一種基于關鍵動素的肢殘者作業能力評價方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及肢殘者作業輔助相關技術領域，更具體地，設及一種基于關鍵動素的 肢殘者作業能力評價方法。
【背景技術】
[0002] 合理的職業康復、作業輔助設計及就業安置與調適對提高肢殘者的生活質量有重 要價值，其中全面、準確的作業能力評價是作業設計和安置的重要依據。作業能力評價方法 對最終的評價結果有著直接的影響，不準確的評價結果會造成不合理的人崗匹配，導致作 業績效降低，甚至會給作業者帶來職業傷害。
[0003] 目前已有的肢殘者作業能力評價方法大致分為五類：功能測量類、職業匹配類、工 作匹配類、一般職業性能力評價、基于作業場景的能力評價等。其中功能測量類方法一般 是對殘疾人的功能缺陷進行測量，通常的指標有關節自由度、手部握力等；職業匹配類方法 在對各類職業完成典型工作的功能要求信息采集的基礎上，與殘疾人功能進行匹配；工作 匹配類方法測量殘疾作業者與工作要求間的匹配度，通過工作分析的方法采集工作要求信 息，通過醫學診斷的方法采集作業者的殘損技能信息，基于兩類信息的比較得到匹配度；一 般職業性能力評價方法是按照職業或者日常活動的分類，對身體殘損部位影響某一類作業 或者活動的水平進行評級。
[0004] 然而，進一步的研究表明，上述各種現有評價方案均有其各自的局限性。例如，功 能測量方法與基于作業場景的能力評價方法相類似，是對具體功能進行評價，指標單一，適 用性小，對多任務工作能力很難全面描述，作業者在測量過程中的表現不具有時間和空間 上的一致性，無法保證仿真作業變量的結構效度和時間效度。對于一般職業性能力評價方 案而言，其只對殘疾人作業的一般性能力進行評價，沒有針對具體的作業內容，無法考慮作 業要素變量對殘疾人作業能力的影響。對于職業匹配類及工作匹配類評價方法而言，其從 殘損功能與工作內容匹配的角度出發，綜合考慮功能和工作兩方面的信息，但它們相對獨 立，相關性差，完全依賴于專家的主觀測評將雙方信息聯系起來，評價過程復雜，數據量大 且主觀性強。 陽〇化]相應地，為了能夠高信度預測肢殘者作業能力，需要對作業任務做出更為全面且 準確的研究和處理工藝設計，而目前已有的任務分析方法存在W下的顯著不足或改進需 求：（1)對作業要素維度無法做出全面動態的描述，受限于作業要素描述的局限性，無法全 面預測作業者的作業行為，從而降低作業能力評價的準確度；（2)作業者與作業系統分離 開的任務描述方法導致作業要素與作業者個體功能差異性的強禪合關系無法表述出來，未 能將作業者的能力屬性與其他各作業要素間的強交互關系量化；（3)忽略作業者個體差異 性對作業要素的影響，沒有考慮作業者的功能特性描述，作業者的作業行為與其自身的能 力屬性有密切關聯，但作業者的個體差異性在任務模型中卻鮮有體現。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術的W上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于關鍵動素的肢殘者 作業能力評價方法，其中通過結合肢殘者自身的肢體運動學特征研究來構建更為精確、全 面的多元任務要素集，同時選擇肢殘者完成關鍵動素的能力評價作為作業能力評價指標， 相應可在后續仿真及計算處理過程中避免海量數據，并有效降低數據噪聲對能力評價準確 度和效率的干擾，實現高信度和高效率的肢殘者作業能力評價全過程。
[0007] 為實現上述目的，按照本發明，提供了基于關鍵動素的肢殘者作業能力評價方法， 其特征在于，該方法包括下列步驟：
[000引 （1)構建包括作業實體、作業本體和作業空間在內的；個作業要素類，由此建立對 待執行作業系統進行全面描述的多元任務要素集，其中：
[0009] 所述作業實體要素類包括=個要素集，即具備作業對象名稱、作業對象形狀和作 業對象尺寸運=個元素的作業對象要素集，具備作業工具名稱、作業工具尺寸、作業工具操 作方式和作業工具技能要求運四個元素的作業工具要素集，W及具備肢殘者的肢體結構特 征描述、肢殘者的運動學特征描述和肢殘者的動力學特征描述運=個元素的肢殘者要素 集；
[0010] 所述作業本體要素類包括兩個要素集，即具備作業名稱、作業目標、作業當前狀態 和作業規則運四個元素的作業屬性要素集，W及具備作業執行時間、作業執行速度、肢殘者 在作業過程中的手腳關節狀態描述多元素的作業參數要素集；
[0011] 所述作業空間要素類包括兩個要素集，即具備作業空間大小、障礙物特性描述運 兩個元素的作業環境要素集，W及具備肢殘者位置特性描述、作業工具位置描述、作業對象 位置描述和障礙物位置描述運四個元素的作業空間布局要素集；
[0012] (2)基于步驟（1)所建立的多元任務要素集，相應生成用于完成任務的動素序列；
[0013] (3)針對步驟（2)所生成的動素序列，為組成該動素序列的各個動素分別賦予= 級評價指標，其中該=級評價指標具體包括：用于對肢殘者自身的肢體受損狀態進行評價 的第一評價指標，用于對肢殘者自身的肌肉骨骼狀態進行評價的第二評價指標，W及用于 對肢殘者完成該動素所需的最短時間進行評價的第=評價指標；
[0014] (4)對各個所述動素所對應的=級評價指標各自執行加權求和計算，然后比較運 些加權求和結果W得出其中的最大值，將該最大值所對應的動素設定為關鍵動素，并將其 作為作業能力評價的基點；
[0015] (5)結合步驟（4)所設定的關鍵動素對正常人體模型進行運動仿真，同時測量得 出肢殘者執行該關鍵動素時的生物力學參數，其中該生物力學參數包括肢殘者的關節自由 度、關節角度、關節受力、關節力矩和肌力等一系列參數；
[0016] (6)將步驟巧）中正常人體所對應的上述生物力學參數作為動素要求，分別將步 驟巧）中肢殘者的測量結果與其進行比較，并判定肢殘者能否順利完成，由此完成整體的 作業能力評價過程。
[0017] 作為進一步優選地，對于上述生成動素序列的步驟，優選采取基于著色petri網 的行動推理算法來進行處理。
[0018] 作為進一步優選地，對于步驟（3)而言，當出現動素序列不唯一的情況下，優選采 取W下方式進行處理：基于所述=級評價指標來構建如下的動素序列綜合代價函數f(s)， 并求出綜合代價最小的目標序列，W此作為關鍵動素解空間來得出唯一的動素序列：
[0019]
[0020] 其中，by表示針對動素i所設及到的肢殘者身體部位j的生物力學參數矩陣，w。 為b。所對應的權重向量，W1為所述第一評價指標的權重，X。表示針對動素i所設及到的 肢殘者身體部位j的受損狀態表達式，W2為所述第=評價指標的權重，t1表示動素i的持 續時間，k表示所述動素的總個數，m表示動素i所對應的肢殘者運動關節總個數。
[0021] 作為進一步優選地，優選采用蟻群算法來求出綜合代價最小的目標序列。
[0022] 作為進一步優選地，對于步驟（4)而言，得出所述最大值的過程優選采取W下的 計算式來執行處理：
[0023]
[0024] 其中，g(i)表示待求出的所述最大值，by表示針對動素i所設及到的肢殘者身體 部位j的生物力學參數矩陣，為bU所對應的權重向量，W1為所述第一評價指標的權重， X1,表示針對動素i所設及到的肢殘者身體部位j的受損狀態表達式，W2為所述第=評價 指標的權重，ti表示動素i的持續時間，k表示所述動素的總個數，m表示動素i所對應的 肢殘者運動關節總個數。
[00巧]總體而言，按照本發明的W上技術方案與現有技術相比，主要具備W下的技術優 點：
[00%] 1、通過結合肢殘者本身的主要肢體特征指標和應用場合的特點，對作業系統更有 針對性地進行了全局描述，并能夠有效反映其內部交互關系及其各任務要素與作業內容的 相關度，克服了傳統任務描述方法的片面性，實現對作業系統的全面且準確的描述。
[0027] 2、尤其是，本發明選擇采用關鍵動素來作為肢殘者作業能力評價的重要指標，同 時對其求解過程進行了相應研究和設計，W此方式能夠避免后期海量數據的處理，減少無 關信息對能力評價效率的干擾，實現高信度與高效度的作業能力評價。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明所構建的基于關鍵動素的肢殘者作業能力評價方法的基本流程圖；
[0029] 圖2為本發明所構建的作業描述體系圖；
[0030] 圖3為用于表示肢殘者S維屬性的結構示意圖；
[0031] 圖4為按照本發明優選實施方式的動素序列自動生成算法的流程圖；
[0032] 圖5為作為本發明示范例用于解釋動素序列的有向圖；
[0033] 圖6為按照本發明優選實施方式的目標序列識別的流程圖；
[0034] 圖7是按照本發明優選實施方式且用于某應用場合的整體作業能力評價過程的 流程示意圖。
【具體實施方式】
[0035] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0036] 如同本申請【背景技術】所分析地，針對現有技術中對于肢殘者作業能力評價方案中 所存在的各種不同，如圖1中所示，本發明提出的作業能力評價方法具體分為任務要素集 的劃分與描述、動素序列自動生成、動素的=級指標體系、關鍵動素識別、基于關鍵動素的 仿真與測量W及能力評價等主要基本處理步驟。下面將參照圖7中給出的一個優選實施方 式并結合肢殘者搬運貨物的具體應用場景來逐一進行解釋說明。
[0037] 首先，在步驟一，為實現對肢殘者作業能力的準確預測和評價，應當對整個作業系 統做出全面準確的描述，本發明構建出=個作業要素類涵蓋作業系統的各個方面，基于作 業要素類建立作業對應的多元要素集，各要素集的元素均采用結構化描述量。
[0038] 具體而言，本發明中首先構建包括作業實體、作業本體和作業空間在內的=個作 業要素類，由此建立對待執行作業系統進行全面描述的多元任務要素集，其中：作業實體要 素類包括=個要素集，即具備作業對象名稱、作業對象形狀和作業對象尺寸運=個元素的 作業對象要素集，具備作業工具名稱、作業工具尺寸、作業工具操作方式和作業工具技能要 求運四個元素的作業工具要素集，W及具備肢殘者的肢體結構特征描述、肢殘者的運動學 特征描述和肢殘者的動力學特征描述運=個元素的肢殘者要素集；作業本體要素類包括兩 個要素集，