一种上肢疲劳智能监测、保健方法及其智能穿戴装置与流程

本发明涉及生理检测技术及可穿戴技术领域，具体涉及一种上肢疲劳智能监测、保健方法及其智能穿戴装置。

背景技术：

制造行业工人常因高负荷作业而出现强制性体位，长时间的高频重复作业，以及不正常的作业姿势会导致局部肌肉疲劳，诸如颈肩、腰背、手臂等受力部位血流、代谢不畅，进而导致肌肉酸痛，最终造成职业性肌肉骨骼疾患。长期从事该类型作业会导致韧带、骨骼、肌肉等人体生物力学相关结构的损伤，最终造成职业性肌肉骨骼疾患。过量的工作负荷、不合理的作业方式、长期反复的肌肉疲劳得不到有效恢复，导致职业性肌肉骨骼疾病发生几率增大。

骨骼肌在兴奋时，会由于肌纤维动作电位的传导和扩布而发生电位变化，这种电位变化称为肌电。用适当的方法将骨骼肌兴奋时发生的电位变化引导、放大并记录所得到的图形，称为肌电图。肌电可以用来监测人体施力过程中局部肌肉的活动情况。在制造作业中可用于体力负荷中肩颈和手臂等部位的疲劳监测。

近来，随着的无线技术和传感器的发展，监测人体生理数据和运动数据的可穿戴设备也不断兴起。但是目前的可穿戴技术主要应用于通讯、运动健身、游戏等等，而较少关注制造业工人的健康安全检测。制造业工人作为生产设备的操作者，生产技术的实践者，其作业过程中的安全性、疲劳感、满意度等因素对制造系统整体效能的发挥起到决定性作用。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是一种上肢疲劳智能监测、保健方法，可实时监测上肢肌肉运行状态，疲劳后能及时进行保健护理。本发明的另一目的是提供一种上述上肢疲劳智能监测、保健方法的智能穿戴装置，满足方法使用需求。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种上肢疲劳智能监测、保健方法，包括以下步骤：

1)在人体的上臂左右肱桡肌、大臂左右肱二头肌和肩部左右斜方肌位置均设有用于测定肌电信号的电极片和传感器；

2)电极片采集的肌电信号传输到数据处理中心，计算该信号的肌电振幅，并对肌电信号进行快速傅里叶转换；

其中，肌电信号振幅指标选用平均振幅AEMG，对sEMG信号曲线关于时间t的函数进行运算，得到：

为避免肌电信号的个体差异性，在不同肌肉、不同受试对象之间对AEMG作比较与分析，通过将实际测得的振幅值AEMGACT跟最大自主收缩时该指标值AEMGMVC相比，得到标准化指标值，表示为MVE％：

频域指标选用平均功率频率MPF，通过FFT，得到：

3)数据处理中心对每半分钟的肌电信号计算其MVE％值与MPF值，同时对连续工作5分钟时间内的两指标值分别通过最小二乘法进行线性回归处理；

当5分钟内的10个MVE％值呈现明显的上升趋势，即其线性回归直线斜率大于0(调整R²值不大于0.05)，同时10个MPF值呈现明显的下降趋势，即其线性回归直线斜率小于0(调整R²值不大于0.05)时，则数据处理中心发出预警；

4)预警后，颈肩部的红外线加热器，向颈部发射宽频远红外光波，有效缓解颈肩的酸痛感；

5)对臂部和背部的充气式按摩带进行充气，提供足够的压强，对疲劳部位进行触点按压式按摩，达到舒缓疲劳的作用。

步骤3)中，连续工作5分钟时间内，其频域指标线性回归直线呈现明显的下降趋势，即其直线斜率小于0，且对于采集样本点的统计学显著性小于0.05，则数据处理中心发出预警。

步骤3)中，预警的方式为手机报警方式，数据处理中心通过无线信号或蓝牙信号与手机无线连接，手机设置报警铃声，接到警告信号后进行报警。

所述的肩部疲劳智能监测、保健方法的智能穿戴装置，包括可穿戴的护肩本体；在所述的护肩本体上设有可拆卸的表面肌电安装带；在所述的表面肌电安装带上设有可拆卸的电极片和传感器，其中，电极片在人体的左右肱桡肌、肱二头肌和斜方肌位置均有布置，所述的传感器通过无线传输连接到数据处理中心；在所述护肩本体上设有红外加热装置以及充气式按摩带。

所述的红外加热装置设在颈肩部位。

所述的充气式按摩带，设置在臂部和背部，可外接充气装置。

所述的护肩本体为速干织物制成的织状物。

所述的表面肌电安装带通过粘贴的方式可拆卸的安装在护肩本体上。

所述的电极片和传感器均通过金属暗扣可拆卸的安装在表面肌电安装带上。

所述的上肢疲劳智能监测、保健方法的智能穿戴装置，还包括数据处理中心，预警装置，所述的数据处理中心接受传感器的数据信号，并发出预警信号给预警装置。

有益效果：与现有技术相比，本发明的智能穿戴装置通过表面肌电安装带安装电极片，可以实时采集人体左右肱桡肌、肱二头肌和斜方肌的肌电信号，肌电信号采集全面，而且表面肌电安装带可拆卸安装，方便调整信号采集位置，电极片可拆卸安装，方便贴紧肌肤，增加信号强度，采集的肌电信号通过外部设备分析，能够有效判断劳动者的作业肌肉是否超过负荷，监控作业强度，实时提供预警提示，可以减少肌肉的拉伤和酸痛，避免意外发生。颈部设置红外加热，可加速颈部血液循环，有效缓解颈肩的酸痛感。充气式按摩带可对肩背部穴位进行按摩，实现疲劳舒缓。

附图说明

图1是智能护肩的结构示意图；

图2是智能护肩的外部整体图。

具体实施方式

下面结合附图进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1和图2所示，本申请的智能穿戴装置，包括可贴身穿戴的护肩本体1；在护肩本体1上肌腹部位的内侧设有可拆卸的表面肌电安装带2，在表面肌电安装带2上还安装有可拆卸的电极片3和传感器4，且电极片3和传感器4相连，护肩本体1穿戴后，电极片3贴紧人体肌肤采集肌电信号，传感器4通过无线传输连接到数据处理中心(可以为单片机、电脑、工控机等具备数据接收、存储、计算、处理、控制等功能的常规或专用设备)。在护肩本体1的颈肩部设红外加热装置5，臂部和背部设置充气式按摩带6。

护肩本体1为速干织物制成的织状物，贴身穿戴；护肩本体由速干织物制成，便于保持设备的干燥清洁，表面肌电安装带2通过粘贴的方式可拆卸的安装在护肩本体1上，电极片3和传感器4均通过金属暗扣可拆卸的安装在表面肌电安装带2上。表面肌电安装带2安装在护肩本体1上的位置分别对应人体的上臂左右肱桡肌、大臂左右肱二头肌和肩部左右斜方肌(尤其是在人体的上臂左右肱桡肌、大臂左右肱二头肌和肩部左右斜方肌位置处均布置电极片3)。

颈肩部设置红外线加热器，向颈部发射宽频远红外光波，颈部吸收红外线辐射能量，身体内部分子发生共振，产生强烈的振动和旋转，使得颈部温度升高，从而加速颈部的血液循环，使血管扩张，有效缓解颈肩的酸痛感。

臂部和背部设充气式按摩带，当肌电模块发出疲劳预警，或者使用者感到疲劳时，可外接自动充气装置，对按摩带进行充气，充气式按摩带能提供足够的压强，对疲劳部位进行触点按压式按摩，达到舒缓疲劳的作用。

利用上述智能护肩进行的肩部疲劳智能监测、保健方法，过程如下：

当电极片采集的肌电信号传输到数据处理中心，数据中心可满足以一定的时间窗口计算该信号的肌电振幅，并对肌电信号进行快速傅里叶(Fast Fourier Transformation，FFT)转换。

其中肌电信号振幅指标选用平均振幅(Average electromyogram，AEMG)，对sEMG信号曲线关于时间t的函数进行运算，得到：

为避免肌电信号的个体差异性，在不同肌肉、不同受试对象之间对AEMG作比较与分析，通过将实际测得的振幅值AEMGACT跟最大自主收缩时该指标值AEMGMVC相比，得到标准化指标值(Normalized AEMG)，表示为MVE％(Percentage of most voluntary electrical activation)。

频域指标选用平均功率频率(Mean Power Frequency，MPF)，通过FFT，得到

装置工作时，数据处理中心对每半分钟的肌电信号计算其MVE％值与MPF值，同时对连续工作5分钟时间内的两指标值分别通过最小二乘法进行线性回归处理；当5分钟内的10个MVE％值呈现明显的上升趋势，即其线性回归直线斜率大于0(调整R²值不大于0.05)，同时10个MPF值呈现明显的下降趋势，即其线性回归直线斜率小于0(调整R²值不大于0.05)时，则数据处理中心发出预警。

预警的方式可以设置为手机报警方式，外部信号分析设备通过无线信号或蓝牙信号与手机无线连接，手机设置报警铃声，接到外部信号分析设备的警告信号后进行报警。

颈肩部的红外线加热器，向颈部发射宽频远红外光波，颈部吸收红外线辐射能量，身体内部分子发生共振，产生强烈的振动和旋转，使得颈部温度升高，从而加速颈部的血液循环，使血管扩张，有效缓解颈肩的酸痛感。

臂部和背部的充气式按摩带，当肌电模块发出疲劳预警，或者使用者感到疲劳时，可外接自动充气装置，对按摩带进行充气，充气式按摩带能提供足够的压强，对疲劳部位进行触点按压式按摩，达到舒缓疲劳的作用。

综上，本发明的护肩通过表面肌电安装带安装电极片，可以实时采集人体左右肱桡肌、肱二头肌和斜方肌的肌电信号，肌电信号采集全面，而且表面肌电安装带可拆卸安装，方便调整信号采集位置，电极片可拆卸安装，方便贴紧肌肤，增加信号强度，采集的肌电信号通过外部设备分析，能够有效判断劳动者的作业肌肉是否超过负荷，监控作业强度，实时提供预警提示，可以减少肌肉的拉伤和酸痛，避免意外发生。同时对疲劳部位进行加热与按摩，达到疲劳舒缓。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。