人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 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.

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1 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 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

2 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 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

3 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 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 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

4 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 图 3-20 人体骨杠杆

5 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 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 。 3-5 3.7.2 主要关节的活动范围

6 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 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

7 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 表 3-5 （续） 表 3-5 （续） 重要活动范围和身体各部舒适姿势的调节范围

8 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 人体各部分的活动范围 人体各部分的活动范围

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13 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 3.7.3 肢体的出力范围  1 、肌力  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 0.01 ～ 0.02N ，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 3-6见表 3-6  2 、操作力  2 、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。

14 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 表 3 — 6 身体主要部位肌肉所产生的力（单位： N ， 20 ～ 30 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% 。

15 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征  （１）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图 3-21 和图 T2  （２）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 3-22  （３）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 T1 3-7  （４）坐姿时，下肢不同位置上的蹬力大小。 如图 3—23(a) 和 3-23(b) 3—23(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 T3 T4

16 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 图 3-21 立姿弯臂时的力量分布 180° 图 T2 返回

17 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 图 3-22 立姿直臂时拉力和推力分布 拉力 推力 返回

18 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 图 T1 坐姿时手臂的操纵力的测试方位 返回

19 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 表 3 — 7 表 3 — 7 手臂在坐姿下对不同角度和方向的操纵力（单位： N ） 返回

20 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 图 3-23 不同体位下的蹬力 返回

21 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征

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23 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征

24 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 图 T3 图 T4 结论：由最大值衰减到 1/4 ，只需要４ min ，操作力＜＝最大肌力的 20 ％， 不容易疲劳, 操作力＝最大肌力的 15 ％, 操作可无限持续。 返回

25 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 图 T5 影响人体能的因素

26 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 3.7.4 肢体的动作速度与频率 １、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） ２、动作频率 取决于动作部位和动作方式。参阅表 3-8 。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 B5参阅表 B5

27 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 表 3 — 8 人体各部位动作速度与频率限度 返回

28 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 表 B5 人体各部分的最大运动频率 返回

29 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 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。

30 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 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（ t z ）和动作时间（ t d ）组成。 即 RT=t z +t d 简单反应时间、选择反应时间、析取反应时间

31 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 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。参阅表 3-9 。 3-9 （ 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

32 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 人对各种不同性质刺激的反应时间是不同的， 见表 125 。 125 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。参阅表 3-10 。 3-10 。 “ 不可减的最少限 ” ：反应时间不再减少的刺激强度 增量的上限值。

33 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 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、信噪比及频率 的对比程度越强，反应时间越短； （ 2 ）刺激信号的刺激时间；参阅表 3-11 3-11 （ 3 ）刺激的数目、颜色；表 3-12 B表 3-12 B （ 4 ）显示器及操纵器的设计。

34 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 习俗、个体差异（性别、年龄）、疲劳等个人生 理、心理状况。 年 龄 2030405060 反应时间相对值 100104112116161 年龄与反应时间的关系 4. 人的主体因素

35 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 表 3-9 不同感觉器官的反应时间 表 3-9 不同感觉器官的反应时间 感觉器官反应时间（ ms ） 触觉 110-160 听觉 120-160 视觉 150-200 冷觉 150-230 温觉 180-240 嗅觉 210-390 痛觉 400-1000 味觉 330-1100 返回

36 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 刺 激反应时间（ ms ） 光 电 击 声 音 光 和 电击 光 和 声音 声音和电击 光、声和电击 176 143 142 131 127 对各种刺激的反应时间 返回

37 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 表 3-10 不同强度刺激的反应时间 返回

38 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 表 3-11 光刺激时间对反应时间的影响 表 3-12 可选择的刺激数目对反应时间的影响 光刺激持续 时间 36122448 反 应 时 间 191189187184 刺激选择数 目反应时间 （ ms ） 1 187 2 316 3 364 4 434 5 485 6 532 7 570 8 603 9 619 10 622 返回

39 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 要辨别 的刺激 白和黑红和绿红和黄红和橙 红和橙 （加 25% 红） 红和橙 （加 50% 红） 红和橙 （加 75% 红） 10 和 13mm 线段 10 和 12.5mm 线段 平均反 应时间 （ ms ） 197208217246252260271296298 要辨别 的刺激 10 和 12mm 线段 10 和 11.5mm 线段 10 和 11mm 线段 10 和 10.5mm 线段 相差 16Hz 纯 音 相差 12Hz 纯 音 相差 8Hz 纯 音 相差 4Hz 纯 音 平均反 应时间 （ ms ） 305313324345290299311334 B 刺激的辨别难度对反应时间的影响 返回

40 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 1. 动作特点 表 3-13 表 3-13 2. 目标距离：距离增加， T d 增长，宽度增加，距离增加 T d 缩短。 3. 运动方向 图 3-24 图 3-25 图 3-24 图 3-25 4. 动作轨迹特征 动作轨迹特征 5. 负荷重量：最大运动速度与负荷重量成反比。 3.8.2 运动速度 用完成动作的时间来评定（ T d ）

41 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 1 1 其他功能其他功能 2 2 3 3 4 4 5 5 6 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

42 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 表 3-13 人体各部位动作一次的最少平均时间 动作部位动作特点最少平均时间 /s 手 抓取 直线的 曲线的 0.07 0.22 旋转 克服阻力 不克服阻力 0.72 0.22 脚 直 线 的 克服阻力的 0.36 0.72 腿 直 线 的 脚 向侧 面 0.36 0.72 ～ 1.46 躯干 弯 曲 倾 斜 0.72 ～ 1.62 1.26 返回

43 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 出手距离（ cm ） 204060 平均反应时间 （ ms ） 525596670 标准差（ ms ） 507174 反应动作距离与动作时间 返回

44 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 手向各方向运动时间差异 图 3-24 手向各方向运动时间差异 返回

45 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 不同区域内手指敲击运动速度差异 图 3-25 不同区域内手指敲击运动速度差异 返回

46 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 3.8.3 运动准确性 12 3 4 运动时间、运动类型、运动方向、操作方式 速度越慢， 准确性越高 见图 3-26图 3-26 正前方盲目定位 准确性最高；右 方优于左方；同 一方位，下中方 优于上方。 水平方向，左 右运动； 垂直方向，上 下运动； 见图 3-29 运动速 度与准 确性 见图 3-27盲目定位的准确性 见图 3-28运动方向与准确性 操作方式 与准确性

47 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 速度 — 准确性特性曲线 图 3-26 速度 — 准确性特性曲线 返回

48 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 不同方位盲目定位运动准确性 图 3-27 不同方位盲目定位运动准确性 返回

49 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 图 3-28 手臂运动方向对连续控制运动准确性影响 返回

50 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征 不同控制操作方式对准确性影响 图 3-29 不同控制操作方式对准确性影响 返回

51 人机工程学 Ergonomics 第三章 人体感知与运动特征