文档介绍：人机学基础 ——人体生物力学特性
制作:孟现柱
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一、人体生物力学的一般知识
运动系统中的骨骼、关节和肌肉在神经系统支配下,使人体各部分完成一系列的运动。
(一)骨骼 1)人体骨骼全图
骨骼由颅骨、躯干骨、四肢骨三部分组成,是人体内部的支撑结构。人体全身约有206块骨,可分为头颅骨、上肢骨、下肢骨、躯干骨、脊椎骨等。
(一)骨骼 2)人体骨骼强度
1、在一定范围内,骨的应力一应变关系是线性的,服从虎克定律。
2、骨的密度比钢小得多,其各方向的强度也不如钢的大,但比花岗岩和洋松要高得多,具有强度高、重量轻的特点。
3、人体各部位骨的抗压强度最大,抗弯强度次之,抗扭强度最小。这对人体负重、搬运的研究和受力设计具有特别意义。
(一)骨骼 3)骨的功能
(1)骨构成体腔的壁,如头颅腔、胸腔、腹腔、盆腔等,以保护大脑、心、肺、肝、胆、脾胃、肾、肠及生殖器官等人体内脏。
(2)骨之间由关节连接构成骨骼,形成人体支架,支撑人体全身的重量,支撑人体的肌肉、皮肤、内脏一器官等软组织,骨骼与肌肉一块共同维持人体的外部形态。使人成为具有一定高度、宽度、厚度的实体。
(3)骨骼的骨髓腔和松质的腔隙中充填着骨髓,骨髓除具备造血功能外还是体内脂肪、钙、磷的储备仓库。
(4)肌肉在神经系统支配下产生收缩时,牵动着骨围绕着关节活动,使人体产生各种动作。因此,骨是人体活动的杠杆。
(一)骨骼 4)骨杠杆
在骨杠杆中,关节是支点,肌肉是力源,肌肉一与骨的附着点称为力点,作用于骨上的阻力(如操纵力、体重等)的作用点称为重点(即阻力点)。
(一)骨骼 4)骨杠杆
人体活动中主要的骨杠杆形式:
(1)平衡骨杠杆。人体支点位于重点与力点之间,类似天平秤的原理,例如通过寰枕关节调节头的姿势的运动。
(一)骨骼 4)骨杠杆
(2)速度骨杠杆,力点在重点和支点之间,阻力臂大于力臂,例如手执重物时肘的运动,此类杠杆的运动在人体中较常见。
(一)骨骼 4)骨杠杆
(3)省力骨杠杆。此类骨杠杆的重点位于力点与支点之间,例如足跟踩关节的运动。
由于杠杆中力与运动速度(或幅度范围)是矛盾的。因此,在人机系统操纵设计时,应充分考虑这一原理。
(二)关节
关节起骨间连接且能活动的作用。根据关节的活动范围,关节分为:球窝关节(可一个方向旋转,如肩关节和髋关节),滑车关节(只能向前或向后旋转,肘关节和指关节),微动关节(只能允许平面间或往返的运动,脊椎骨间关节)。