1、人机工程学人机工程学 Ergonomics第五章第五章 人体生物力学与施力特征人体生物力学与施力特征5.1.1 人体人体运动系统运动系统v 骨 运动的杠杆v 关节 运动的枢纽v 肌肉 运动的动力5.1 人体运动与骨杠杆人体运动与骨杠杆三者在神经系统的支配和调节下协调一致，随着人的意志，共同准确地完成动作。人机工程学人机工程学 Ergonomics第五章第五章 人体生物力学与施力特征人体生物力学与施力特征5.1.2 骨的功能和骨杠杆骨的功能和骨杠杆（ 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.骨的功能骨的功能人机工程学人机工程学 Ergo
2、nomics第五章第五章 人体生物力学与施力特征人体生物力学与施力特征根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）三者不同的位置分布，分为：见图 5-1（ 1）平衡杠杆 （ 2）省力杠杆（ 3）速度杠杆：用力大，但运动速度快v 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，在设计操纵动作时，必须考虑这一原理。2. 骨杠杆骨杠杆人机工程学人机工程学 Ergonomics第五章第五章 人体生物力学与施力特征人体生物力学与施力特征图图 5-1 人体骨杠杆人体骨杠杆 （ a）平衡杠杆（）平衡杠杆（ b）省力杠杆（）省力杠杆（ c）速度杠杆）速度杠杆 返回人
3、机工程学人机工程学 Ergonomics第五章第五章 人体生物力学与施力特征人体生物力学与施力特征5.2人体生物力学模型人体生物力学模型5.2.1 人体生物力学建模原理人体生物力学建模原理生物力学模型是用数学表达式表示人体机械组成各部分之间的关系。在这个模型中，肌肉骨骼系统被看做机械系统中的联接，骨骼和肌肉是一系列功能不同的杠杆。生物力学模型可以采用物理学和人体工程学的方法来计算人体肌肉和骨骼所受的力，通过这样的分析就能帮助设计者在设计时清楚工作环境中的危险并尽量避免这些危险。人机工程学人机工程学 Ergonomics第五章第五章 人体生物力学与施力特征人体生物力学与施力特征生物力学模型的基本
4、原理建立在牛顿的三大定律上：（ 1）物体在无外力作用下会保持匀速直线运动或静止状态；（ 2）物体的加速度跟所受的合外力大小成正比；（ 3）两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。人机工程学人机工程学 Ergonomics第五章第五章 人体生物力学与施力特征人体生物力学与施力特征当身体及身体的各个部位没有运动时，可认为它们处于静止状态。必须满足以下条件：作用在这个物体上的外力大小之和为零；作用在该物体上的外力的力矩之和为零。单一部位的静止平面模型（又称为二维模型），通常指的是在一个平面上分析身体的受力情况。静止模型认为身体或身体的各个部分如果没有运动就处于静止状态
5、。单一物体的静止平面模型是最基础的模型，它体现了生物力学模型最基本的研究方法。复杂的三维模型和全身模型都建立在这个基本模型上。人机工程学人机工程学 Ergonomics第五章第五章 人体生物力学与施力特征人体生物力学与施力特征5.2.2 前臂和手的生物力学模型前臂和手的生物力学模型图图 5-2 抓捏物体时前臂和手的生物力学简化模型抓捏物体时前臂和手的生物力学简化模型（肘部受力） =0 （ 5-3） （肘部总力矩） =0 （ 5-4）人机工程学人机工程学 Ergonomics第五章第五章 人体生物力学与施力特征人体生物力学与施力特征5.2.3 举物时腰部生物力学模型举物时腰部生物力学模型图图 5
6、-3 举物时腰部的生物力学静止平面模型举物时腰部的生物力学静止平面模型（ L5/S1腰骶间盘力矩） =0 （ 5-7）（ L5/S1腰骶间盘受力） =0 （ 5-8）解得腰骶间盘所受的压力达到 5458N，大多数工人的腰骶间盘都无法承受这个压力水平。主要因素： 货物的重力 和 货物的位置到脊柱重心的距离 。其它因素还有： 躯体扭转的角度、货物的大小和形状、货物移动的距离 等。人机工程学人机工程学 Ergonomics第五章第五章 人体生物力学与施力特征人体生物力学与施力特征骨与骨之间除了由关节相连外，还由 肌肉和韧带联接在一起。因韧带除了有联接两骨、增加关节的稳固性的作用外，还有限制关节运动的作用。因此，人体各关节的活动有一定的限度，超过限度，将会造成损伤。5.3.1 主要关节的活动范围主要关节的活动范围5.3 人体的施力特征人体的施力特征另外，人体处于舒适时，关节必然处在一定的舒适调节范围内。表 5-1为人体重要活动范围和身体各部姿势调节范围，表中的身体部位及关节名称可参考相应的示意图 5-4。
