A dynamic muscle fatigue model and its application for ergonomic analysis
Modélisation de la fatigue musculaire dynamique et son application pour l’analyse ergonomique
Résumé
The work presented in this thesis focuses on the study of muscle fatigue in dynamic situations. We pay attention to the effect of the fatigue at joints level, and apply this study in the field of ergonomics in industry. Traditional models of muscle fatigue do not allow an efficient implementation to predict muscle disorders because they focus on the chemical and biophysical factors. These models are characteristic of an individual and difficult to generalize to a population. In addition, most of them are concentrated in static situations. The work presented here makes a significant and original contribution and it can predict the muscle fatigue in dynamic situations. This new model offers features including the use of a very small number of parameters compared to existing models. Furthermore, their identification is performed non-invasively. We developed an experimental procedure to characterize the properties of muscles groups and joints associated with a motion generator can identify the inertial effects of the moving member. We present the experiment that validates the muscle model fatigue through the simulation of particular movements of the arm. This allowed us to obtain data on muscle strength and movement of the elbow and shoulder. This model is then applied in the field of ergonomics. We present a model for calculating the maximum working time (DMET) in the context of dynamic tasks and we compare it with other models of maximum working hours (MET). We study muscle fatigue during operations to push / pull simulating a drilling operation. From the simulation of fatigue, we have noted that the appearance of fatigue of the elbow is faster than the shoulder. The results of our study can be used in industry to evaluate muscle fatigue and avoid the appearance of musculoskeletal disorders (MSDs).
Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude de la fatigue musculaire pour des situations dynamiques. Nous regardons l'effet de cette fatigue au niveau des articulations, et appliquons cette étude dans le domaine de l'ergonomie en milieu industriel. Les modèles classiques de fatigue musculaire ne permettent pas une application efficace pour prédire les troubles musculaires car ils se concentrent sur les aspects chimiques et biophysiques: ces modèles sont caractéristiques d'un individu et difficilement généralisables à une population donnée. Par ailleurs, la plupart se concentrent dans des situations statiques. Le travail présenté ici apporte une contribution significative et originale sur la prédiction de la fatigue musculaire dans des situations dynamiques. Ce nouveau modèle présente notamment les caractéristiques d'utiliser un nombre de paramètres très réduit en comparaison aux modèles existants. De plus, leur identification est réalisée de manière non invasive. Nous avons mis en place une procédure expérimentale permettant de caractériser les propriétés de groupes de muscles associés à des articulations ainsi qu'un générateur de mouvements pouvant identifier les effets inertiels des membres en mouvement. Nous présentons l'expérience visant à valider le modèle de fatigue musculaire à travers la simulation de mouvements particuliers du bras. Cela nous a permis d'obtenir des données sur les capacités musculaires et sur les mouvements du coude et de l'épaule. Ce modèle est par la suite appliqué dans le domaine l'ergonomie. Nous présentons un modèle de calcul de la durée maximale de travail (DMET) dans le contexte de tâches dynamiques et nous le comparons avec d'autres modèles de la durée maximale de travail (MET). Nous étudions la fatigue musculaire lors d'opérations de pousser/tirer simulant une opération de perçage. À partir de la simulation de la fatigue, nous avons pu remarquer que l'apparition de la fatigue du coude est plus rapide que celle de l'épaule. Les résultats de notre étude pourront être utilisés dans le monde industriel pour évaluer la fatigue musculaire et éviter l'apparition de troubles musculo-squelettiques (TMS).
Loading...