基于表面肌电的拖拉机驾驶员作业疲劳试验研究

摘要

我国农业经济的快速发展对农业技术装备提出了更高的要求，特别是整个装备的动力系统——拖拉机。为适应农业生产的发展需求，农用拖拉机正在向大型化、智能化、高技术化等方向发展。虽然近年来拖拉机的驾驶环境有所改善，但和其它机动车驾驶员相比，拖拉机驾驶员受噪声、振动、季节性的因素影响较大、驾驶环境差、作业时间集中、驾驶时间长等问题依然存在，这些问题都很容易导致驾驶疲劳。目前对驾驶疲劳的研究都是基于汽车试验，针对拖拉机驾驶员作业中驾驶疲劳的报道和研究还较少，因此对其进行研究十分必要。
　　 本论文详细叙述了驾驶疲劳的机理与国内外研究现状，对文中选取的测试生理参数“表面肌电”进行了简单介绍。在建立了拖拉机模拟驾驶试验台的基础上，针对拖拉机驾驶作业过程中较为频繁的转头动作，设计了头部回转过程测试、头部定位测试试验，对转动过程中颈部肌肉的肌电变化进行了测试分析；同时也对驾驶作业过程中驾驶员腰背部肌肉肌电变化进行了测试；选取了不同特征量对以上两个试验的肌电测试数据进行了时域、频域分析，弄清了肌电测试数据特征量的变化趋势，考察了各特征量与角度、时间的线性相关性，确定了可以作为评价指标的特征量；同时利用平均数差异显著性检验对驾驶作业过程中驾驶员腰背部肌肉疲劳出现的时间段进行了估算，得到主要结论如下：
　　 1.在头部转动过程中，随着拖拉机驾驶员头部转动角度的增加，极差、积分肌电值、标准差、均方根、峰度、过零点数、功率谱平均值、功率谱标准差等特征量都增大；而最大功率谱对应频率、MPF、MF等特征量减小，这些特征量与角度具有高度线性相关，可以作为头部转动引起颈部疲劳的评价指标；大多数特征量回转测试得到的最大值大于定位测试得到的最大值；而能量百分比，则是定位测试得到的最大值大于回转过程测试得到的最大值。
　　 2.在长时间驾驶作业过程中，通过对拖拉机驾驶员腰背部肌肉的测试分析发现，随着驾驶时间的增加，极差、积分肌电值、标准差、均方根、偏度、功率谱平均值、功率谱标准差等特征量都表现出上升的趋势，而峰度、过零点数、MFP、MF等特征量呈现出下降的趋势。根据对各特征量与时间的相关性分析，得出极差、功率谱平均值与时间具有高度正相关，MF与时间成高度负相关，这些特征量可以作为拖拉机驾驶员因长时间作业引起腰背部疲劳的评价指标。
　　 3. 通过对拖拉机驾驶员腰背部肌电测试数据的特征量平均数差异显著性检验和对驾驶员的主观疲劳时间调查对比发现，积分肌电值是检验结果中比较符合主观疲劳出现时间段的特征量。综合分析检验结果和主观疲劳时间调查得出，拖拉机驾驶员疲劳时间为70分钟～75分钟。
　　 文章根据试验结果的分析，对减缓拖拉机驾驶员驾驶疲劳提出了建议，对保护拖拉机驾驶员身体健康、提高作业效率、提高拖拉机驾驶室的人性化设计等方面具有一定现实意义。