人體工程學分析中可以采用哪種方式跟蹤系統(tǒng)?
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2022-12-15
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這項技術最相關的用途是運動捕捉system。這些工具可以記錄人體部位的運動,將運動數(shù)字化,然后應用到數(shù)字人體模型*上。之后,可以使用捕獲的原始客觀數(shù)據(jù)來方便地分析數(shù)字空間中的這些數(shù)字運動,從而消除主觀評估的需要。人類工程學姿態(tài)捕捉不得不使用觀察方法來測量姿勢角度,并乏味地填寫RULA表格來獲得有偏見的風險分數(shù)的日子已經(jīng)一去不復返了。
技術背景
運動捕捉過程基本上需要兩個主要組件:運動源和接收器單元。這些運動本身是由真實的人(或者更具體地說,在人體工程學評估的情況下是工人)自然產(chǎn)生的,并且這些運動被跟蹤設備捕獲。運動捕捉system的技術方案可以分為光學系統(tǒng)和非光學系統(tǒng)兩大類。這兩種類型的主要區(qū)別在于運動數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁櫾O備或接收器的方式。
光學解決方案依賴于被跟蹤者的視覺反饋,使用特殊的攝像頭來獲取人體的姿態(tài)。拍攝對象通常會佩戴一個獨特的標記,相機以此作為定位點。該設備跟蹤這些標記,并使用位置數(shù)據(jù)來計算人的準確身體位置。標記可以是主動的,也可以是被動的。有源標簽將產(chǎn)生它自己的光,并將其傳輸?shù)浇邮掌鲉卧?;在被動系統(tǒng)中,光由跟蹤攝像機產(chǎn)生并從標記反射回來。無標簽跟蹤是一種新技術,它不需要被試者佩戴標記,而是通過跟蹤系統(tǒng)識別人體形狀并分解為身體組成部分。光學系統(tǒng)最大的缺點是攝像機需要不斷的視覺反饋,否則可能會造成跟蹤中斷,數(shù)據(jù)丟失。在復雜的運動過程中,一個或多個標記可能會被受試者自己的肢體遮擋,或者在設備完善的制造工廠中,可能會因顯眼的機械裝置而出現(xiàn)跟蹤問題。
非光學解決方案依賴于人類運動的各種其他特征,而不是視覺反饋。例如,磁跟蹤系統(tǒng)使用一個小型磁傳感器和一個基站,基站產(chǎn)生一個磁場,受檢者被放置在該磁場中。隨著基站和傳感器之間的距離改變,測量的磁場的幅度也改變。值的變化程度與傳感器位置的位移成正比,因此可以連續(xù)跟蹤物體在磁場中的運動。雖然是高精度的方法,但是磁跟蹤容易受到電子設備造成的干擾影響,所以不建議在機器擁擠的工廠現(xiàn)場部署。
聲學跟蹤依賴于聽覺反饋,并測量音頻信號傳輸?shù)浇邮掌魉璧臅r間。被跟蹤對象/物體配有麥克風,跟蹤環(huán)境中分布有多個發(fā)射器。聲音在發(fā)射器和接收器之間傳播所需的時間與它們之間的距離成正比。這種技術的一大缺點是每次會話前必須進行繁瑣的校準,環(huán)境噪聲會導致相當大的測量誤差。
慣性跟蹤為上述大多數(shù)問題提供了一個方便的解決方案。跟蹤傳感器是一種微機電系統(tǒng),由加速度計和陀螺儀組成:加速度計測量線加速度,陀螺儀測量角速度。在對象為每個必要的身體部位配備了傳感器之后,對其進行校準,然后將對象數(shù)字化地放置在3D參考坐標系中。使用來自傳感器的加速度數(shù)據(jù)并計算一些身體部位相對于參考系統(tǒng)的實際位置,完成位置跟蹤。傳感器可以通過電纜或無線電波作為無線解決方案與數(shù)據(jù)接收器通信。慣性跟蹤系統(tǒng)最大的優(yōu)點是不需要控制跟蹤環(huán)境:適當絕緣的傳感器和移動接收單元可以在任何環(huán)境下保證適當?shù)倪\動捕捉。該系統(tǒng)的唯一缺點是整體精度較低,并且在跟蹤過程中位置數(shù)據(jù)有時會隨時間漂移,這可能需要額外的校準。
為了減少這種誤差,陀螺儀和加速度計可以與其他跟蹤技術(如磁力計或聲學跟蹤器)結(jié)合使用。這樣采樣精度大大提高,位置漂移也可以消除。該系統(tǒng)的唯一缺點是整體精度較低,并且在跟蹤過程中位置數(shù)據(jù)有時會隨時間漂移,這可能需要額外的校準。為了減少這種誤差,陀螺儀和加速度計可以與其他跟蹤技術(如磁力計或聲學跟蹤器)結(jié)合使用。這樣采樣精度大大提高,位置漂移也可以消除。該系統(tǒng)的唯一缺點是整體精度較低,并且在跟蹤過程中位置數(shù)據(jù)有時會隨時間漂移,這可能需要額外的校準。為了減少這種誤差,陀螺儀和加速度計可以與其他跟蹤技術(如磁力計或聲學跟蹤器)結(jié)合使用。這樣采樣精度大大提高,位置漂移也可以消除。
在人體工程學評估技術中,任何形式的跟蹤都是有價值的資產(chǎn)。它所提供的真實客觀的數(shù)據(jù)對于評估是必不可少的。此外,利益相關者可以更容易地確信工作場所的改造是必要的,因為有效的數(shù)據(jù)(而不是主觀的測量)描述了人機工程學不充分的工作環(huán)境對健康的危害。