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利用Xsens惯性动捕技术研究跨运车司机的极端颈部运动

随着现代工作环境的不断变化和发展，关注员工的舒适度、健康和工作效率对企业来说愈发重要。工效学作为一门研究人与劳动的学科，它能通过研究人与工作环境、工作任务以及工作设备之间的关系来提供指导和建议，从而帮助企业改善工作场所的条件。惯性动捕技术在工效学中有广泛的应用，它可以实时捕捉人体的运动数据，客观测量工作任务对身体的影响，分析工人的作业姿势和动作，提供精确、可靠的数据支持，从而帮助企业优化工位设计，减轻工人负担，降低工伤风险。

荷兰鹿特丹APM码头位于鹿特丹港口，是英国、爱尔兰、斯堪的纳维亚和波罗的海市场的主要转运中心。该码头自2000年10月开始运营，年吞吐量达325万标准箱，是欧洲最大的集装箱码头之一。

集装箱跨运车，简称跨运车，是一种在集装箱码头前沿和库场之间搬运及堆码集装箱的专用装卸机械，高12米，驾驶室位于车身顶部。跨运车司机在处理集装箱时，需要侧身驾驶并向下看，这时就可能会发生极端的颈部运动。出于安全考虑，司机在操作跨运架时要使用安全带，两点或四点的座椅安全带，以提高安全性。鹿特丹APM码头想知道工人在使用这两种安全带时，是否会加重颈椎的物理负担。

为了改善跨运车司机的工作环境，减少引发肌肉骨骼疾病（MSD）的风险因素，职业健康理疗师埃里克·萨特霍夫被安排研究这两种安全带对人体的影响。由于驾驶舱的特定工作环境，传统方法如姿势评分表和视频分析等无法满足项目的评估需求，所以研究人员需要一款无线的运动捕捉系统，并要能够经受得住金属驾驶舱和跨运架本身以及移动集装箱时引起的信号失真效应。

MVN Analyze运动捕捉系统是一款先进的三维惯性运动捕捉系统，由XSENS惯性传感器和MVN软件组成，其独特的技术甚至可以消除磁场的影响，即使在复杂的电磁环境中依然表现稳定，可以适应各类复杂环境。在实际工作环境中，研究人员对Xsens惯性动作捕捉系统MVN Analyze进行了试点测试，信号良好，没有发生信号传输的延迟或中断的情况。

在实际实验中，研究人员安排了六名跨运车司机穿戴Xsens惯性动捕设备，分别使用两点和四点安全带进行将20英尺和40英尺集装箱横穿堆栈的操作。此外，驾驶舱内安装了摄像头，可以在整个测试过程中拍摄司机的操作。Xsens惯性动捕系统通过配套的MVN Analyze Pro软件生成了一个人体模型，准确显示了司机的动作，并与拍摄的视频进行了同步。惯性传感器获取的数据对不同任务期间司机的颈椎活动范围进行准确比较，视频提供了司机及其个人偏好的详细信息。

此次试验不仅评估了跨运车司机的颈椎负荷，还测量比较了腰部运动的差异。评估腰部运动的重要性在于，虽然研究人员预期司机使用两点安全带时活动的自由度会增加，减少了颈部运动，但这样也可能导致更多更极端的腰部运动，从而带来的腰部问题。对于工人健康来说，这两个方面都很重要，必须分析和权衡两项结果，才能研究出更好的解决方案。

数据分析

Movella MVN 可自动生成基于云的快速上肢评估(RULA)报告，这是一种人体工程风险评估工具，可以用于评估与上肢MSD相关的风险因素。Xsens惯性动捕系统能够提供每个传感器每秒100次测量的原始数据，能够对每个关节角度和身体部分进行分析，从而更详细地分析确切的运动角度、持续时间以及人体姿势。这使研究人员能够使用国际人体工程学标准进行定制分析，评估静态工作姿势和运动的风险因素。

此外，研究人员还分析了不同风险区域中所花费的时间，以及例如颈部旋转和侧弯的每5度角度所花费的时间。这样就可以查看使用不同安全带类型时的工人之间的整体差异，以及每个工人在使用不同安全带类型之间的差异。

实验结果

实验结果清楚地显示了与颈部肌肉骨骼疾病相关的一些生物力学风险因素。总的来说，这两种安全带之间只有非常小的差异。

1.与两点安全带相比，四点安全带在所有6名参与者中都显示颈部活动范围(屈曲/伸展、侧弯和旋转)增加。然而，平均增幅在1.3度到3.3度之间。在实践中，这不会导致增加工人患MSD的风险。

2.对于与腰痛相关的生物力学风险因素，差异也很小。与两点安全带相比，四点安全带结果有所不同。所有参与者的躯干弯曲都有所减少，但侧弯和旋转有所增加。平均增幅在0.5度到4.5度之间。这在实践中也不会导致增加MSD的风险。

3.通过评估不同工人之间的差异获得了宝贵的信息。例如，在观察颈部旋转时，数据显示有些工人在45度角以上旋转方向上花费的时间较长，而其他人则保持在45度角以内。能够观察工人向左和向右看的时间差异。

结果提供了对人体生物力学方面的深入了解。它提供了有关驾驶舱和驾驶员座椅设计、安全带的设计和功能以及人类行为对身体表现的影响的宝贵信息。最重要的是，它为鹿特丹APM码头提供了准确的数据，两种安全带类型之间颈部应力的差异。

结果提供了对人体生物力学方面的深入了解。它提供了有关驾驶舱和驾驶员座椅设计、安全带的设计和功能以及人类行为对身体表现的影响的宝贵信息。最重要的是，它显示了两种安全带类型对工人造成的颈部压力差异。

惯性动捕技术在工效学中应用广泛。通过使用惯性传感器和计算机算法，可以实时捕捉人体运动数据，并以高精度的方式呈现出来。惯性动捕技术可以用于评估工作人员的动作和姿势，帮助设计更人性化和高效的工作流程；可以用于分析工作人员的体力负荷和疲劳程度，从而优化工作安排和减少工伤风险。

7月2日（周二）下午2点，惯性动捕技术在工效学领域应用研讨会将在上海举行。我们十分荣幸地邀请到Xsens厂家的合作伙伴赋能经理Jeffrey Muller参与，届时主讲人将为大家带来Xsens惯性动捕技术在工效学领域的应用分享。同时，我们还会邀请多位来自国内外知名高校和研究机构的专家学者，分享他们的研究成果。本次交流会将为大家提供一次难得的交流机会，深入了解惯性动捕技术在工效学领域的应用。