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1、第二章第二章 人体的人机学参数人体的人机学参数第二章第二章 人体参数人体参数内内 容容第一节第一节 人体尺寸测量人体尺寸测量 第二节第二节 人体的人机学参数计算人体的人机学参数计算第三节第三节 人体测量数据的应用人体测量数据的应用第一节第一节 人体尺寸测量人体尺寸测量l人体测量学是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。它是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，从而为各种安全设计、工业设计和工程设计提供人体测量数据。l本节主要介绍人体测量的基础知识。应该掌握“测量基准面”、“ 静态测量”和“动态测量”等一些基本概念。 一、人体尺寸测量的基础一、
2、人体尺寸测量的基础l人机工程学使用的成年人和青少年的人体测量术语由国标 GB/T 5703-2010(用于技术设计的人体测量基础项目)规定。l该标准还规定，只有在被测者姿势、测量基准面、测量方向、测点等符合下列5项要求的前提下，测量数据才有效。 1被测者姿势的要求l1）立姿l2）坐姿指被测者挺胸直立，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向体侧，手指轻贴大腿侧面，自然伸直，左、右足后跟并拢，两足前端分开，大致呈45o夹角，体重均匀分布于两足。1被测者姿势的要求l1）立姿l2）坐姿指被测者挺胸坐在被调节到腓骨头高度的平面上，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，左、
3、右大腿大致平行，膝弯屈大致成90o，足平放在地面上，手轻放在大腿上。2测量基准面的要求l人体测量基准面的定位是由三个互为垂直的轴（铅垂轴、纵轴、横轴）定的。l1）矢状面l2）正中矢状面l3）冠状面l4）水平面l5）眼耳平面2测量基准面的要求l人体测量基准面的定位是由三个互为垂直的轴（铅垂轴、纵轴、横轴）定的。l1）矢状面l2）正中矢状面l3）冠状面l4）水平面l5）眼耳平面通过铅垂轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面都称为矢状面。2测量基准面的要求l人体测量基准面的定位是由三个互为垂直的轴（铅垂轴、纵轴、横轴）定的。l1）矢状面l2）正中矢状面l3）冠状面l4）水平面l5）眼耳平面在矢状面中，把
4、通过人体正中线的矢状面称为正中矢状面。正中矢状面将人体分为左右对称的两部分。2测量基准面的要求l人体测量基准面的定位是由三个互为垂直的轴（铅垂轴、纵轴、横轴）定的。l1）矢状面l2）正中矢状面l3）冠状面l4）水平面l5）眼耳平面通过铅垂轴和横轴的平面及与其平行的所有平面都称为冠状面。冠状面将人体分成前后两部分。2测量基准面的要求l人体测量基准面的定位是由三个互为垂直的轴（铅垂轴、纵轴、横轴）定的。l1）矢状面l2）正中矢状面l3）冠状面l4）水平面l5）眼耳平面与矢状面和冠状面同时垂直的所有平面都称为水平面。水平面将人体分成上下两部分。2测量基准面的要求l人体测量基准面的定位是由三个互为垂直
5、的轴（铅垂轴、纵轴、横轴）定的。l1）矢状面l2）正中矢状面l3）冠状面l4）水平面l5）眼耳平面通过左、右耳屏点及右眼眶下点的水平面称为眼耳平面3测量方向的要求l1）头侧端，足侧端。l2）内侧，外侧。l3）近位，远位。l4）挠侧，尺侧。l5）胫侧，腓侧。 在人体上、下方向上，将上方称为头侧端头侧端，将下方称为足侧端足侧端。3测量方向的要求l1）头侧端，足侧端。l2）内侧，外侧。l3）近位，远位。l4）挠侧，尺侧。l5）胫侧，腓侧。 在人体左、右方向上，将靠近正中矢状面的方向称为内内侧侧，将远离正中矢状面的方向称为外侧外侧。3测量方向的要求l1）头侧端，足侧端。l2）内侧，外侧。l3）近位，远
6、位。l4）挠侧，尺侧。l5）胫侧，腓侧。 在四肢上，将靠近四肢附着部位的称为近位近位，将远离四肢附着部位的称为远位远位。3测量方向的要求l4）挠侧，尺侧。在上肢上，将挠骨侧称为挠挠侧侧，将尺骨侧称为尺侧尺侧。3测量方向的要求l5）胫侧，腓侧。 在下肢上，将胫骨侧称为胫胫侧侧，将腓骨侧称为腓侧腓侧。4支承面和衣着的要求l立姿时站立的地面或平台以及坐姿时的椅平面应该是水平、稳固、不可压缩的。l要求被测量者裸体或穿着尽量少的内衣测量。5基本测点及测量项目l头部测点16个和测量项目12项；躯干和四肢部位的测点共22个，其测量项目共69项，其中分为：立姿40项，坐姿22项；手和足部6项及体重1项。l实际
7、测量时，必须按照标准规定的测量仪器和方法进行测量，其测量结果方为有效。二、人体测量的主要仪器l(1)、直脚规l(2)、弯脚规l(3)、人体测高仪主要用来测量两点间的直线距离，特主要用来测量两点间的直线距离，特别适宜测量距离较短的不规则部位的别适宜测量距离较短的不规则部位的宽度或直径。如耳、脸、手、足。宽度或直径。如耳、脸、手、足。二、人体测量的主要仪器l(1)、直脚规l(2)、弯脚规l(3)、人体测高仪用于测量用直尺不能直接测量的人用于测量用直尺不能直接测量的人体两点间距离，如测量肩宽、胸厚体两点间距离，如测量肩宽、胸厚等部位的尺寸。等部位的尺寸。二、人体测量的主要仪器l(1)、直脚规l(2)
8、、弯脚规l(3)、人体测高仪主要用来测量身高、坐高、立姿和主要用来测量身高、坐高、立姿和坐姿的眼高以及伸手向上所及的高坐姿的眼高以及伸手向上所及的高度等立姿和坐姿的人体各部位高度度等立姿和坐姿的人体各部位高度尺寸尺寸三、常用统计函数常用统计函数l在人体测量中，有两个重要的统计量：均值和标准差。前者表示分布的集中趋势；后者表示分布的离中趋势。1均值l表示样本的测量数据集中地趋向某一个值，该值称为平均值，简称均值。l对有n个样本的测量值：x1，x2，xn，其均值为：2方差l描述测量数据在中心位置（均值）上下波动程度差异的值叫均方差，通常称为方差。l对于均值为x的n个样本测量值：x1，x2，xn，其
9、方差S2的定义为：3标准差l由方差的计算公式可知，方差的量纲是测量值量纲的平方，为使其量纲和均值相一致，则取其均方根差值，即标准差来说明测量值对均值的波动情况。所以方差的平方根S称为标准差。4抽样误差l抽样误差又称为标准误差，即所有样本均值的标准差。抽样误差数值大，表明样本均值与总体均值的差别大，反之说明其差别小，即均值的可靠性高。l当样本数据列的标准差为S，样本容量为n时，则抽样误差的计算式为：l工程上常以正态分布的某个百分位工程上常以正态分布的某个百分位处处的人体尺寸数值的人体尺寸数值x作为设计用人体尺作为设计用人体尺度的一个界值，以控制设计的适应范度的一个界值，以控制设计的适应范围，该界
10、值称为围，该界值称为百分位数百分位数。l正态分布曲线上，从正态分布曲线上，从(或或) ，或两个百分位，或两个百分位1 2 之间的区域，之间的区域，称为称为适应度适应度。适应度反映了设计所能。适应度反映了设计所能适应的身材的分布范围。适应的身材的分布范围。5百分位数5百分位数l一个百分位数将群体或样本的全部测量值一个百分位数将群体或样本的全部测量值分为两部分，有分为两部分，有 的测量值等于和小于的测量值等于和小于它，有它，有(100 ) 的测量值大于它。的测量值大于它。最最常用有：常用有：l第第5%百分位数百分位数l第第50%百分位数百分位数l第第95%百分位数百分位数第第5百分位数是代表百分位
11、数是代表“小小”身材，是指有身材，是指有5%的人的人群身材尺寸小于此值，群身材尺寸小于此值，95%的人群身材尺寸大于的人群身材尺寸大于此值此值5百分位数l一个百分位数将群体或样本的全部测量值一个百分位数将群体或样本的全部测量值分为两部分，有分为两部分，有 的测量值等于和小于的测量值等于和小于它，有它，有(100 ) 的测量值大于它。的测量值大于它。最最常用有：常用有：l第第5%百分位数百分位数l第第50%百分位数百分位数l第第95%百分位数百分位数第第50百分位数表示百分位数表示“中中”身材，是指大于和小于此身材，是指大于和小于此人群身材尺寸的各为人群身材尺寸的各为50% 5百分位数l一个百分
12、位数将群体或样本的全部测量值一个百分位数将群体或样本的全部测量值分为两部分，有分为两部分，有 的测量值等于和小于的测量值等于和小于它，有它，有(100 ) 的测量值大于它。的测量值大于它。最最常用有：常用有：l第第5%百分位数百分位数l第第50%百分位数百分位数l第第95%百分位数百分位数第第95百分位数代表百分位数代表“大大”身材，是指有身材，是指有95%的人群的人群身材尺寸均小于此值，身材尺寸均小于此值，5%的人群身材尺寸大于的人群身材尺寸大于此值。此值。其它百分位数的含义可以其它百分位数的含义可以此类推。此类推。l当已知样本均值和标准差时，百分位数可由式当已知样本均值和标准差时，百分位数
13、可由式(2-6)取得：取得： (2-6) l x 对应于百分位对应于百分位的百分位数的百分位数l x 样本均值样本均值(设计的基本尺寸设计的基本尺寸)l S 样本标准差样本标准差(设计的调整量设计的调整量)l k 与与有关的变换系数，见表有关的变换系数，见表2-1求百分位数值表表2-1 百分比与变换系数百分比与变换系数 百分位百分位a（%）K百分百分位位a（%）K0.52.576700.5241.0 2.326750.6742.5 1.960800.8425 1.645851.03610 1.282901.28215 1.036951.64520 0.84297.51.96025 0.6749
14、9.02.32630 0.52499.52.576500.000例例1：某地区人体测量的均值：某地区人体测量的均值 = 1650mm，标准，标准差差S=57.1mm，求该地区第，求该地区第95%、90%及第及第10%的百分位数值，按的百分位数值，按X90及及X10设计的设备的设计的设备的适应度是多少适应度是多少?例例2：设计适用于：设计适用于90% 东南区男性使用的产品，东南区男性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品的尺寸？试问应按怎样的身高范围设计该产品的尺寸？四、常用人体测量数据常用人体有关测量参数常用人体有关测量参数 人体测量数据的种类分两类：人体结构尺寸人体测量数据的种类分两类
15、：人体结构尺寸指静态尺寸；人体功能尺寸指动态尺寸。指静态尺寸；人体功能尺寸指动态尺寸。l1)人体结构尺寸，即静态尺寸，人在静止的状人体结构尺寸，即静态尺寸，人在静止的状态下，即站立不动，坐着不动或静卧等情况下态下，即站立不动，坐着不动或静卧等情况下测量的尺寸测量的尺寸(静态人体测量静态人体测量)l2)人体功能尺寸，即动态尺寸，在正常、动态人体功能尺寸，即动态尺寸，在正常、动态条件下所测得的人体各肢体的活动角度参数和条件下所测得的人体各肢体的活动角度参数和活动幅度系数活动幅度系数(动态人体测量动态人体测量)lGB10000-1988中国成年人人体尺寸中国成年人人体尺寸是关于是关于我国成年人人体尺
16、寸的国家标准，于我国成年人人体尺寸的国家标准，于1989年年7月月开始实施。开始实施。l该标准为我国各种设备、工业产品、建筑室内、该标准为我国各种设备、工业产品、建筑室内、环境艺术、武器装备以及各种家具、工具用具环境艺术、武器装备以及各种家具、工具用具的人机工程学设计提供了中国成年人人体尺寸的人机工程学设计提供了中国成年人人体尺寸的基础数据。的基础数据。l该标准共列出该标准共列出47项人体尺寸基础数据，按男、项人体尺寸基础数据，按男、女性别分开，且分三个年龄段女性别分开，且分三个年龄段:1825岁岁(男、女男、女)，26 35岁岁(男、女男、女)，36 60(男男)、55(女女)1 我国成年人
17、的人体结构尺寸我国成年人的人体结构尺寸1.1人体主要尺寸l包括：身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长。身高上臂长前臂长大腿长小腿长身高：身高： 从头顶点从头顶点(v)至地面的垂距至地面的垂距表2-2人体主要尺寸1.2立姿人体尺寸l包括：眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高、胫骨点高。眼高1.2立姿人体尺寸l包括：眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高、胫骨点高。l肩高：从地面到肩峰点的铅垂距离，可用人体测高仪测量肩高1.2立姿人体尺寸l包括：眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高、胫骨点高。肘高1.2立姿人体尺寸l包括：眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高、胫骨点高。手功能高1.2立姿人体尺寸l包括
18、：眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高、胫骨点高。会阴高1.2立姿人体尺寸l包括：眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高、胫骨点高。胫骨点高表2-3立姿人体尺寸1.3坐姿人体尺寸l包括：坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长。坐高1.3坐姿人体尺寸l包括：坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长。坐姿颈椎点高1.3坐姿人体尺寸l包括：坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长。坐姿眼高1.3坐姿人体
19、尺寸l包括：坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长。坐姿肩高1.3坐姿人体尺寸l包括：坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长。坐姿肘高1.3坐姿人体尺寸l包括：坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长。坐姿大腿厚1.3坐姿人体尺寸l包括：坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长。坐姿膝高1.3坐姿人体尺寸l包括：坐高、坐姿
20、颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长。小腿加足高1.3坐姿人体尺寸l包括：坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长。坐深坐深1.3坐姿人体尺寸l包括：坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长。臀膝距臀膝距1.3坐姿人体尺寸l包括：坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长。表2-4坐姿人体尺寸1.4人体水平尺寸项目东北华北西北地区东南
21、地区华中地区华南地区西南地区均值标准差均值标准差均值标准差均值标准差均值标准差均值标准差男体重648.2607.6597.7576.9566.9556.8身高169356.6168453.7168655.2166956.3165057.1164756.7胸围88855.588051.586552.085349.285148.985548.3女体重557.7527.1517.2506.8496.5506.9身高158651.8157551.9157550.8156050.7154949.7154653.9胸围84866.483755.983159.882055.881957.680958.81.
22、5各区域的体重、身高、胸围2我国成年人的人体动态尺度l动态测量是在人体从事某种活动的情况下，对运动着的人体进行的测量。人体动态尺度是各人体动态尺度是各种操作、空间、环境设计及各种着装设计的必种操作、空间、环境设计及各种着装设计的必要人体测量参数。要人体测量参数。l通常包括人体动作范围的测量，如手、脚和四肢活动范围的大小和活动方向。l人体某部位移动过程的测量。如运动的轨迹以及运动关节角度大小等。l人体动态尺度：人体动态尺度：在正常、动态条件下所测得的在正常、动态条件下所测得的人体各肢体的活动角度参数和活动幅度系数人体各肢体的活动角度参数和活动幅度系数人体肢体活动角度范围l指头、肩胛骨、臂、手、腿
23、、小腿、足等部位的活动角度范围。人体上部及上肢固定姿势活动角度范人体上部及上肢固定姿势活动角度范围围不同姿势手能及的空间范围l取成年男子立姿、坐姿、单腿跪姿、仰卧时上身及手的可及范围。立姿上身及手的可及范围坐姿上身及手的可及范围跪姿上身及手的可及范围仰卧上身及手的可及范围3常用人体功能尺寸测量区域测量项目男（18-60岁）女（18-55岁）p5p50p95p5p50p95立姿双手上举高197121082245184519682089手功能举高186920032138174118601976手平展宽157916911802145715591659双臂平展宽13741483159312481344
24、1438双肘平展宽816875936756811869坐姿手前伸长416447478383413442手功能伸长310343376277306333上肢前伸长777834892712764818上肢功能长673730789607657707双手上举高1249133914261173125113283常用人体功能尺寸测量区域测量项目男（18-60岁）女（18-55岁）p5p50p95p5p50p95跪姿体长592626661553587624体高119012601330113711961258仰卧体长200021272257186719822102体高364372383359369384爬姿体长
25、124713151384118312391296体高761798836694738783五、手脚作业域测量作业域：手脚在一定空间范围内做各作业域：手脚在一定空间范围内做各种操作，所形成的包括左右水平面种操作，所形成的包括左右水平面和上下垂直面的空间区域。和上下垂直面的空间区域。作业域的边界：是指人站立或坐姿时作业域的边界：是指人站立或坐姿时手脚所能达到的最大范围。手脚所能达到的最大范围。实际中一般不取边界值，多取不超过实际中一般不取边界值，多取不超过边界的较小的尺寸，如通常操作范边界的较小的尺寸，如通常操作范围或正常操作范围。围或正常操作范围。1手的测量l手的测量数据主要是设计手动控制器及手的
26、测量数据主要是设计手动控制器及手持工具和器械等的重要依据。持工具和器械等的重要依据。l手的测量包括手掌、手指的长度、宽度、厚度及腕关节的掌屈、背屈、内旋、外旋和以中指为基准的半径侧或挠侧偏移的角度。1.1手的水平作业域水平作业域：人在台面前，在台面上左右运动手臂所形成的轨迹水平作业域：人在台面前，在台面上左右运动手臂所形成的轨迹范围。范围。最大作业域：手尽量外伸所形成的区域。最大作业域：手尽量外伸所形成的区域。通常作业区域：手自然放松运动所形成的区域。通常作业区域：手自然放松运动所形成的区域。一般需要一般需要手频繁活手频繁活动的操作，动的操作，如键盘打如键盘打字、精密字、精密维修作业维修作业等
27、，应安等，应安排在通常排在通常作业区域作业区域内内从属于手从属于手频繁活动频繁活动操作的器操作的器物、工具物、工具等应安排等应安排在最大作在最大作业域内业域内1.2手的竖直作业域(5%,单臂,双臂) 垂直作业域：指手垂直作业域：指手臂伸直，以肩关节臂伸直，以肩关节为轴作上下运动所为轴作上下运动所形成的范围。以肩形成的范围。以肩关节为圆心的直臂关节为圆心的直臂抓握半径：男子为抓握半径：男子为65cm65cm，女子为，女子为58cm58cm。坐姿抓握作业域坐姿抓握作业域(5%)身高与摸高的关系身高与摸高的关系2脚的测量l脚的测量数据包括脚掌、脚趾的长度、宽度、厚度以及关节背屈、侧转等活动的角度。l脚的测量数据是设计脚踏板、脚控制器的长度、宽度和倾斜角的主要依据。3脚作业空间l脚作业空间参数是布置脚操纵装置的依据。和手比，脚的操纵力大、但精度低，活动范围小。
