「基于生物力学的人因工程」测评方法

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人因工程学(Human Factors Engineering)是一门以心理学、生理学、解剖学、人体测量学等学科为基础，研究如何使人—机—环境系统的设计符合人的生理心理特点，以实现人、机、环境之间的最佳匹配，使人能安全、健康、有效和舒适地进行工作与生活的科学。

人因工程是一门交叉学科，不仅涉及解剖学、人体测量学，还应用工程学、计算机科学、设计、社会学与心理学等众多学科的理论与方法。人因工程最早源于解决系统与人的不匹配设计而导致人的失误等诸类问题，如军事或工业系统的可用性研究（Usability），但后来其应用范围逐渐被拓展到日用消费产品、信息技术领域、医疗、交通与组织管理等领域。（图1）



图1 日常生活中的人因工程学

生物力学 （biomechanics ）是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。其研究范围从生物整体到系统、器官（包括血液、体液、脏器、骨骼等），从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等。生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的本构方程。依研究对象的不同可分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。



图2 生物力学分析示意图

基于生物力学的人因工程测评主要运用的设备包括：
动作捕捉系统（采集运动学参数：位移、速度、加速度、角度、角速度、角加速度等）
三维测力系统（采集动力学参数：合力、合力矩、压力中心等）
压力分布系统（采集动力学参数：分力、冲力、最大值、平均值等）
表面肌电系统（采集表层肌肉活动参数：均方根、积分肌电、中值频率、中值功率频率等)
Anybody人体骨肌建模仿真系统（基于以上参数分析验证全身关节肌肉力学参数：关节力、关节力矩、肌肉力、肌肉激活等）



图3 基于生物力学的人因工程测评技术框架



图4 通过EMG验证Anybody仿真分析结果

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