第三章人体感知与运动特征3.ppt

3.7运动系统的机能及其特征,骨运动的杠杆关节运动的枢纽肌肉运动的动力,3.7.1骨的功能和骨杠杆,（1）支撑人体（2）保护内脏（3）运动的杠杆（4）造血（5）储备矿物盐：主要是磷和钙等。,1.骨的功能,根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）三者不同的位置分布，分为：见图3-20（1）平衡杠杆（2）省力杠杆（3）速度杠杆：用力大，但运动速度快由等功原理，得之于力则失之于幅度，反之亦然。因此，最大的力量与最大的运动范围两者是相矛盾的。,2.骨杠杆,图3-20人体骨杠杆,关节的活动范围有一定的限度，人体处于舒适时，关节必然处在一定的舒适调节范围内，参阅表3-5。,3.7.2主要关节的活动范围,表3-5重要活动范围和身体各部舒适姿势的调节范围,10.下摆、上摆,表3-5（续）重要活动范围和身体各部舒适姿势的调节范围,人体各部分的活动范围,人体上部及上肢固定姿势活动角度范围,2运动方向与运动速度,肢体在不同方向上的运动快慢有所差异。,图5-8右手在水平面内8个方向上运动时间的对比,12,运动时,运动时指从人的外部反应运动开始到运动完成的时间间隔。,运动时因运动部位、运动形式、距离、阻力、准确度、难度等而不同。因此各种操作运动的时间不属于人体功能数据，而属于操纵设计中的肢体运动数据。,13,三、肢体的运动输出特性,（一）运动速度与频率,1人体运动部位、运动形式与运动速度,表5-11完成一次动作的最少平均时间（单位：ms）,14,4运动频率,表5-12人体各部位的最高运动频率（单位：次/s）,15,3.7.3肢体的出力范围,1、肌力：肌肉的力量来自肌肉收缩，肌肉收缩时产生的力称为肌肉力。人的一条肌纤维所发挥的力量约为0.010.02N，肌力是多条肌纤维的收缩力总和。人体肌肉的生理特征。见表3-62、操作力：在作业中，为了达到操作效果，操作者有关部位（手、脚、躯干等）所施出的一定大小的力。决定因素：肌力、施力的姿势、部位、方式和方向。,表36身体主要部位肌肉所产生的力（单位：N，2030岁）,返回,结论：女性的肌力比男性底20%30%，右手比左手强10%，而习惯有左手的人，其左手的肌力比右手强6%7%。,（）在直立姿势下弯臂时，不同角度时的力量分布；如图3-21和图T2（）在直立姿势下臂伸直时，不同角度位置上拉力和推力的分布；如图3-22（）在坐姿下手臂在不同角度和方向上的推力和拉力；如图T1，如表3-7（）坐姿时，下肢不同位置上的蹬力大小。如图323(a)和3-23(b)注:肢体所施力量的大小，与持续时间有关.如图T3和图T4,图3-21立姿弯臂时的力量分布,180,图T2,返回,图3-22立姿直臂时拉力和推力分布,拉力,推力,返回,图3-23不同体位下的蹬力,返回,图T5影响人体能的因素,3.7.4肢体的动作速度与频率,、动作速度(1)肢体肌肉收缩的速度：不同的肌肉，肌力、阻力；(2)动作方向和动作轨迹等特征(动作特征）、动作频率取决于动作部位和动作方式。参阅表3-8。,3、人体动作的灵活性：是指操作时动作速度和频率，由人体的生物力学特性所决定。人体重量轻的部位比重的部位、短的部位比长的部位、肢体末端比主干部位的动作更灵活。因此，设计机器及其操纵装置时，应当充分考虑人体动作灵活性的特点。参阅表B5,3.8人的运动输出,人的信息输出方式：语言输出、运动输出。,运动输出的质量指标：反应时间、运动速度和准确性。,3.8.1反应时间,反应时间（RT）:又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应的时间间隔。它由反应知觉时间（tz）和动作时间（td）组成。即RT=tz+td,简单反应时间、选择反应时间、析取反应时间,1.不同的感觉器官（不同性质的刺激）（1）不同的感觉器官简单反应的时间不同；以触觉与听觉最优，视觉次之。（2）同一感觉器官接受的刺激不同，反应时间不同；（3）相同感觉器官接受相同的刺激，不同部位反应时间不同。,影响反应时间的主要因素,人对各种不同性质刺激的反应时间是不同的。,2.刺激信号的性质和强度,对于同一种性质的刺激来说，一般情况是对弱刺激的反应时间较长，刺激增加到中等强度与极强时，反应时间短。刺激方式影响反应时间。,3.刺激的清晰度和可辩性（环境影响）,（1）信号与背景的亮度、颜色对比程度越强，反应时间越短；（2）刺激信号的刺激时间；（3）刺激的数目、颜色；（4）显示器及操纵器的设计。,习俗、个体差异（性别、年龄）、疲劳等个人生理、心理状况。,年龄与反应时间的关系,4.人的主体因素,表3-9不同感觉器官的反应时间,返回,1,其他功能,2,3,4,5,6,人体躯干和肢体在水平面的运动比在垂直面的运动速度快。,垂直方向的操纵动作，从上往下的运动速度比从下往上的运动速度快。,水平方向的操纵动作，前后运动速度比左右运动速度快，旋转运动比直线运动更灵活。,顺时针方向的操作动作比逆时针方向的操作动作，速度更快，更加习惯。,一般人的手操纵动作，右手比左手快，而右手的动作，向右运动比向左运动快。,向身体方向的运动比离开身体方向的运动，速度更快，但后者的准确性高。,返回,表3-13人体各部位动作一次的最少平均时间,返回,手工具的使用方式，主要指使用手工具时的姿势、体位。,令人唏嘘感叹、让人凝首深思的镰刀！,a）直身作业高效轻松b）弯腰拱背又苦又累,图6-13弯腰收割的镰刀和直身作业的推铲,39,唐玄奘西天取经图,此图源于古籍，评价一下：,背包和伞的人机工程水平如何？,40,二、操纵器设计的一般人机学原则,尺寸形状适合手脚尺寸及解剖学条件。操作力、操作方向、速度、行程、准确度控制要求，与人体特性适应。不同操纵器易于识别，避免互相混淆。操作体位合理，减轻疲劳和厌倦感。操纵器与显示器有正确的互动协调关系；且与人的自然行为倾向一致。形状美观、式样新颖，结构简单。合理设计多功能操纵器。,41,三、操纵器的形状和式样,手握部位持握牢靠、方便、无不适感。脚控操纵器便于施力，踝关节的活动不大于25。式样便于使用，便于施力。有定位的操纵器，有标记或止动限位机构，或设置自锁、连锁机构。形状最好能对功能有隐喻、暗示，以利于辨认和记忆。,42,四、操纵器的尺寸和操作行程,操纵器上手脚握持、触压部位的尺寸，与手脚尺寸适应；操作行程，与人的关节、肢体活动范围适应。,图5-13操纵器尺寸与人体尺寸的关系,手轮轮缘直径2530mm；手轮一次转动角度不超过120。操纵杆球形杆端球径3250mm：长度150250mm的短操纵杆，左右转动角度不大于45，前后转动角度不大于30；长度500700mm的长操纵杆，转动角度1015。,43,44,（三）施力体位与操纵依托支点,1.合理的施力体位,施力的身体姿势、施力位置、指向等综合因素称为施力体位，应合理。,2避免静态施力,工作中肌肉交替地收缩和放松，才能在血液循环中维持正常的新陈代谢。,肌肉固定在收缩状态下持续用力，称为静态施力。静态施力中肌肉的血液循环与代谢受阻，易感觉酸累，无法持续，应避免。,3提供操纵依托支点,为操作能平稳准确，应使施力肢体获得支撑：肘部作为前臂和手关节运动时的依托支点。前臂作为手关节运动时的依托支点。手腕作为手指运动时的依托支点。脚后跟作为踝关节运动时的依托支点。,脚踏板,45,2大小编码（尺寸编码）,通过操纵器尺寸的差异来使之互相易于区别。,大小编码一般只能分为大、中、小3个档级。,3色彩编码,一般只用红、黄、蓝、绿及黑、白等有限几种色彩用于色彩编码。,4位置编码,把操纵器安置在不同位置，以避免混淆。最好不用眼看能伸手举脚操作而不错位。,色彩编码,位置编码,47,5操作方法编码,用不同操作方法（按压、旋转、扳动、推拉等）、操作方向等因素进行编码识别。,6字符编码,以文字、符号作标示的编码方法。优点：编码量可以很大；缺点：要求较高照明，不易快速识别。,操作方法编码,字符编码,48,（四）计算机键盘,计算机键盘上按键的设计相对完善，但键盘整体仍存在人机学问题。,1字符和按键的排布,“柯蒂（Qwerty）”键盘存在三方面的宜人性缺陷。,打英文读物左右手负担比例为57:43，对人群多数的“右撇子”不利。,A、S、I、O等常用字母由不灵活的小指、无名指敲击，分配不合理。,顶行的E、U、I、O属常用字母，要移动手部才能敲击，费时，不便。,1932年就有Dvorak的改进键盘问世，由于人们的“惯性”而未能流行。,图5-25Qwerty键盘和Dvorak键盘,49,二、转动式操纵器,（一）旋钮,多样的造型方案。,图5-27定向指示旋钮的造型,50,有利于施加操作力矩,有利于捏握转动操作,a）避免操作干扰的尺寸关系b）产生操作干扰的几种情况,图5-28三层旋钮的尺寸关系和操作干扰,图5-30手轮的造型方案（图下数字为手轮适合的直径，mm）,多样的造型方案,52,适于抓握操作手轮（方向盘）轮缘及手轮手柄与人手尺寸适合，形状适合手的解剖特性。,图5-33手柄的形状及其解剖学分析,*课堂讨论琢磨琢磨，图5-33的6种手柄形状中，哪种最好？为什么？,53,图5-50开关与灶眼的对应,图5-51指引线增强主从对应性,54,（五）遵循右旋螺纹运动的规则,符合右旋运动规则的操控关系一般是协调的。,图5-52符合右旋螺纹规则的主从关系,55,2手工具的一般人机学要求,手工具的大小、形状、表面状况与人手的尺寸和解剖条件适应。使用时能保持手腕顺直；避免掌心受压过大；尽量由手部的大小鱼际肌、虎口等部位分担压力。避免手指反复的弯曲扳动操作；避免或减少肌肉的“静态施力”。使用手工具的姿势、体位自然、舒适，符合手和手臂的施力特性。工具使用中不能让同一束肌肉既进行精确控制，又出很大的力量；即负担准确控制的肌肉，和负担较大出力的肌肉应互相分开。注意照顾女性、左手优势者等群体的特性和需要。,OXO好帮手五金工具系列设计师SmartDesignandOXOInternational委托企业OXOInternational包含20个创新工具，舒适易用。如拔钉锤顶部有柔软缓冲层，拔出钉子后在物体表面不留痕迹。多功能剪刀有弹簧手柄，避免手部受伤。多功能到易于更换刀片，2007全球产品设计大奖赛获奖,56,二、几种手工具,（一）钢丝钳等双握把工具,a）用传统钳把手腕尺侧偏b）改进设计后手腕顺直,图6-4钢丝钳：传统设计与改进设计,工人们长期使用后的结果，见图6-5。,图6-5两种钢丝钳使用者中腱鞘炎患者比例,57,（二）刀、锤、手工钢锯,示例1：握柄弯曲的工具，图6-7,示例2：使用老式手弓锯中的问题，图6-8,图6-7握柄弯曲的工具,图6-8使用时两手腕均有偏屈,58,（三）旋拧工具的握把,螺钉旋具握把应做出光滑圆润不硌手的凹凸纹槽。不同纹槽把手旋拧力矩的对比见图6-9。,好把手应