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1、第三章人体感知与运动特征第三章人体感知与运动特征本讲稿第一页，共五十一页3.7.1 3.7.1 3.7.1 3.7.1 骨的功能和骨杠杆骨的功能和骨杠杆骨的功能和骨杠杆骨的功能和骨杠杆 （1 1）支撑人体）支撑人体 （2 2）保护内脏）保护内脏 （3 3）运动的杠杆）运动的杠杆 （4 4）造血）造血 （5 5）储备矿物盐：主要是磷）储备矿物盐：主要是磷 和钙等。和钙等。1.1.1.1.骨的功能骨的功能骨的功能骨的功能本讲稿第二页，共五十一页 根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）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：见图三者不同的位置分布，分为：见图3-203-2
2、0（1 1）平衡杠杆）平衡杠杆 （2 2）省力杠杆）省力杠杆（3 3）速度杠杆：用力大，但运动速度快）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。此，最大的力量与最大的运动范围两者是相矛盾的。2.2.2.2.骨杠杆骨杠杆骨杠杆骨杠杆本讲稿第三页，共五十一页图图图图3-20 3-20 3-20 3-20 人体骨杠杆人体骨杠杆人体骨杠杆人体骨杠杆本讲稿第四页，共五十一页 关节的活动范围有一定的限度，人体处于舒适时，关节必然关节的活动范围有一定的限度，人体处于舒适时，关节必
3、然处在一定的舒适调节范围内，参阅表处在一定的舒适调节范围内，参阅表3-53-5。3.7.2 3.7.2 3.7.2 3.7.2 主要关节的活动范围主要关节的活动范围主要关节的活动范围主要关节的活动范围本讲稿第五页，共五十一页 表表表表3-5 3-5 3-5 3-5 重要活动范围和身体各部舒适姿势的调节范围重要活动范围和身体各部舒适姿势的调节范围重要活动范围和身体各部舒适姿势的调节范围重要活动范围和身体各部舒适姿势的调节范围10.下摆、上摆下摆、上摆本讲稿第六页，共五十一页 表表表表3-53-53-53-5（续）（续）（续）（续）重要活动范围和身体各部舒适姿势的调节范围重要活动范围和身体各部舒适
4、姿势的调节范围本讲稿第七页，共五十一页 人体各部分的活动范围人体各部分的活动范围人体各部分的活动范围人体各部分的活动范围本讲稿第八页，共五十一页人人人人体体体体上上上上部部部部及及及及上上上上肢肢肢肢固固固固定定定定姿姿姿姿势势势势活活活活动动动动角角角角度度度度范范范范围围围围本讲稿第九页，共五十一页本讲稿第十页，共五十一页本讲稿第十一页，共五十一页本讲稿第十二页，共五十一页3.7.3 3.7.3 3.7.3 3.7.3 肢体的出力范围肢体的出力范围肢体的出力范围肢体的出力范围vv1 1 1 1、肌力、肌力、肌力、肌力：肌肉的力量来自肌肉收缩，肌肉的力量来自肌肉收缩，肌肉肌肉收缩时产生的力称
5、为肌肉力。收缩时产生的力称为肌肉力。人的一条肌纤维人的一条肌纤维所发挥的力量约为所发挥的力量约为0.010.010.020.02N N，肌力是，肌力是多条肌纤维的收缩力总和。人体肌肉的生多条肌纤维的收缩力总和。人体肌肉的生理特征。理特征。见见表表3-63-6vv2 2 2 2、操作力、操作力、操作力、操作力：在作业中，为了达到操作效果，在作业中，为了达到操作效果，操作者有关部位（手、脚、躯干等）所施出操作者有关部位（手、脚、躯干等）所施出的一定大小的力。的一定大小的力。v决定因素：肌力、施力的姿势、部位、方式和决定因素：肌力、施力的姿势、部位、方式和方向。方向。本讲稿第十三页，共五十一页表表3
6、6 36 身体主要部位肌肉所产生的力（单位：身体主要部位肌肉所产生的力（单位：N N，20203030岁）岁）返回返回结论：女性的肌力比男性底结论：女性的肌力比男性底20%30%，右手比左手强，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，而习惯有左手的人，其左手的肌力比右手强 6%7%。本讲稿第十四页，共五十一页v（）在直立姿势下弯臂时，不同角度时的力量分布；（）在直立姿势下弯臂时，不同角度时的力量分布；如如图图3-213-21和图和图T2T2v（）在直立姿势下臂伸直时，不同角度位置上拉力和（）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；如图推力的分布；如图3-22
7、3-22v（）在坐姿下手臂在不同角度和方向上的推力和拉力；如（）在坐姿下手臂在不同角度和方向上的推力和拉力；如图图T1T1，如表，如表3-73-7v（）坐姿时，下肢不同位置上的蹬力大小。（）坐姿时，下肢不同位置上的蹬力大小。如图如图323(323(a)a)和和3-23(3-23(b)b)v注注:肢体所施力量的大小，与持续时间有关肢体所施力量的大小，与持续时间有关.如图如图T3T3和图和图T4T4本讲稿第十五页，共五十一页图3-21 立姿弯臂时的力量分布立姿弯臂时的力量分布180图图T2T2返回返回本讲稿第十六页，共五十一页 图图图图3-22 3-22 3-22 3-22 立姿直臂时拉力和推力分
8、布立姿直臂时拉力和推力分布立姿直臂时拉力和推力分布立姿直臂时拉力和推力分布拉力拉力推力推力返回返回本讲稿第十七页，共五十一页图图图图T1 T1 坐姿时手臂的操纵力的测试方位坐姿时手臂的操纵力的测试方位坐姿时手臂的操纵力的测试方位坐姿时手臂的操纵力的测试方位返回返回本讲稿第十八页，共五十一页 表表表表37 37 37 37 手臂在坐姿下对不同角度和方向的操纵力（单位：手臂在坐姿下对不同角度和方向的操纵力（单位：N N）返回返回本讲稿第十九页，共五十一页图图图图3-23 3-23 3-23 3-23 不同体位下的蹬力不同体位下的蹬力不同体位下的蹬力不同体位下的蹬力返回返回本讲稿第二十页，共五十一页
9、本讲稿第二十一页，共五十一页本讲稿第二十二页，共五十一页本讲稿第二十三页，共五十一页图图T3T3图图T4T4结论：由最大值衰减到结论：由最大值衰减到1/4，只需要，只需要min，操作力最大肌力的操作力最大肌力的20，不容易疲劳不容易疲劳,操作力最大肌力的操作力最大肌力的15,操作可无限持续。操作可无限持续。返回返回本讲稿第二十四页，共五十一页 图图T5 T5 影响人体能的因素影响人体能的因素影响人体能的因素影响人体能的因素本讲稿第二十五页，共五十一页3.7.4 3.7.4 3.7.4 3.7.4 肢体的动作速度与频率肢体的动作速度与频率肢体的动作速度与频率肢体的动作速度与频率、动作速度、动作速
10、度 (1)(1)肢体肌肉收缩的速度：不同的肌肉，肌力、肢体肌肉收缩的速度：不同的肌肉，肌力、阻力；阻力；(2)(2)动作方向和动作轨迹等特征动作方向和动作轨迹等特征(动作特征）动作特征）、动作频率、动作频率 取决于动作部位和动作方式。取决于动作部位和动作方式。参阅表参阅表3-83-8。3 3、人体动作的灵活性、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
11、，应当充分考虑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。人体动作灵活性的特点。参阅表参阅表B5本讲稿第二十六页，共五十一页 表表38 38 人体各部位动作速度与频率限度人体各部位动作速度与频率限度返回返回本讲稿第二十七页，共五十一页表表表表B5 B5 B5 B5 人体各部分的最大运动频率人体各部分的最大运动频率人体各部分的最大运动频率人体各部分的最大运动频率返回返回本讲稿第二十八页，共五十一页3.8 3.8 人的运动输出人的运动输出人的信息输出方式人的信息输出方式：语言输出、运动输出。语言输出、运动输出。运动输出的质量指标运动输出的质量指标：反应
12、时间、运动速度和准确性反应时间、运动速度和准确性。本讲稿第二十九页，共五十一页3.8.1 3.8.1 3.8.1 3.8.1 反应时间反应时间反应时间反应时间v反应时间（反应时间（RTRT）:又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应的时间又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应的时间间间隔隔。它由反应知觉时间（。它由反应知觉时间（t tz z）和动作时间（）和动作时间（t td d）组成。）组成。即即 RT=tRT=tz z+t+td d简单反应时间、选择反应时间、析取反应时间简单反应时间、选择反应时间、析取反应时间本讲稿第三十页，共五十一页1.1.1.1.不同的感觉器官（不同性质的刺激）不同的感觉器官（
13、不同性质的刺激）不同的感觉器官（不同性质的刺激）不同的感觉器官（不同性质的刺激）（1 1）不同的感觉器官简单反应的时间不同；）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。参阅表以触觉与听觉最优，视觉次之。参阅表3-93-9。（2 2）同一感觉器官接受的刺激不同，反应时间不同；）同一感觉器官接受的刺激不同，反应时间不同；（3 3）相同感觉器官接受相同的刺激，不同部位反应时间不同。）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影响反应时间的主要因素影响反应时间的主要因素影响反应时间的主要因素本讲稿第三十一页，共五十一页 人对各种不同性质刺激的反应时间是
14、不同的，见表人对各种不同性质刺激的反应时间是不同的，见表125125。2.2.2.2.刺激信号的性质和强度刺激信号的性质和强度刺激信号的性质和强度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，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。参阅表反应时间短。刺激方式影响反应时间。参阅表3-103-10。“不可减的最少限不可减的最少限”：反应时间不再减少的刺激强度增：反应时间不再减少的刺激强度增量的上限值。量的上限值。本讲稿第三十二页，共五十一页3.3.3.3
15、.刺激的清晰度和可辩性（环境影响）刺激的清晰度和可辩性（环境影响）刺激的清晰度和可辩性（环境影响）刺激的清晰度和可辩性（环境影响）（1 1）信号与背景的亮度、颜色、信噪比及频率的）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；对比程度越强，反应时间越短；（2 2）刺激信号的刺激时间；参阅表）刺激信号的刺激时间；参阅表3-113-11 （3 3）刺激的数目、颜色；）刺激的数目、颜色；表表3-123-12 B B （4 4）显示器及操纵器的设计。）显示器及操纵器的设计。本讲稿第三十三页，共五十一页 习俗、个体差异（性别、年龄）、疲劳等个人生理、心习俗、个体差异（性别、年龄）、疲
16、劳等个人生理、心理状况。理状况。年年 龄龄202030304040505060反应时间相对值反应时间相对值100100104104112112116116161161年龄与反应时间的关系年龄与反应时间的关系年龄与反应时间的关系年龄与反应时间的关系 4.4.4.4.人的主体因素人的主体因素人的主体因素人的主体因素本讲稿第三十四页，共五十一页 表表表表3-9 3-9 3-9 3-9 不同感觉器官的反应时间不同感觉器官的反应时间不同感觉器官的反应时间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210-39
17、0痛觉400-1000味觉330-1100返回返回本讲稿第三十五页，共五十一页刺 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176143142142142131127对各种刺激的反应时间对各种刺激的反应时间返回返回本讲稿第三十六页，共五十一页表表3-10 3-10 不同强度刺激的反应时间不同强度刺激的反应时间返回返回本讲稿第三十七页，共五十一页表表表表3-11 3-11 3-11 3-11 光刺激时间对反应时间的影响光刺激时间对反应时间的影响光刺激时间对反应时间的影响光刺激时间对反应时间的影响表表表表3-12 3-12 3-12 3-12 可选择的刺激数目对
18、反应时间的影响可选择的刺激数目对反应时间的影响可选择的刺激数目对反应时间的影响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191189187184184刺激选择数目反应时间（ms）11872316336444345485653275708603961910622返回返回本讲稿第三十八页，共五十一页要要辨辨别别的刺激的刺激白和黑白和黑红和绿红和绿红和黄红和黄红和橙红和橙红红和和橙橙（加加25%25%红）红）红红和和橙橙（加加50%红）红）红红和和橙橙（加加75%红）红）10和和13mm线段线段10和和12.5mm线段线段平平均均反反应应时时间间（ms）197208
19、217246252260271296298要要辨辨别别的刺激的刺激10和和12mm线段线段10和和11.5mm线段线段10和和11mm线段线段10和和10.5mm线段线段相相 差差16Hz纯纯音音相相 差差12Hz纯纯音音相相 差差8Hz纯纯音音相相 差差4Hz纯纯音音平平均均反反应应时时间间（ms）305313324345290299311334 B B 刺激的辨别难度对反应时间的影响刺激的辨别难度对反应时间的影响返回返回本讲稿第三十九页，共五十一页 1.1.动作特点动作特点 表表3-133-13 2.2.目标距离目标距离：距离增加距离增加，T Td d增长，宽度增加，增长，宽度增加，T T
20、d d缩短。缩短。3.3.运动方向运动方向 图图3-243-24 图图3-253-25 4.4.动作轨迹特征动作轨迹特征 5.5.负荷重量负荷重量：最大运动速度与负荷重量成反比。：最大运动速度与负荷重量成反比。3.8.2 3.8.2 3.8.2 3.8.2 运动速度运动速度运动速度运动速度用完成动作的时间来评定（用完成动作的时间来评定（T Td d）本讲稿第四十页，共五十一页1其其他他功功能能23456 人体躯人体躯干和肢干和肢体在水体在水平面的平面的运动比运动比在垂直在垂直面的运面的运动速度动速度快快。垂直方垂直方向的操向的操纵动作，纵动作，从上往从上往下的运下的运动速度动速度比从下比从下往
21、上的往上的运动速运动速度快。度快。水平方水平方向的操纵向的操纵动作，前动作，前后运动速后运动速度比左右度比左右运动速度运动速度快，旋转快，旋转运动比直运动比直线运动更线运动更灵活。灵活。顺顺 时时 针针方方 向向 的的操操 作作 动动作作 比比 逆逆时时 针针 方方向向 的的 操操作作动动作作，速速 度度 更更快快，更更加加习习惯惯。一般人的一般人的手操纵动手操纵动作，右手作，右手比左手快，比左手快，而右手的而右手的动作，向动作，向右运动比右运动比向左运动向左运动快。快。向身体方向身体方向的运动向的运动比离开身比离开身体方向的体方向的运动，速运动，速度更快，度更快，但后者的但后者的准确性高。准
22、确性高。返回返回本讲稿第四十一页，共五十一页表表表表3-13 3-13 3-13 3-13 人体各部位动作一次的最少平均时间人体各部位动作一次的最少平均时间人体各部位动作一次的最少平均时间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0.070.070.220.22旋转克服阻力不克服阻力0.720.720.220.22脚直 线 的克服阻力的0.360.360.720.72腿直 线 的脚 向侧 面0.360.360.720.721.461.46躯干弯 曲倾 斜0.720.721.621.621.261.26返回返回本讲稿第四十二页，共五十一页出手距离（cm）2
23、04060平 均 反 应 时 间（ms）525596670标准差（ms）507174反应动作距离与动作时间反应动作距离与动作时间返回返回本讲稿第四十三页，共五十一页图图3-24 3-24 手向各方向运动时间差异手向各方向运动时间差异手向各方向运动时间差异手向各方向运动时间差异返回返回本讲稿第四十四页，共五十一页图图3-25 3-25 不同区域内手指敲击运动速度差异不同区域内手指敲击运动速度差异不同区域内手指敲击运动速度差异不同区域内手指敲击运动速度差异返回返回本讲稿第四十五页，共五十一页3.8.3 3.8.3 3.8.3 3.8.3 运动准确性运动准确性运动准确性运动准确性1234运动时间、运
24、动类型、运动方向、操作方式运动时间、运动类型、运动方向、操作方式速度越慢，准速度越慢，准确性越高确性越高 见见图图3-26正前方盲目定位准正前方盲目定位准确性最高；右方优确性最高；右方优于左方；同一方位，于左方；同一方位，下中方优于上方。下中方优于上方。水平方向，左右水平方向，左右运动；运动；垂直方向，上垂直方向，上下运动；下运动；见图见图3-29运动速运动速运动速运动速度与准度与准度与准度与准确性确性确性确性见图见图3-27盲目定位盲目定位盲目定位盲目定位的准确性的准确性的准确性的准确性见图见图3-28运动方向运动方向运动方向运动方向与准确性与准确性与准确性与准确性操作方式与操作方式与操作方
25、式与操作方式与准确性准确性准确性准确性本讲稿第四十六页，共五十一页图图3-26 3-26 速度速度速度速度准确性特性曲线准确性特性曲线准确性特性曲线准确性特性曲线返回返回本讲稿第四十七页，共五十一页图图3-27 3-27 不同方位盲目定位运动准确性不同方位盲目定位运动准确性不同方位盲目定位运动准确性不同方位盲目定位运动准确性返回返回本讲稿第四十八页，共五十一页图图图图3-28 3-28 3-28 3-28 手臂运动方向对连续控制运动准确性影响手臂运动方向对连续控制运动准确性影响手臂运动方向对连续控制运动准确性影响手臂运动方向对连续控制运动准确性影响返回返回本讲稿第四十九页，共五十一页图图3-29 3-29 不同控制操作方式对准确性影响不同控制操作方式对准确性影响不同控制操作方式对准确性影响不同控制操作方式对准确性影响返回返回本讲稿第五十页，共五十一页本讲稿第五十一页，共五十一页