吳 田， 劉志華， 陳 然， 周 蠡， 黎 鵬， 劉仕奇

(1.三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院， 宜昌 443002； 2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院， 武漢 430000)

帶電作業(yè)是電網(wǎng)設(shè)備檢測(cè)、檢修維護(hù)和改造的重要手段，是電力系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的重要技術(shù)保障[1-3]。配網(wǎng)帶電作業(yè)在提升配網(wǎng)可靠性方面發(fā)揮了重要作用，在電力公司得到了大范圍的應(yīng)用。作業(yè)人員穿戴絕緣防護(hù)用具作業(yè)不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且還需要承受高濕高溫環(huán)境以及較大的精神壓力，容易造成肌肉疲勞累積，誘發(fā)工作相關(guān)肌肉骨骼疾患(work-related musculoskeletal disorders，WMSDs)，如美國(guó)電科院(Electric Power Research Institute，EPRI)對(duì)美國(guó)中西部、東南和西南地區(qū)電力部門(mén)工作的150多名在職線路工人肌肉骨骼的調(diào)查結(jié)果表明40% 的工人每周至少有一天感到手腕、肩膀或背部疼痛[4]。因而針對(duì)絕緣手套法的作業(yè)人員肌肉疲勞累積進(jìn)行相關(guān)評(píng)估研究，從職業(yè)健康與安全的角度去考慮這種肌肉疲勞累積給電力工人帶來(lái)的職業(yè)傷害，并且提出相應(yīng)的預(yù)防措施具有重要的工程和理論意義。

預(yù)防WMSDs的關(guān)鍵是如何避免肌肉疲勞的累積[5]，肌肉疲勞研究在生物力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)及工效學(xué)等領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛[6]。目前主流的研究方法有主觀評(píng)價(jià)法、生物力學(xué)分析法、生化指標(biāo)分析法及生理信號(hào)分析法等[5]。而生理信號(hào)分析法中目前采用較多的方法是基于表面肌電信號(hào)(surface electromyography，sEMG)法，其采集方式方便無(wú)創(chuàng)，可檢測(cè)到與神經(jīng)肌肉活動(dòng)相關(guān)的生物電信號(hào)[7-10]，包含了神經(jīng)肌肉系統(tǒng)豐富的生理信息，可以反映神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的生理狀態(tài)及活動(dòng)情況。基于sEMG的生理信號(hào)分析法在肌肉疲勞研究中的應(yīng)用研究越來(lái)越廣泛：陳曉靜等[11]利用sEMG技術(shù)對(duì)6名草原公里行車(chē)駕駛員肩部斜方肌進(jìn)行肌肉疲勞分析發(fā)現(xiàn)駕駛員的平均功率頻率(mean power frequency，MPF)隨著駕駛時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì),駕駛員肩部肌肉在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)疲勞累積加重；張鄂等[12]通過(guò)模擬動(dòng)態(tài)駕駛環(huán)境，采集了不同振動(dòng)強(qiáng)度下相應(yīng)肌肉的局部sEMG及各特征參數(shù)的分析得出人體肌肉疲勞和舒適性會(huì)受到不同振動(dòng)環(huán)境影響；宋海燕等[13]通過(guò)sEMG技術(shù)研究人體雙肩背負(fù)不同載荷行走時(shí)不同部位主肌肉群的疲勞特性的研究提出人體雙肩負(fù)重行走的上限值與性別有關(guān)；Asefi等[14]利用sEMG技術(shù)對(duì)疲勞引起的隨意牽拉的肌肉動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了研究，提出并驗(yàn)證了一種肌力預(yù)測(cè)模型。

綜上所述，基于sEMG的肌肉疲勞評(píng)估是目前主流的研究手段和方法，但帶電作業(yè)作為一種特殊作業(yè)，作業(yè)人員不僅承受電擊、短路等觸電風(fēng)險(xiǎn)，還穿戴厚重的防護(hù)用具開(kāi)展高強(qiáng)度的上肢重復(fù)勞動(dòng)，遭受肌肉疲勞及相關(guān)WMSDs的風(fēng)險(xiǎn)更高。針對(duì)目前絕緣手套法帶電作業(yè)人員上肢肌肉疲勞問(wèn)題的研究較少，基于sEMG對(duì)配網(wǎng)帶電作業(yè)人員的肌疲勞開(kāi)展研究，通過(guò)分析作業(yè)過(guò)程中sEMG及其特征參數(shù)變化情況，探究其與肌肉疲勞之間的關(guān)系，對(duì)絕緣手套法帶電作業(yè)人員上肢肌肉疲勞進(jìn)行評(píng)估研究，確定相關(guān)作業(yè)過(guò)程中作業(yè)人員的上肢肌肉疲勞特點(diǎn)，為避免電力工人出現(xiàn)相關(guān)WMSDs提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)對(duì)象

試驗(yàn)前通過(guò)Anybody對(duì)人體模型上肢肌肉在仿真過(guò)程中的活動(dòng)強(qiáng)度(strength)進(jìn)行分析，為目標(biāo)肌肉的選取提供依據(jù)。Anybody可計(jì)算人體模型中各塊骨骼、肌肉和關(guān)節(jié)的受力、變形、肌腱的彈性能、拮抗肌肉作用和其他對(duì)于工作中的人體有用的特性。

在Anybody中建立模擬作業(yè)人員穿戴絕緣手套采用水平的姿勢(shì)持操作桿的仿真模型(圖1)。圖1中，仿真人在控制絕緣操作桿運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，參與出力的肌肉會(huì)被激活從而變紅，顏色越深說(shuō)明對(duì)應(yīng)肌肉激活程度越高，由圖1仿真結(jié)果可知，仿真人上肢肌肉強(qiáng)度為：上肢最小肌肉強(qiáng)度為27 N；肱橈肌活動(dòng)強(qiáng)度(即上肢最大肌肉強(qiáng)度)為275 N，是上肢最小肌肉強(qiáng)度的10.2倍；三角肌活動(dòng)強(qiáng)度為243 N，是上肢最小肌肉強(qiáng)度的9倍；肱三頭肌活動(dòng)強(qiáng)度為216 N，是上肢最小肌肉強(qiáng)度的8倍；肱二頭肌活動(dòng)強(qiáng)度活動(dòng)強(qiáng)度為160 N，是上肢最小肌肉強(qiáng)度的5.9倍。由于上述肌肉活動(dòng)強(qiáng)度均處于較高的水平且都為淺層肌肉易于定位，因而本次試驗(yàn)選取上肢肱橈肌、三角肌、肱二頭肌及肱三頭肌作為sEMG采集的目標(biāo)肌肉。

圖1 試驗(yàn)仿真模型Fig.1 Experimental simulation model

受試者為22歲青年男性、身體健康、身高165 cm、體重60 kg、慣用手為右手且無(wú)上肢肌肉勞損病史、有運(yùn)動(dòng)習(xí)慣。試驗(yàn)前72 h內(nèi)未進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng)，以避免其他的疲勞因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。在肌肉sEMG采集前開(kāi)展試驗(yàn)動(dòng)作培訓(xùn)，保證試驗(yàn)動(dòng)作的熟練程度。

1.2 sEMG特征參數(shù)提取方法

目前肌疲勞研究常用的表面肌電信號(hào)特征參數(shù)如下[8,15]。

1.2.1 時(shí)域特征參數(shù)

時(shí)域特征參數(shù)包括均方根值(root mean square, RMS)、積分肌電值(integrated electromyography，IEMG)計(jì)算公式。

(1)

(2)

式中：xi為表面肌電信號(hào)采樣值；N為肌電信號(hào)段段長(zhǎng)。

RMS和IEMG是分析sEMG常用的時(shí)域參數(shù)。其中，RMS與sEMG幅值相關(guān)，其大小表示sEMG一段時(shí)間內(nèi)的幅值變化特征；IEMG也與sEMG幅值相關(guān)，其大小為sEMG曲線單位時(shí)間面積，表征了sEMG一段時(shí)間內(nèi)的強(qiáng)弱變化，隨著疲勞程度的加深，RMS及IEMG均有上升趨勢(shì)[16]。

1.2.2 頻域特征參數(shù)

頻域特征參數(shù)包括平均功率頻率(mean power frequency，MPF)、中位頻率(median frequency，MDF)計(jì)算公式為

(3)

(4)

式中：f1、f2為硬件截至頻率；f為sEMG頻率；P(f)為功率譜密度，計(jì)算之前需要對(duì)原始肌電信號(hào)段作頻譜變換，得到功率譜密度。

MPF、MDF指數(shù)是分析sEMG常用的頻域參數(shù)，用于刻畫(huà)sEMG頻譜的移動(dòng)。MPF反應(yīng)sEMG功率譜重心，且在肌肉低負(fù)荷情況下高度敏感，MDF對(duì)應(yīng)sEMG譜能量平分處的頻率值，抗噪聲能力較強(qiáng)； MPF、MDF會(huì)隨著疲勞程度的加深逐漸減小[17]。

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)前告知受試人員試驗(yàn)任務(wù)，記錄受試人員的身高、體重、年齡等。由于溫度對(duì)肌電信號(hào)的產(chǎn)生有影響[18]，因此將試驗(yàn)環(huán)境溫度設(shè)置為24 ℃。受試人員進(jìn)行10 min熱身活動(dòng)，隨后對(duì)電極貼置點(diǎn)及貼置點(diǎn)附近的皮膚進(jìn)行脫毛處理，脫毛結(jié)束后用清水清洗，用紙巾擦干后使用75% 醫(yī)用酒精對(duì)皮膚進(jìn)行反復(fù)擦拭，待皮膚干燥后將貼片電極貼在目標(biāo)肌肉的肌腹部分最隆起處，貼片電極安放位置如圖2所示。電極粘貼完成后，須確認(rèn)其粘貼的牢靠性，確定被測(cè)肌肉電極是否正確連接到相應(yīng)的通道。準(zhǔn)備就緒后按照規(guī)定動(dòng)作進(jìn)行試驗(yàn)并使用攝像機(jī)同步拍攝記錄試驗(yàn)過(guò)程。

(1)試驗(yàn)組：測(cè)試者雙腿站直，腰背挺直，左手自然下垂，右手穿戴絕緣手套。試驗(yàn)開(kāi)始后，受試人員手持絕緣操作桿模仿作業(yè)過(guò)程中的擰螺絲動(dòng)作：在受試人員右側(cè)放置可移動(dòng)白板，白板上貼有坐標(biāo)紙，用圓規(guī)在坐標(biāo)紙上畫(huà)一個(gè)半徑為20 cm的圓(參考市場(chǎng)常用扳手長(zhǎng)度)并用記號(hào)筆描出圓周以便受試人員在側(cè)面也能很好識(shí)別所畫(huà)的圓，隨后調(diào)整白板與受試人員距離(保持白板正面與受試人員冠狀面成一直角)使受試人員能很好的完成試驗(yàn)動(dòng)作，試驗(yàn)場(chǎng)景如圖3所示。受試人員站位及站姿確定后手持絕緣操作桿使其最前端從所畫(huà)圓最上方開(kāi)始循圓周逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程持續(xù)6 s，受試人員準(zhǔn)備就緒后報(bào)告試驗(yàn)記錄人員，聽(tīng)到記錄人員“開(kāi)始試驗(yàn)”口令后開(kāi)始試驗(yàn)，同時(shí)軟件開(kāi)始記錄受試人員試驗(yàn)過(guò)程中的肌電信號(hào)，設(shè)置軟件信號(hào)采集時(shí)間6 s，之后自動(dòng)停止記錄。每次試驗(yàn)結(jié)束后保存數(shù)據(jù)并備份，受試人員休息10 min后方可進(jìn)行下次試驗(yàn)，試驗(yàn)共進(jìn)行3次。

(2)對(duì)照組：對(duì)照組不戴絕緣手套進(jìn)行試驗(yàn)，其他試驗(yàn)內(nèi)容均與試驗(yàn)組相同。

圖2 貼片電極的布置Fig.2 Placement of patch electrode

圖3 試驗(yàn)場(chǎng)景示意圖Fig.3 Schematic diagram of test scene

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 降噪處理

表面肌電信號(hào)幅值一般在0～5 mV，頻率主要集中在20～150 Hz[19]，是一種較為微弱的生物電信號(hào)，所以在采集過(guò)程中容易受到多種噪聲干擾，如移動(dòng)偽跡噪聲、環(huán)境噪聲及儀器電子元件固有噪聲等[20]。因此，對(duì)采集到的sEMG進(jìn)行了相應(yīng)的降噪處理[21]，如圖4所示。對(duì)比濾除噪聲前后的信號(hào)圖可看出，sEMG在降噪處理前噪聲干擾(尤其是基線漂移)嚴(yán)重，降噪處理效果明顯。從圖4(b)、圖4(d)可以初步看出，試驗(yàn)組sEMG幅值明顯高于對(duì)照組，這與后期時(shí)域特征參數(shù)的分析結(jié)果一致。

圖4 sEMG降噪處理前后對(duì)比Fig.4 Comparison of sEMG before and after denoising

2.2 特征參數(shù)提取

對(duì)降噪處理后的sEMG按照式(1)～式(4)進(jìn)行特征參數(shù)的提取，圖5為受試者肱橈肌4個(gè)特征參數(shù)的擬合圖(每個(gè)數(shù)據(jù)段為0.2 s，S表示試驗(yàn)組、D表示對(duì)照組)，受試者三角肌、肱二頭肌、肱三頭肌sEMG按照同樣方式進(jìn)行特征參數(shù)的提取及擬合。從圖5(a)、圖5(b)可以看出，時(shí)域特征參數(shù)IEMG、RMS呈上升趨勢(shì)，從圖5(c)、圖5(d)可以看出，頻域特征參數(shù)MPF、MDF呈下降的趨勢(shì)，試驗(yàn)組與對(duì)照組數(shù)據(jù)差異明顯。

圖5 肱橈肌特征參數(shù)擬合圖Fig.5 Characteristic parameter fitting diagram of brachioradialis

2.3 特征參數(shù)歸一化

由于特征參數(shù)因其定義、單位等不一樣，很難在同一個(gè)尺度下對(duì)其變化趨勢(shì)進(jìn)行比較，如圖5所示，因而使用標(biāo)準(zhǔn)歸一化處理方式將各特征參數(shù)擬合函數(shù)斜率歸一化至區(qū)間[0-1](斜率為負(fù)值時(shí)，先對(duì)其絕對(duì)值進(jìn)行歸一化，再加負(fù)號(hào))，實(shí)現(xiàn)量綱的統(tǒng)一，具體表示為

(5)

受試者各目標(biāo)肌肉特征參數(shù)擬合函數(shù)斜率歸一化值如表1～表4所示，其中，S為試驗(yàn)組，D為對(duì)照組，SA為試驗(yàn)組平均值，DA為對(duì)照組平均值。時(shí)域特征參數(shù)IEMG、RMS斜率均為正值，說(shuō)明肌肉出力幅值在增長(zhǎng)；頻域特征參數(shù)MPF、MDF斜率均為負(fù)值，說(shuō)明肌肉出力從高頻向低頻變化。穿戴手套后的典型肌肉的特征如下。

(1)試驗(yàn)組中肱橈肌的各特征參數(shù)斜率平均值的絕對(duì)值遠(yuǎn)大于對(duì)照組(表1)，說(shuō)明穿戴絕緣手套對(duì)作業(yè)人員上肢肱橈肌肌肉活動(dòng)有明顯影響。

(2)試驗(yàn)組中三角肌的時(shí)域特征參數(shù)斜率平均值的絕對(duì)值明顯大于對(duì)照組，而頻域特征參數(shù)斜率平均值的絕對(duì)值略小于對(duì)照組，如表2所示，說(shuō)明穿戴絕緣手套對(duì)作業(yè)人員三角肌出力幅值的影響明顯，而對(duì)其出力頻率的影響則較微弱。

(3)試驗(yàn)組中肱二頭肌的時(shí)域特征參數(shù)斜率平均值的絕對(duì)值遠(yuǎn)大于對(duì)照組，而頻域特征參數(shù)斜率平均值的絕對(duì)值略略大于對(duì)照組，如表3所示，說(shuō)明穿戴絕緣手套時(shí)對(duì)作業(yè)人員肱二頭肌出力幅值的影響明顯，而對(duì)其出力頻率的影響則極小。

(4)試驗(yàn)組中肱三頭肌的各特征參數(shù)斜率絕對(duì)值均略大于對(duì)照組，如表4所示，說(shuō)明穿戴絕緣手套對(duì)作業(yè)人員肱三頭肌出力影響不明顯。

表1 肱橈肌特征參數(shù)線性擬合歸一化斜率

表2 三角肌特征參數(shù)線性擬合歸一化斜率

表3 肱二頭肌特征參數(shù)線性擬合歸一化斜率

表4 肱三頭肌特征參數(shù)線性擬合歸一化斜率

3 分析與討論

(1)由表1～表4可知，IEMG、 RMS的斜率均為正值，呈上升趨勢(shì)；頻域參數(shù)MPF、 MDF的斜率均為負(fù)值，呈下降的趨勢(shì)；各特征參數(shù)變化趨勢(shì)均與參考文獻(xiàn)一致[13]。

(2)由表1～表4可知，對(duì)于時(shí)域參數(shù)IEMG及RMS來(lái)說(shuō)，擬合曲線斜率絕對(duì)值越大說(shuō)明在試驗(yàn)過(guò)程中相應(yīng)目標(biāo)肌肉出力幅值增長(zhǎng)越快。試驗(yàn)組各目標(biāo)肌肉IEMG斜率平均值依次為：肱橈肌(0.8)、肱二頭肌(0.8)>三角肌(0.52)>肱三頭肌(0.47)；試驗(yàn)組各目標(biāo)肌肉RMS斜率平均值依次為： 肱二頭肌(0.77)>肱橈肌(0.76)>肱三頭肌(0.53)>三角肌(0.44)。目標(biāo)肌肉IEMG和RMS斜率平均值表明：帶電作業(yè)人員在使用絕緣手套作業(yè)過(guò)程中上肢肱橈肌和肱二頭肌肌肉出力幅值增長(zhǎng)相當(dāng)且較快，而三角肌和肱三頭肌肌肉出力幅值增長(zhǎng)相較于肱橈肌及肱二頭肌處于較低水平。因而帶電作業(yè)人員在使用絕緣手套作業(yè)過(guò)程中肱橈肌、肱二頭肌肌肉出力幅值增長(zhǎng)較快，若長(zhǎng)時(shí)間保持此增幅更容易進(jìn)入肌肉疲勞狀態(tài)，應(yīng)注意控制作業(yè)時(shí)長(zhǎng)及加強(qiáng)相應(yīng)肌肉部位的鍛煉，以免造成肌肉疲勞的累積，從而達(dá)到預(yù)防電力工人出現(xiàn)相關(guān)WMSDs的目的。

對(duì)于MDF及MPF來(lái)說(shuō)，擬合曲線斜率越小說(shuō)明在試驗(yàn)過(guò)程中相應(yīng)目標(biāo)肌肉出力頻率進(jìn)入低頻的速度更快。試驗(yàn)組各目標(biāo)肌肉MPF斜率平均值依次為：肱橈肌(-0.73)<肱三頭肌(-0.58)<肱二頭肌(-0.41)<三角肌(-0.35)；試驗(yàn)組各目標(biāo)肌肉MDF斜率平均值依次為：肱橈肌(-0.77)<肱二頭肌(-0.52)<肱三頭肌(-0.49)<三角肌(-0.34)。目標(biāo)肌肉MPF和MDF斜率平均值帶電作業(yè)人員在使用絕緣手套作業(yè)過(guò)程中上肢肱橈肌肌肉出力頻率進(jìn)入低頻的速度最快，肱二頭肌和肱三頭肌肌肉出力頻率進(jìn)入低頻的速度相當(dāng)且處于中間水平，三角肌肌肉出力頻率進(jìn)入低頻的速度最慢。因而結(jié)合時(shí)域特征參數(shù)分析結(jié)果可知，帶電作業(yè)人員在使用絕緣手套作業(yè)過(guò)程中：作業(yè)人員上肢肱橈肌肌肉出力幅值增長(zhǎng)速度及出力頻率降低速度均處于較高的水平；肱二頭肌肌肉出力幅值增長(zhǎng)速度處于較高水平但出力頻率降低速度處于中間水平，肱三頭肌肌肉出力幅值增長(zhǎng)速度及出力頻率降低速度均處于中間水平，三角肌肌肉出力幅值增長(zhǎng)速度及出力頻率降低速度均處于最低的水平。

綜上所述，穿戴絕緣手套時(shí)作業(yè)人員上肢肱橈肌、肱二頭肌、肱三頭肌、三角肌的疲勞程度依次遞減。

(3)由表1～表4可知，特征參數(shù)IEMG、RMS、MDF及MPF斜率值在試驗(yàn)組與對(duì)照組之間存在較大差異。為衡量這4種特征參數(shù)的表征效果，將目標(biāo)肌肉試驗(yàn)組與對(duì)照組各特征參數(shù)擬合曲線斜率平均值按式(6)做差值處理。差值越大，說(shuō)明相應(yīng)特征參數(shù)在試驗(yàn)組與對(duì)照組之間差異越大，表征效果越好，差值處理結(jié)果如表5所示。其中，MSD1～MSD4分別為肱橈肌、三角肌、肱二頭肌及肱三頭肌差值處理結(jié)果，AVE為均值。

MSD=(SA-DA)i

(6)

式(6)中：MSD為目標(biāo)肌肉差值處理結(jié)果；SA為各試驗(yàn)組差值平均值。當(dāng)SA>0時(shí)，i=1；當(dāng)SA<0時(shí)，i=-1。

表5 試驗(yàn)組與對(duì)照組線性擬合斜率均值差值Table 5 Slope mean difference of linear fitting between experimental group and control group

從表5可以看出， IEMG均值差值為0.38、RMS差值均值為0.32、MPF均值差值為0.12、MDF均值差值為0.20，由此可說(shuō)明時(shí)域參數(shù)IEMG、RMS的表征效果相近且優(yōu)于頻域參數(shù)MPF、MDF；各目標(biāo)肌肉斜率均值差值除三角肌的MPF值為負(fù)值(-0.07)外，其他差值均為正值，說(shuō)明作業(yè)人員在穿戴絕緣手套作業(yè)時(shí)各目標(biāo)肌肉更容易進(jìn)入疲勞狀態(tài)，因此，在選用及設(shè)計(jì)絕緣手套時(shí)應(yīng)考慮該情況。

4 肌肉疲勞狀態(tài)識(shí)別

支持向量機(jī)(support vector machine，SVM)將VC維(Vapnik-Chervonenkis dimension)和結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化理論結(jié)合，因此小樣本數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)，適合對(duì)肌肉疲勞狀態(tài)識(shí)別這種非線性問(wèn)題[22-23]。由于分析得出sEMG時(shí)域特征參數(shù)IEMG及RMS對(duì)上肢疲勞表征效果較好，因此，利用IEMG、RMS開(kāi)展了作業(yè)人員上肢肱橈肌疲勞狀態(tài)SVM二特征識(shí)別。

首先將上肢肱橈肌sEMG 的 IEMG、RMS 作為SVM 的輸入變量；然后劃分頸部肌肉疲勞等級(jí)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)，分別對(duì)應(yīng)作業(yè)前、中、后3個(gè)時(shí)段。選擇線性核函數(shù)(linear)建立疲勞等級(jí)識(shí)別模型，隨機(jī)選取時(shí)域特征參數(shù)IEMG、RMS向量樣本作為訓(xùn)練樣本，通過(guò)網(wǎng)格尋蹤法得到懲罰參數(shù)(c)的最優(yōu)值(c=0.85)；應(yīng)用模型對(duì)剩余測(cè)試樣本進(jìn)行疲勞狀態(tài)識(shí)別性能測(cè)試，采用十折交叉驗(yàn)證法得到別模型訓(xùn)練集和測(cè)試集的平均準(zhǔn)確率為 97.39%和 75.72%，總體平均準(zhǔn)確率為 86.56%，表明該模型識(shí)別精度較高。上肢肱橈肌疲勞狀態(tài)二特征識(shí)別結(jié)果如圖6所示。

圖6 上肢肱橈肌疲勞狀態(tài)二特征識(shí)別Fig.6 Identification of brachioradialis muscle fatigue status

5 結(jié)論

(1) 搭建了基于sEMG的帶電作業(yè)人員上肢疲勞的測(cè)試平臺(tái)，同時(shí)采用Anybody獲得上肢肌肉的活動(dòng)強(qiáng)度為目標(biāo)肌肉的選取提供依據(jù)，結(jié)果表明，試驗(yàn)過(guò)程中目標(biāo)肌肉的疲勞程度與仿真過(guò)程中的肌肉強(qiáng)度的大小正相關(guān)。

(2)通過(guò)提取sEMG的特征參數(shù)對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行肌疲勞研究，分析得出：穿戴絕緣手套時(shí)作業(yè)人員上肢肱橈肌、肱二頭肌、肱三頭肌、三角肌的疲勞程度依次遞減。

(3)sEMG各特征參數(shù)對(duì)肌肉疲勞的表征效果：時(shí)域特征參數(shù)IEMG、RMS優(yōu)于頻域特征參數(shù)MPF、MDF。

(4)相較于不使用絕緣手套，穿戴絕緣手套作業(yè)時(shí)各目標(biāo)肌肉更容易進(jìn)入疲勞狀態(tài)，因此，在選用及設(shè)計(jì)絕緣手套時(shí)應(yīng)考慮這種情況。

(5)基于 SVM 方法構(gòu)建了帶電作業(yè)人員上肢肱橈肌疲勞狀態(tài)識(shí)別模型，總體平均準(zhǔn)確率為 86.56%，模型識(shí)別準(zhǔn)確率高。