实验研究
人 体 胸腰 椎 体 几 何 学测 量 及 生 物 力 学特 性 实验 研 究
黄建松 李政年
２ ０ ０ ４ ３ ３ ） ， （ 海军医学研究所 ， 上海
摘 要 ： 研 究 水 下 爆 炸 产 生 的 舰 船 冲击 载荷 导致 舰 船 人 员 脊 柱 损 伤 的 生 物 力 学 特 性 。 分 别 从 １ Ｏ具 健 康 成 年 男 性 尸 体 上 截 取 完 整 的胸 腰 椎 ， 然 后 剔 除 不需 要 的 软 组 织 ， 并从胸 、 腰 椎 上 仔 细 分 离 出 各 个 自 由椎 体 ， 对 每 个 椎 体 上 下 两 个 端 面 处 理 后 进 行 静 态 和 动 态 压 缩 试 验 研 究 。从 胸 椎 Ｔ 至 腰 椎 Ｌ ， 随 着 椎 体 在 脊 柱 位 置 上 的下 降 ， 椎 体 的 横 截 面积和体积逐渐增加 ， 每 个 椎 体 所 承 受 的 动 态 和 静 态 压 缩 破 坏 载 荷 也 逐 渐 增 加 。计 算 动 态 应 力 强 度 与 静 态 应 力 强 度 的 比值 ， 胸 椎平均为 １ ． ５ １ ， 腰椎 平均为 １ ． ４ ６ 。胸 腰 椎 体 面 积 和 体 积 与 其 所 本 身 所 能 承 受 的 载 荷 变 化 趋 势 与 人 体
Ｇｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｎｄ Ｂｉ ｏ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｐｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ Ｔｅ ｓ ｔ ｓ ｏ ｎ
Ｈｕ ｍａ ｎ Ｔｈｏ ｒ ａ ｃ ｏ ｌ ｕ ｍ ｂａ ｒ Ｖｅ ｒ ｔ ｅ ｂｒ ａ ｅ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ；ｓ ｈ ｉ ｐ ｓ ｈ ｏ ｃ ｋ ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｉ ｎ ｊ ｕ ｒ ｙ ｂ ｉ ｏ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ；ｔ ｈ ｏ ｒ ａ ｃ ｏ ｌ ｕ ｍｂ ａ ｒ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｂ ｒ ａ ｅ
机械工程中的人体工程学研究与设计
机械工程中的人体工程学研究与设计机械工程是一个全面发展的学科，涵盖了多个领域和应用。
在设计机械设备时，考虑到人机交互和人体工程学原理是非常重要的。
人体工程学是研究人体与机械设备之间的交互关系，旨在提高设备的人性化和可操作性。
本文将探讨机械工程中的人体工程学研究与设计，以及在工程实践中的应用。
一、人体工程学及其应用领域人体工程学是运用生物力学、心理学、人体形态学等知识，研究人体与工作环境和工作任务之间的适应关系。
它旨在确保设备和工作环境对人体的适应性和舒适性，从而提高工作效率和工作质量。
人体工程学广泛应用于诸如汽车设计、工业生产线、计算机人机交互界面、医疗设备等领域。
在机械工程中，人体工程学的研究和应用特别重要。
首先，对于机械设备的设计和操作，人机交互是不可避免的。
如果机械设备的设计不符合人体工程学原则，可能导致设备难以操作、工作效率低下甚至安全隐患。
其次，机械设备的性能和功能需要适应不同的用户需求，所以需要了解人体的不同特性和需求。
二、人体工程学在机械设计中的原则在进行机械设计时，遵循人体工程学原则可以确保设备的可用性和人机交互的顺畅。
以下是几个常见的人体工程学原则：1. 人体尺度和人体动作：在机械设备的设计中，应该考虑到不同人体尺度的差异。
例如，操纵杆的高度应该适合不同身高的用户，按钮的大小应该容易操作。
此外，人体的自然动作和操作方式也应该被考虑到。
比如，将常见的动作设计成机械设备的操作方式，可以提高用户的操作效率。
2. 人体力学：机械设备应该根据人体的力学特性来设计，以减轻用户的劳动强度并防止损伤。
例如，在工业生产线上，工人需要长时间站立或举重，因此设备的设计应该考虑到人体的姿势和人体的承重能力。
3. 可视化界面和反馈：在计算机控制的机械设备中，用户通过可视化界面与设备进行交互。
这些界面应该简单易懂，符合人的感知和认知规律。
同时，设备也应该给予用户恰当的反馈，以确保用户能够明确地感知到设备的状态和操作结果。
人体生物力学的研究与应用
人体生物力学的研究与应用一、简介人体生物力学是一门研究人类运动、运动机理及其对身体组织生理学和力学特性影响的学科。
它涉及多学科交叉研究，包括生物力学、人体解剖学、神经生理学、生理学、流体力学、工程学等等。
人体生物力学的研究和应用领域广泛，从医学、运动训练到工业生产都有其独特的贡献。
二、人体生物力学的基础1. 生物力学生物力学是研究生物体运动和静态力学性质的学科，它依托于力学与生物学的科学原理之上，研究生物体的结构、形态、运动以及力学特性等方面的问题。
在人体生物力学领域，生物力学理论主要运用于人体运动学和人体动力学的研究中。
2. 人体解剖学人体解剖学是研究人体各系统解剖结构和形态特征的学科，它是人体生物力学的重要基础。
通过研究人体各系统的结构和组成，生物力学研究人体运动学和动力学特性时可以更精确和系统地分析人体的运动机理和影响因素。
3. 神经生理学和生理学神经生理学和生理学研究人体运动和代谢系统的生理功能，包括肌肉收缩与张力、心血管功能、呼吸功能等等，作为人体生物力学的研究基础，能够更全面地分析人体运动时的生理反应与特性。
4. 流体力学流体力学研究流体（包括气体和液体）的流动和力学特性，尤其是流动中的物质质量和动量转移。
在人体生物力学研究中，流体力学理论可以用于分析人体血液、肌肉、关节液等流动物质的特性和流动状态，同时也可以用于模拟自然环境和复杂运动过程中的流体影响。
三、人体生物力学的应用1. 医学领域在医学领域中，人体生物力学应用广泛，包括疾病诊断、治疗手段、康复训练等多个方面。
例如，康复治疗中可以利用人体生物力学技术进行肌肉训练和关节活动监测，从而促进康复效果和提高治疗效果。
此外，人体生物力学技术还可以用于疾病预防，如医学界普及的万步计划和康复方案等等。
2. 运动训练领域人体生物力学在运动训练领域中应用也十分广泛，可以评估运动人员的肌肉力量、骨骼稳定力、减振能力等，从而制定训练计划和方案，提高运动员的能力和竞技水平。
基于生物力学特性仿人机器人的研究
传感器信息获取程序等作为ｕＣ／ＯＳ－Ⅱ的任务，实现
仿人机器人的实时控制。仿人机器人按不同的运动
功能可被划分为 ５ 个不同的控制子系统：左 ／ 右手臂
子系统、左 ／ 右腿子系统及手部子系统，每一个子系
统都具有单独的处理器、关节驱动器和传感器。５ 个
控制子系统及其与上位计算机的通信主要由主控系
统协调。因此，仿人机器人的分布式控制系统由主
收稿日期：２００９－０４－０２ 作者简介：张宇红（１９６８ －），女，陕西西安人，副教授，工学硕士，主要从事人机工程、工业设计等方向的研究。
第 ３１ 卷 第 １０ 期 ２００９－１０ 【１５７】
提出了人体潜意识动作姿态舒适度指标和人机接触 界面舒适度指标，并依据上述舒适度指标对机器人 的人体潜意识动作姿态的生成，路径规划以及本体 构建的关键技术展开讨论。
有 ４１ 个自由度，１０ 个手指都能独立活动，双眼可以 转动［４］。
国内仿人机器人的研究起步较晚，国防科技大 学于 １９８８ 至 ２０００ 年期间，研制了 ＫＤＷ 系列双足机 器人及六关节平面运动型双足步行器“先行者”［２］， 实现了动态步行。哈尔滨工业大学成功研制了 ＨＩＴ 系列静态步行双足机器人，尤其是全身具有 ５２ 个自 由度的ＨＩＴ－Ⅳ机器人在运动速度和平衡性方面都已 接近于动态行走的机器人［１］。北京理工大学于 ２００２ 年研制成功 ＢＨＲ－１ 仿人机器人［５］，实现了在未知地 面的动态步行走和太极拳表演，在此基础上“ 汇童” 机器人的成功研制标志着我国已成为继日本之后第 二个掌握集机构、控制、传感器、电源于一体的国 家［６］。同期清华大学和上海交通大学也分别完成了 ＴＨ 系列和 ＳＦＨＲ 仿人机器人的研究［７］。
在不确定的动态环境中，为了实现仿人机器人 最优舒适度下双臂的协调运动，其双臂的运动规划 控制结构主要由目标趋近模块和避障模块组成。结 合上述两个模块，仿人机器人就能实现动态环境中 障碍物的躲避及目标点的拾取。
《椎体终板生物力学特性研究》
《椎体终板生物力学特性研究》篇一一、引言椎体终板是脊椎结构的重要组成部分，其生物力学特性直接关系到脊柱的稳定性和功能。
近年来，随着生物医学工程和生物力学的发展，对椎体终板的研究逐渐成为热点。
本文旨在通过对椎体终板生物力学特性的研究，探讨其结构与功能的关系，为脊椎疾病的预防和治疗提供理论依据。
二、文献综述（一）椎体终板的结构与功能椎体终板是脊椎骨的骨性结构，位于椎体与椎间盘之间，具有传递载荷、缓冲震荡、维持脊柱稳定等重要功能。
终板的结构包括软骨层、钙化层和骨层，各层结构在生物力学特性上具有显著的差异。
（二）椎体终板生物力学特性的研究现状目前，国内外学者对椎体终板的生物力学特性进行了大量研究。
研究表明，终板的生物力学特性受到年龄、性别、生理状态等多种因素的影响。
此外，终板的损伤和退变也会导致生物力学特性的改变，进而影响脊柱的稳定性和功能。
三、研究方法（一）材料准备本研究所使用的材料包括脊椎标本、测试仪器等。
通过采集人体脊椎标本，对椎体终板进行实验研究。
（二）实验设计1. 力学测试：采用生物力学测试技术，对不同年龄、性别、生理状态下的椎体终板进行力学测试，分析其生物力学特性。
2. 显微结构观察：利用显微镜技术，观察不同条件下椎体终板的显微结构变化，分析其结构与生物力学特性的关系。
3. 数据分析：对实验数据进行统计分析，探讨椎体终板生物力学特性的变化规律及其影响因素。
四、实验结果（一）椎体终板的生物力学特性通过对不同条件下的椎体终板进行力学测试，发现其具有显著的生物力学特性。
在载荷作用下，终板能够有效地传递载荷、缓冲震荡、维持脊柱稳定。
此外，终板的生物力学特性还受到年龄、性别、生理状态等多种因素的影响。
（二）显微结构与生物力学特性的关系通过显微结构观察，发现椎体终板的结构与生物力学特性密切相关。
软骨层、钙化层和骨层在结构上的差异导致其在生物力学特性上的差异。
此外，终板的损伤和退变也会导致其显微结构的变化，进而影响其生物力学特性。
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基于人机工程学油锯作业人体脊柱生物力学特性研究
目前林业作业环境十分恶劣,操作者除了完成必须的操控任务外,还必须克服长时间站立、持较重工具、保持长时间弯腰姿势以及机器所产生的振动、噪声等的影响,这不仅会造成作业工人舒适性及工作效率下降,而且直接影响到他们的身心健康。
许多工人因腰痛被迫离开工作岗位,因腰部损伤造成的经济损失和劳动力丧失非常严重。
为此,运用精确的、可靠的测量工具和理论方法学研究脊柱生物力学特性进而采取有效的措施预防和减少与林业作业相关的脊柱损伤的发生,已成为国内乃至国际林业专家研究的重要课题之一。
因此,开展基于人机工程学的作业负荷与人体生物力学特性研究具有重要的现实意义。
本文采用多机同步技术,将肌电学与三维影像学相结合,探讨与分析了油锯作业姿势中人体躯干各肌肉的活动与功能;利用静力学原理建立了油锯作业姿势下人体脊柱生物力学模型;基于有限元法建立了完整脊柱三维数字化模型,并以腰椎节段为主要研究对象,对油锯作业姿势中人体脊柱受力特点进行了分析。
研究结果如下:在不同作业工况中,躯干不同肌肉的工作强度存在差异,背部竖脊肌工作强度为最大,均在最大用力的30%左右,其次为腹直肌与腹外斜肌均在最大用力的10%左右。
在不同作业工况下背部竖脊肌在整个操作过程中工作强度不尽相同,虽然在不同的作业工况下背部竖脊肌平均工作强度可能相近,但是在整个操作过程中,肌肉的用力程度是处于不同MVE%范围内的,且在整个操作过程中肌肉在不同的MVE%范围内所持续时间不同。
在对不同地势与不同油锯对躯干各肌肉活动影响进行分析时发现,不同地势只对背部竖脊肌肌肉活动有影响(p＜0.05),而对其他肌
肉活动影响无统计学意义。
不同油锯对背部竖脊肌肌肉活动影响非常显著(p＜0.01),对右腹直肌和右腹外斜肌肌肉活动也有一定影响(p＜0.05)。
在对使用矮把油锯打枝、造材和伐木动作进行分析发现,油锯作业时不同姿态下除左右腹外斜肌肌肉活动差异显著性水平在p＜0.05,其余各肌肉活动差异都存在显著性差异p＜0.01,说明不同的作业姿势对躯干各肌肉活动的影响存在显著性差异。
首次将三维运动影像解析技术用于林业作业中,采用立体定机摄影原理,通过三维影像解析,确定了油锯作业不同姿势下躯干及上肢关节角度的活动范围值,对于正确规范林业操作姿势提供了理论依据。
利用静力学原理,建立了不同油锯作业姿势下人体脊柱腰椎节段的生物力学模型,分析了人体脊柱腰椎各节段的力学特性;研究发现腰部所受重力矩、竖脊肌肌力、各腰椎节段椎体与椎间盘挤压力由小到大依次为油锯打枝(矮把)、高把油锯伐木、油锯造材(矮把)、矮把油锯伐木、提矮把油锯动作和提高把油锯动作。
运用“组装搭配式”建模思想,结合DICOM数据,建立了具有几何非线性、材料非线性和接触非线性的完整人体脊柱三维有限元模型。
并将有限元理论与林业作业姿势相结合,综合运用人体测量学、运动学、静力学等分析结果,对不同油锯作业姿势下腰椎节段的受力特点进行了计算机仿真。
研究发现,相同油锯作业姿势中,椎体与椎间盘应力表现为由上至下呈逐渐增大趋势。
不同作业工况下相同腰椎功能单位最大应力值表现为,打枝动作应力值最小、其后由小到大依次为:高把油锯伐木、矮把油锯造材、矮把油锯伐木、提矮把油锯动作,提高把油锯动作。
本研究为确定不同林业操作中劳动工人腰背部肌肉工作强度提供理论参考,
为定量研究在不同林业作业中操作工人的腰背部肌肉及脊柱所承担的工作负荷以及劳动强度理论依据,并对于预防和降低林业作业工人腰部损伤、提供劳动安全与保护、诊断和矫正不良作业姿势、进行劳动技能培训、指导设计与改进林业生产工具、职业病的预防与治疗等具有重要的理论价值。