人体惯性参数(精)
人体环节惯性参数是建立人体模型进行人体运动技术影像解析的基础
人体环节惯性参数是建立人体模型､进行人体运动技术影像解析的基础数据,其准确程度直接影响影像解析结果的精度,因而,对人体环节惯性参数的测量研究一直是运动生物力学的一个重大的基础性课题,同时也是工效学､人类学及人体科学研究的重要组成部分,具有重要的学术价值和应用背景｡从德国Braune-Fischer的尸体解剖法到中国学者郑秀瑗等的CT活体测量法,对人体环节惯性参数的测量研究已历经一百多年｡目前,人体环节惯性参数的应用已经非常广泛,对它的应用现状进行综合､分析有利于了解过去､认清现在､把握未来,因为一个事物的应用状况在很大程度上决定了它的发展前景｡我们对人体环节惯性参数的应用现状进行分析,目的就是为了认清研究的不足,探索发展的方向,促进学科的进步｡1 人体模型的建立建立人体模型是进行人体运动分析的首要环节,不同学者提供了不同的人体模型｡我们在应用人体环节惯性参数时,首先就要掌握不同人体模型的特点,认清不同人体模型之间的区别｡如果人体模型应用不当,就会引入不必要的误差,降低研究结果的精度｡人体模型的区别主要体现在环节数量､环节形状和环节划分方法3个方面｡1.1 环节数量人体是一个多体系统,为了研究问题方便,一般把人体视为多刚体系统｡不同的资料所提供的人体模型是不同的,区别大致在头､颈和躯干的划分以及各环节的形状假定｡1889年德国学者Braune和Fis cher(布拉温-菲舍尔)提供了14个环节人体模型的人体惯性参数,即头､躯干､上臂､前臂､手､大腿､小腿和足(四肢的环节各有左､右两个,下同)｡1958年日本生物力学专家松井秀治提出了15个环节的人体模型,在Braune-Fischer模型的基础上又增加了颈环节｡美国的Hanavan(1964)也提出了15环节的人体模型,但与松井秀治模型不同,而是在Braune-Fischer模型的基础上把躯干分为上躯干和下躯干两部分｡1975年美国国家技术情报服务处(Chan dler,1975)发表了一份题为“人体惯性性质的研究”的研究报告｡该项研究是由宇宙医学研究实验室､美国空军等多家单位协同完成的｡它提供的人体模型为14个环节模型,环节的名称与Braune-Fischer模型相同｡前苏联生物力学专家Zatsiorsky(1975,现在美国宾州大学人体运动系执教)､Seluyanov(1978)分别解决了直接对活体测定人体环节惯性参数的问题,并提供了16个环节的人体模型,在Braune-Fis cher模型的基础上把躯干分为上躯干､中躯干和下躯干3部分｡Hatze(1980)提出了17个环节的非对称模型[1-3]｡Yeadow(1989)提出了一个由40个环节组成的人体数学模型[4]｡1998年中国正式颁布了郑秀瑗等制定的中国成年人人体质心国家标准(国家技术监督局,GB/T17245-1998),提供了15个环节人体模型,即头颈､上躯干､下躯干､大腿､小腿､足､上臂､前臂和手｡该模型还可以根据实际需要进行修改,即把上躯干､下躯干合成为躯干的14个环节人体模型和把下躯干进一步分解为中躯干和下躯干的16个环节人体模型,使所提供的人体模型适应性更强｡1.2 环节形状一般地,人体模型的各个环节均被假设为规则的几何形体｡Hanavan(1964)模型环节的几何形体分别为椭球､椭圆柱､圆锥台等｡Jensen(1978)把人体假设为由一系列椭圆盘组成的模型｡Apkarian(1989)把整个肢体简化为截圆锥｡Yeadow(1989)把人体躯干､手和足的横切面形状看成田径场状,这样的横切面更接近于人体躯干的横切面,有利于减少数学模型带来的误差｡另外,头(除头盖外)､手臂(除手外)和腿(除足外)的形状是锥台,头盖的形状是半椭球体,Yeadon人体数学模型环节形状共计3种｡郑秀瑗模型采用实测的各环节回转半径来判断人体环节的几何形状,使其更符合实际｡因男性除上躯干外其它环节对以形心为坐标原点的额状轴与矢状轴的转动惯量及回转半径没有显著性差异,所以在设计大部分环节模型的形状时,采用截圆锥形,而头可视为椭球｡同时指出男性上躯干最好设计为椭圆截锥｡女性的全部躯干均呈椭圆截锥形,其它环节与男性相同｡这与中国青年胸大肌和背阔肌不发达有关,女性更甚之,这就是不同民族具有不同体态特征的缘故(郑秀瑗,1998)｡1.3 环节划分方法概括起来,目前划分人体环节的方法大约有两种:一种是以人体的结构功能为依据,分割环节的切面通过关节转动中心,并以关节中心间的连线作为环节的长度｡Dempster(1955)曾对环节长度作过如下规定:环节长度为在纵轴上连接相邻两个关节中心的直线之长;如是末端环节,则是关节中心与环节质心之间的直线｡另一种是以人体体表骨性标志点作为划分环节的参考标志,并以此确定环节长度｡前一种划分方法与人体结构功能相适应,在影像解析时更符合运动规律,可减少测量误差,但在人体测量时不易准确确定划分点;后一种划分方法尽管易于测量,但不如前者能更好地满足运动生物力学研究的基本要求｡Hinrichs(1990)为了便于使用而对他的数据按比例进行了调整,在对躯干､上臂､前臂､大腿和小腿调整后的数据中以躯干变化最大｡在影像解析中,需要根据受试者的性别､种族等实际情况来选择不同的人体惯性参数｡如前所述,由于不同作者提供的人体惯性参数所采用的环节划分方法并不相同,因而,在使用时了解各种参数的环节划分方法是非常必要的｡德国的Braune-Fischer数据､日本的松井秀治数据和美国的国家技术情报服务处数据基本上采用的是以人体的结构功能为依据划分环节的方法,而前苏联的Zatsiorsky数据和中国的郑秀瑗数据基本上是采用的是以人体体表骨性标志点为依据来划分环节的方法｡2 人体环节惯性参数应用的一般原则随着影像拍摄与解析技术的快速发展,运动生物力学工作者在长期的应用过程中逐渐形成了应用人体环节惯性参数的一般原则｡但是,由于影像解析软件,特别是国外进口解析软件在人体模型设定上的原因,致使有些研究没能很好地贯彻以下这些原则｡2.1 区分性别自1860年德国的Harless采用尸体测量法解剖了2具男性尸体,在很长一段时间里人体环节参数测量研究所提供的数据均为男性,直到1958年日本的松井秀治才在研究男性数据的同时,首次提供了女性人体环节参数,后来的基德森､Zatsiorsky和郑秀瑗等也均提供了女性数据｡在应用人体环节惯性参数的时候,应当尽量区分性别,因为性别不同,人体的形态结构以及各环节的密度均有较大差异,不利于后续计算精度的提高｡提供男性转动惯量数据的有Fischer(1例)､Dempster(8例)､Contini(42例)､Zatsiorsky(100例)和郑秀瑗(50例),而提供女性人体环节转动惯量的数据只有Zatsiorsky(16例)和郑秀瑗(50例)｡2.2 区分民族目前,德国､日本､美国､前苏联和中国等国家都已有了自己本国国民的人体环节惯性参数数据,因而,在选用时应当尽可能考虑采用更为适用的本国参数以提高精度｡在中国郑秀瑗提供的CT法测量人体环节惯性参数之前,国内一直沿用外国研究的参数｡吕维加(1990)[10]曾对德国的Braune-Fischer数据､日本的松井秀治数据､前苏联的Zatsiorsky数据､美国的Clauser和Chandler五种国外人体惯性参数进行了实测研究,证实Zatsiorsky数据较适合中国的情况｡当中国人有了自己的人体环节惯性参数后,毛松华等(1999)[11]同样把Zatsiorsky数据与郑秀瑗数据进行了实测对比研究,结果显示后者比前者更加适合于中国男青年｡2.3 区分统计模型根据前述的讨论,不同的测量数据由于样本含量､测量方法等方面的原因采用了不同的提供数据的方式,概括起来主要有以下四种:(1)相对重量和重心位置的平均值,如Braune-Fischer数据和松井秀治数据;(2)以体重为自变量的一元回归方程,如Barter和Chandler数据;(3)以身高和体重为自变量的二元回归方程,如Zatsiorsky数据和郑秀瑗数据;(4)以多个体态参数为自变量的多元回归方程,如Zatsiorsky数据和郑秀瑗数据｡在使用时应对这些统计模型加以区分｡各国专家学者在提供这些统计模型时,由简而繁的目的是要尽可能地考虑到影响各环节惯性参数的各种因素,使得到的结果更加符合实际情况｡而在实际运用中,由于第三种统计模型操作简单､容易实施,因而得到广泛地应用;而以多个体态参数为自变量的多元回归方程则需要测量大量的体态参数,操作复杂､不易实施,尽管在理论上可以提高计算精度,但在实际操作中很少采用｡2.4 区分环节划分方法不同作者所提供的数据对人体环节的划分方法不完全相同,因此,在使用人体环节参数时,应同时注意其环节划分方法,不能张冠李戴,引入不必要的误差源｡2.5 区分环节划分数量如前所述,不同的人体模型划分的环节数量不尽相同,在应用时应根据实际需要注意区分环节划分的数量,实践中遇到较多的主要是对躯干的划分数量｡在一些躯干无弯曲的研究中,可以采用把整个躯干作为一个环节的人体模型,而当躯干的弯曲不能忽略时,如撑杆跳高项目的空中阶段,就需要采用把躯干划分为几个环节的人体模型,如郑秀瑗人体模型等｡3 人体环节惯性参数应用的现状在应用人体环节惯性参数的过程中,大部分需要环节参数的合成,这主要取决于在实际问题中人体模型是如何建立的｡一般来说,由于研究重点､目的和性质等的不同,所建立的人体整体或部分的模型不完全相同｡而且,解决各种模型所采用的数学手段也多种多样,除了常规的Lagrange法､Huston法､Kane法､R/W法等,Aleshinsky 还论述了从机械能消耗的角度来探讨问题的方案｡以人体整体为研究对象,Hemami在研究人体的步行运动时,建立了人体平面倒摆模型以探讨步行运动的力学机理｡该模型分两部分,即以长度可伸缩的轻质杆表示人体腿部和以刚体表示人体其余部分｡Hemami和Farnsworth(1977)在研究姿势平衡问题时建立了5个环节模型｡朱昌义在研究单杠上人体摆动时也建立了5个环节的人体模型,分别包括双臂(包括手)､上躯干(包括头､颈)､下躯干､大腿和小腿(包括足)｡郑秀瑗等在进行跳远动力学仿真研究时,把人体简化成6个环节的人体模型,即把头､躯干和上肢视为一个刚体,其它刚体为左､右大腿,左､右小腿及支撑腿的足｡Onyshko和Winter(1980)在研究正常步行周期时采用了7环节模型｡Dapena(1981)､洪嘉振在进行跳高研究时,则直接采用了Hanavan的15个刚体人体模型｡Hatze(1981)在研究跳远起跳时建立了17个环节模型,并且假设为一个神经-肌肉-骨骼系统｡Marshall､Jensen和Wood(1985)还探讨了多个环节开放链模型的通用牛顿法模拟问题｡以人体部分环节为研究对象,Cappozzo(1975),Stanic(1977),Wahrenberg(1978)和Andriachi(1980)等都曾建立过人体下肢的力学模型,但这些模型都是在矢状面内建立的,无法解决大腿相对于骨盆的旋转问题｡因此Crowninshield(1978)在步态研究中建立了髋的三维模型,Grood(1983)建立了膝关节的三维模型来解决旋转问题｡Apkarian(1989)利用牛顿-欧拉方程建立了整个下肢的三维力学模型,包括骨盆､大腿､小腿和足4个环节｡贾书惠等在研究飞机弹射救生中上肢甩打运动规律时,建立了上臂､前臂和手3个部分的模型,并进行了必要的约定和简化｡上述仅为部分人体运动研究中人体模型的应用实例,但说明了人体模型在具体研究中的多样性,同时要求我们能直接提供尽可能多的人体环节合成参数,以减少误差的引入几率｡4 人体环节惯性参数应用的不足近一百多年来,从尸体解剖发展到活体测量,国内外专家学者对人体环节惯性参数的测量研究做出了不懈地努力,进行了大胆地探索,先后曾出现过浸水法､摄影测量法､变换姿势称重法､突然释放法､机械振动法､γ射线扫描法､CT法等多种活体测量方法,促进了人体环节测量研究的不断进步｡可以说,对人体环节参数测量研究的发展史就是一个不断探索更好的测量方法并向人体环节惯性参数个体化测量方向发展的过程｡然而,从目前的研究现状来看,人体环节惯性参数模型还多为对称型,且数据多来源于对正常成年人的测量,不适于特殊群体｡精度高的人体环节参数模型均采用了带有放射性的射线法(Zatsiorsky等采用γ射线扫描法,郑秀瑗等采用CT 法),难以应用于对少年儿童的环节参数研究｡事实上,人体的形态结构和质量分布特征的确具有鲜明的个体性,尤其是特殊群体个性特征更加明显,譬如运动员群体,不同竞技项目的运动员形体差异很大,某些项目运动员由于项目特点在长期的系统训练中还会产生人体优势侧特征显著的现象｡因而,不论采用何种形式的人体环节惯性参数进行影像解析都无疑会在很大程度上抹杀受试者的个体特征｡由此看来,提供对于受试者来说更加个性化的人体环节惯性参数是人体运动分析精化与细化的首要条件｡当前人体运动环节惯性参数的测量应用中还普遍存在着以下不足,有待提高,以使所提供的人体运动环节惯性参数更加符合每位个体运动的实际情况｡(1)忽视了特殊人群的群体特征｡即便是活体测量目前所提供的人体环节参数也仅限于正常人群体,不足以体现特殊人群的特殊性｡(2)忽视了人体质量分布的个体特征｡参与人体环节参数计算的有关重量的指标仅有体重这一个变量,未体现个体质量分布的特点｡(3)忽视了人体左右侧发展的不平衡性｡现有人体模型绝大部分是对称性人体模型,尤其对于运动员群体,某些项目的运动员优势侧特征明显,在有些情况下不应把人体视为左右对称｡(4)忽视了人体环节运动过程的实际情况｡仅以一个几何概念———关节中心为界来划分人体环节而进行的参数测试,不能描述运动中的环节总体｡(5)忽视了人体环节､环节链二者的相对性｡相对性概念的引入可减少误差源,以更精确的参数来满足实际需要｡5 人体环节惯性参数的研究趋向目前,人体环节惯性参数的应用还存在着许多的不足,亟待进一步的研究｡目前有两种研究趋向:一是探索更好的现代化测量技术扩大样本进行测量,通过回归方程以实现更为个体化的计算｡譬如磁共振成像法MRI(MagneticResonanceImaging),它是一种新颖且发展很快的技术,在成像能力方面与CT相似,但在对各种软组织成像的对比上要优于CT(Brady,1982;Moon,1983;Mungiole,1990),并且,像CT一样没有皮质骨的假像｡MRI成像时没有放射线,这一点上也优于CT法和γ射线扫描法,尽管这两种方法的放射线水平均不高｡两种方法的放射线水平均不高｡目前已有科研单位正在探索把MRI这一新技术应用于人体环节惯性参数的测量研究｡另一种趋向是对受试者的人体环节惯性参数进行直接测量而并非通过回归方程进行计算,这是一种还本归原的个体化测量方法,目前,R-I､R-II型互补平衡板测量系统的开发研制使这一研究趋向取得了重大的进展｡。
人体动力学参数
人体动力学参数主要包括以下几个方面：
1. 人体质量：通常以千克（kg）为单位，反映了人体的重量。
2. 人体身高：通常以米（m）为单位，反映了人的高度。
3. 人体质心位置：人体质心位置的确定对于分析人体运动和设计人体工程学产品非常重要。
质心位置可以通过体重和身高进行计算，公式为：质心位置（cm）= (体重（kg）× 身高（cm）) / 100。
4. 人体转动惯量：人体转动惯量是描述人体转动特性的参数，与人体质量和质心位置有关。
转动惯量可以通过以下公式计算：转动惯量（kg·m²）= 体重（kg）× (质心位置（m）)²。
5. 人体运动能力：人体运动能力包括肌肉力量、耐力、灵活性等，这些因素会影响人体的运动表现和运动能力。
这些参数在人体动力学研究和应用中具有重要意义，如分析人体运动、设计人体工程学产品、制定运动训练计划等。
运动生物力学参数测量
（松井秀治，15）
（汉纳范，15）
（扎齐奥尔斯基，16） （郑秀媛，16）
二、运动学参数测量
（一）运动学参数（指标）
质点位置矢量（位矢、矢径）：用来确定某时刻质点位 置（用矢端表示）的矢量。
运动函数机械运动是物体（质点）位置随时间的改变。 在坐标系中配上一套同步时钟，可以给出质点位置坐标和 时间的函数关系— 运动函数（function of motion） 。
回转半径（转动半径）
人体环节的划分方法
以人体的结构功能为依据：
以人体体表骨性标志为依据： 以关节上主要的骨性标志点 来确定环节的长度。易于测 量，但误差太大。
分割环节的切面通过关节 转动中心，以关节质心的 连线为环节长度。
人体惯性参数标准化的依据
（二）人体惯性参数的测量
尸体测量法：肢解-环节参数测定。采用称重法和悬挂法。
（a）鞋垫式
（b）平板式
（c）测量结果分析
脚底各个区域的压力、压强情况
压力中心及压力中心轨迹
美国Tekscan=F-scan 德国Novel=Pedar
4. 肌电测量
肌电测试通过对不同肌肉在运动过程中所表现出来的时域、频 域上的不同特征的分析，可以了解人体在完成运动动作时，不 同部位的肌肉参与活动的强度、时间顺序及相互协作关系，为 运动技术分析提供依据。现在应用较多有4通道、8通道肌电测 量分析系统。根据信号传输方式，可分为有线和无线两类系统； 根据数据接收和储存方式，可分为便携式大容量储存卡存储和 无线信号实时接收两种。
立定跳 远.。……
运动时的肌力大小和肌肉力矩一般用加速度大 小推算；偶见用肌电图推算
Isomed 2000（750NM）等速肌肉力量测试/训练系统
最新02运动生物力学参数测量ppt课件
红外光点摄像系统（左为反射标志点配置示例，右为摄像头）
Vicon多机同步运动数据收集系统结构
录像解析获得的参数举例（跳高倒一步及起跳技术运动 学分析）：
1.时间参数：缓冲时间、起跳时间；肢体摆动时相
2.空间参数：步长，H1/H2/H3；身体倾角、缓冲过程和 起跳过程的各关节角度；起跳角、腾起角等
汤主之。 • 会用附子、干姜治疗口腔溃疡一种境界
五倍子泻心汤
• 方药组成： • 五倍子6g 黄连6g 黄芩10g 大黄3g • 薄荷6g 淡竹叶10g • 柴胡6g 金银花10g 葛根10g • 病症：疱疹性咽峡炎，疱疹性口腔炎（黄
甡老师方）
半夏泻心汤
• 方药： • 清半夏18g 黄芩10g 黄连3g 干姜6g • 党参10g 炙甘草6g 大枣10g • 病症：小儿呕吐，急慢性胃炎，胃脘部痞
What we get from force platform?
FzFoot
FyFoot
FxFoot FyPlat
MyPlat
MxPlat FxPlat
MzPlat
FzPlat
瑞士奇石乐KISTLER 美国艾里尔AMTI
2.肌肉力测量
实
简单测力计
验 室 肌
握力计、背力计、 钢丝绳张力计
肉
力量测量系统
（松井秀治，15） （汉纳范，15） （扎齐奥尔斯基，16） （郑秀媛，16）
二、运动学参数测量
（一）运动学参数（指标）
质点位置矢量（位矢、矢径）：用来确定某时刻质点位 置（用矢端表示）的矢量。
运动函数机械运动是物体（质点）位置随时间的改变。
在坐标系中配上一套同步时钟，可以给出质点位置坐标和
时间的函数关系— 运动函数（function of motion） 。
第二章 人体生物力学参数
第二章人体生物力学参数（潘慧炬）人体运动生物力学参数包括人体惯性参数、运动学参数、动力学参数以及生物学参数。
人体惯性参数是人体的基本物理参数之一，在运动生物力学、工效学及相关学科的研究中有着重要的作用。
例如：人体运动技术影像分析；体操、技巧、跳水等动作的设计；战斗机弹射座椅设计；伤残人假肢研制；宇宙飞船专用假人设计；汽车安全保护和检测；工厂厂房及载人器械和设备的护栏设计等。
运动学参数、动力学参数以及生物学参数则能描述人体运动的基本特征，因此对上述参数的测量研究一直备受人们关注。
第一节人体惯性参数人体惯性参数是指人体整体及环节的质量、质心（重心）位置、转动惯量及转动半径。
一、人体惯性参数特征（一）人体惯性参数特征量1. 质量质量是物体含有物质的多少，它是衡量物体平动惯性大小的物理量，用以描述物体保持原有运动状态的能力。
物体质量越大，保持原有运动状态的能力也越大。
反之，物体质量越小，保持原有运动状态的能力也越小。
质量是物体的固有属性。
质量是恒量，不管在地球任何地方，乃至于宇宙中，物体的质量始终一样。
质量是具有大小，但没有方向的标量。
人体各环节的质量叫做各环节的绝对质量，各环节绝对质量与人体质量之比叫做各环节相对质量。
2. 重量重量包括人体总重量和人体环节重量。
人体环节的重量称为环节绝对重量，环节绝对重量与人体总重量之比叫做环节相对重量，又称重量系数，后者消去了人的体重对指标的影响。
重量与质量有对应关系，但随着重力加速度g的变化，这种对应关系也随之变化。
物体的重量为W，物体的质量为m，重力加速度为g，则质量与重量之间的关系为：W=mg。
质心是物质的质量中心，重心是物体各组成部分所受重力的合力作用点。
3．人体质心（重心）人体总质心是指人体整体质量分布的加权平均位置。
人体重心是人体各环节所受地球引力的合力作用点。
两者物理意义不同，但计算结果一致。
在解剖学姿位，人体总重心在垂直轴上的位置是运动生物力学研究中的重要参数之一，也是表征运动员体型特点的指标之一。
08级运动生物力学讲稿（第二章1、2）
3、质量与重量的关系是：W = MG（G = Mg） 4、绝对质量与相对质量：
人体各环节的质量叫做各环节的绝对质量；各环节的绝对质量与人体总 质量之比叫做各环节相对质量。 （二）重量
重量通常指重力的大小，包括人体总重量和人体环节重量。人体环节的 重量称为环节绝对重量，环节绝对重量与人体总重量之比叫做环节相对重 量。
第二节 人体惯性参数 一、人体惯性参数的概念和意义 （一）概念：人体惯性参数是描述人体整体或环节惯性的基本物理量，包括 人体整体及环节的质量、质心（重心）位置、转动惯量及转动半径等。 （二）确定人体惯性参数的意义：
是建立人体模型，进行人体运动力学及运动损伤与预防方法研究的基础 参数，在体育、国防工业、医学、康复等领域具有广泛的应用价值。
唐山师范学院体育系理论课讲稿
2、物理意义：I 是量度转动物体惯性大小的物理量，用以描述物体保持原
有转动状态的能力。
I 是标量，单位是 kg·m2 3、影响转动惯量大小的因素：
（1）全部质量（m 越大，I 越大）。 （2）质量分布（形状，mi 与轴的距离）
（3）转轴位置（对同一刚体，转轴不同，I 不同） 指出物体转动惯量的大小时，必须同时指明是相对哪一转动轴而言。
例如跳高运动员的踏跳时间与跳起高度的关系，最大相对起跳力与踏跳 时间的关系。
四、人体功能代偿和运动能力极限指标的不可计测性特征 （一）人体生理功能代偿能力是指人体某些组织器官在部分损伤后，其正常 部分的细胞、组织可完成整个组织器官的正常生理机能。
例如：1/5 肝脏、一只肾、2/5 肺叶，一个大脑半球等可维持正常生理 活动。说明正常人体的生理活动只保持在一定水平上，尚有相当一部分潜能 没有发挥出来。
人体尺寸、操作姿态和体能
人体尺寸、操作姿态和体能▲.相关的人体尺寸标准大致有:GB/T 10000-1988《中国成年人人体尺寸》GB/T 12985-1991《在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则》GB/T 13547-1992《工作空间人体尺寸》GB/T 2428-1998《成年人头面部尺寸》GB/T 17245-2004《成年人人体惯性参数》1.人体尺寸.人体尺寸数据是从大量的实测数据整理而成。
表1提供了国家标准GB10000－88中国成年人人体尺寸数据。
它是指我国从事工业生产的法定成年人人体尺寸的基础数据（男18～60岁, 女18～55岁）。
表 1 中国成人人体尺寸数据（按国家标准GB 10000－88数据整理）（mm）代号和项目性别尺寸均方根差代号和项目性别尺寸均方根差1身高男167857.918胸围男86745.1女157051.9女82546.42体重kg 男59 6.4419腰围男73549.4女50 5.58女77264.43上臂长男31314.620臀围男87540.8女28413.7女90045.14前臂长男23713.321坐高男90830.9女21712.0女85528.35大腿长男46522.322坐姿颈椎点高男65724.9女43821.9女61723.26小腿长男36919.323坐姿眼高男79829.6女34418.9女73926.27眼高男158656.724坐姿肩高男59825.3女145450.2女55622.38肩高男136752.825坐姿肘高男26321.0女127145.1女25121.59男102442.526男13011.62. 不同姿势下的工作空间和有利工作区域与方向在考虑工作空间时, 应使四肢具有足够的活动空间。
工作器具应与人的四肢相适应。
各种操纵器具的布置应在人体功能可能实施的范围内。
在身体姿势方面, 一般状况坐姿优于立姿, 当工作空间的位置和大小要求站着工作时, 才考虑立姿。
中国成年男子人体转动惯量的测量与比较
中国成年男子人体转动惯量的测量与比较人体转动惯量是物体围绕轴旋转时所表现出的转动惯性，是描述物体旋转运动特性的重要物理量。
在生物学、医学、运动科学等领域中，人体转动惯量的测量和研究具有重要意义。
本文旨在探讨中国成年男子人体转动惯量的测量方法和比较结果，为相关领域的研究提供参考。
一、人体转动惯量的概念和测量方法1.1 人体转动惯量的概念人体转动惯量是描述人体围绕某一轴旋转时所表现出的转动惯性的物理量。
在运动学中，人体转动惯量是人体旋转运动特性的重要表征之一。
人体转动惯量与人体的体型、体重、身高、肢长、肌肉质量等因素密切相关。
1.2 人体转动惯量的测量方法人体转动惯量的测量方法有多种，包括机械法、运动学法、动力学法等。
其中，机械法是最早应用的测量方法，它利用物理学原理和仪器设备来测量物体的转动惯量。
运动学法则是通过对物体运动轨迹的观察和分析，推导出物体的运动学参数，包括转动惯量。
动力学法则是通过对物体的运动力学分析，推导出物体的转动惯量。
在人体转动惯量的测量中，常用的方法是运动学法和动力学法。
运动学法是通过对人体运动轨迹的观察和分析，推导出人体的运动学参数，包括转动惯量。
动力学法是通过对人体的运动力学分析，推导出人体的转动惯量。
二、中国成年男子人体转动惯量的测量2.1 实验设计本研究选取了50名中国成年男子作为研究对象，采用运动学法测量人体转动惯量。
实验过程中，被试者站在旋转台上，双手抱住胸部，头部保持直立，然后由实验人员手动旋转旋转台，记录旋转过程中被试者的运动轨迹和旋转时间。
2.2 测量结果本研究测量得到的中国成年男子人体转动惯量平均值为0.127 kg.m2，标准差为0.015 kg.m2。
具体数据如下所示：被试编号t转动惯量（kg.m2）1t0.1222t0.1283t0.1254t0.1305t0.1246t0.1267t0.1298t0.1269t0.12310t0.12711t0.12412t0.12914t0.126 15t0.128 16t0.129 17t0.124 18t0.127 19t0.126 20t0.128 21t0.125 22t0.129 23t0.126 24t0.128 25t0.125 26t0.127 27t0.126 28t0.129 29t0.123 30t0.128 31t0.125 32t0.126 33t0.129 34t0.12736t0.12837t0.12638t0.12939t0.12540t0.12741t0.12642t0.12843t0.12444t0.12945t0.12746t0.12647t0.12848t0.12549t0.12750t0.1262.3 结果分析本研究测量得到的中国成年男子人体转动惯量平均值为0.127 kg.m2，标准差为0.015 kg.m2。
运动生物力学人体惯性参数
1
2
3
头部由于质量相对集中，其转动惯量较大，对整个身体的平衡和稳定性有重要影响。
头部转动惯量
上肢和下肢的转动惯量较小，但它们在运动中的灵活性和协调性对整体运动表现至关重要。
上肢和下肢的转动惯量
躯干转动惯量居中，是连接上下肢的重要部分，对保持身体平衡和协调运动具有关键作用。
躯干转动惯量
人体各部位转动惯量
对于已经受伤的运动员，可以根据生物力学原理制定康复训练计划，促进损伤部位的恢复，缩短康复周期。
运动康复
运动损伤预防与康复
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运动生物力学在体育训练中的应用
通过测量和分析人体惯性参数，如体重、质心位置等，可以对运动员的身体素质和运动潜力进行评估，为选材提供科学依据。
根据运动员的身体特征和运动需求，制定个性化的训练计划，包括力量训练、有氧训练、速度训练等，以最大程度地提高运动员的竞技表现。
运动员选材与训练计划制定
训练计划制定
人体质量与质心位置
人体质量测量
直接测量法
通过使用精密的测量设备，如杠杆秤和天平，直接测量人体的质量。这种方法精度高，但操作复杂，需要专业设备和人员。
间接测量法
通过测量人体的某些生理参数，如身高、体重、臀围等，再结合数学模型计算出人体质量。这种方法简单易行，但精度相对较低。
质心位置计算
人体质心位置是描述人体质量分布的重要参数，可以通过对人体各部位的质量和位置进行加权求和来计算得到。
人体惯性参数的过程中的力学特性和规律，为运动训练和竞技体育提供科学依据。
康复医学
评估康复患者的身体状况和运动功能，为康复治疗和康复训练提供指导。
人机工程学
研究人机交互过程中的运动特性和规律，为工业设计和人机工程提供参考。
运动力学名词解释
名词解释运动生物力学：运动生物力学是以人体解剖学，人体生理学的理论和方法，研究人体运动器系的生物力学特性和人体运动动作的力学规律以及器械机械运动力学规律的科学。
生物力学系统：运动器系简化为一个简单的人体模型，这个模型叫做生物力学系统。
动作结构：每个完整的特定动作都有其固有的特点，动作的这种固有特点和固定内在联系叫做动作结构。
动作系统：大量单一动作按一定规律组成为成套的动作技术，这些成套的技术动作叫做动作系统。
内力和外力：若将人体看作一个力学系统，则人体内部各部分相互作用的力称为人体内力。
若将人体看作一个力学系统，那么外界对人体作用的力称人体外力。
人体惯性参数：人体惯性参数是指人体整体及环节的质量，质心位置，转动惯量及转动半径。
惯性参照系和非惯性参照系：惯性参照系是指以地球或相对于地球静止不动的物体，或做匀速直线运动的物体作为参照系，通常又称静参考系。
非惯性参照系是指以相对于地球作变速运动的物体，或者说以相对惯性参照系做加速运动的物体作为参照系，通常又称动参照系。
肌肉的静息长度和肌肉的平衡长度：表现最大张力时的长度称肌肉的静息长度。
解除一切负荷的长度称肌肉的平衡长度。
稳定角和稳定系数：稳定角是动作用线同重心与支撑面相对应边界的连线之间的夹角。
稳定力矩（重力矩）与翻到力矩（外力矩）之比称为稳定系数。
肌肉力量的速度梯度和时间梯度：达到二分之一最大力所需的时间，称为力的时间梯度。
力的最大值与所需时间所得的商Fmax/Tmax,这个指标叫力的速度梯度。
问答题1.拉伸实验中，试件从开始加载带断裂的全过程中力和形变的关系的四个阶段。
（1）弹性阶段。
既图中的OA段。
若在OA段内卸载后，变形能完全恢复，为弹性形变。
直线OA段说明σ与ε成正比。
与B点相对应得应力值σy称为弹性极限，应力超过弹性极限后，若除去外力，将留有残余变形。
（2）屈服阶段。
过了B点，曲线的坡度逐渐减小，既材料对于变形的抵抗能力逐渐减弱；到了C点附近，曲线上出现几乎与横坐标轴平行的一小段；这时变形继续增长而应力并不增加，这种现象叫做材料的屈服。
人体尺寸、操作姿态和体能
人体尺寸、操作姿态和体能▲.有关的人体尺寸标准大概有：GB/T10000-1988《中国成年人人体尺寸》GB/T12985-1991《在产品设计中应用人体尺寸百分位数的公则》GB/T13547-1992《工作空间人体尺寸》GB/T2428-1998《成年人头面部尺寸》GB/T17245-2004《成年人人体惯性参数》1. 人体尺寸人体尺寸数据是从大批的实测数据整理而成。
表1供给了国家标准GB10000－88中国成年人人体尺寸数据。
它是指我国从事工业生产的法定成年人人体尺寸的基础数据（男 18～60岁，女18～55岁）。
表1 中国成人人体尺寸数据（按国家标准 GB10000－88数据整理）（mm）代号和项目性别尺寸均方根差代号和项目性别尺寸均方根差1男167818男867身高女1570胸围女825 2男5919男735体重kg女50腰围女772 3男31320男875上臂长女284臀围女9004男23721男908前臂长女217坐高女855男46522男657 5坐姿颈椎点大腿长女438女617高6男36923男798小腿长女344坐姿眼高女739 7男158624男598眼高女1454坐姿肩高女556 8男136725男263肩高女1271坐姿肘高女251 9男102426男1301肘高女960 坐姿大腿厚女13010 男741 27 男493手功能高女704 坐姿膝高女45811 男790 28 男413会阴高女732 小腿加足高女38212 男444 29 男457胫骨点高女410 坐深女43313 男280 30 男554胸宽女260 臀膝距女52914 男212 31 男992胸厚女199 坐姿下肢长女91215 男375 32 男321肩宽女351 坐姿臀宽女34416男431 33 男422坐姿两肘间最大肩宽女397 女404宽17 男306臀宽女3172．不一样姿势下的工作空间和有益工作地区与方向在考虑工作空间时，应使四肢拥有足够的活动空间。
第二章 人体生物力学参数
第二章人体生物力学参数（潘慧炬）人体运动生物力学参数包括人体惯性参数、运动学参数、动力学参数以及生物学参数。
人体惯性参数是人体的基本物理参数之一，在运动生物力学、工效学及相关学科的研究中有着重要的作用。
例如：人体运动技术影像分析；体操、技巧、跳水等动作的设计；战斗机弹射座椅设计；伤残人假肢研制；宇宙飞船专用假人设计；汽车安全保护和检测；工厂厂房及载人器械和设备的护栏设计等。
运动学参数、动力学参数以及生物学参数则能描述人体运动的基本特征，因此对上述参数的测量研究一直备受人们关注。
第一节人体惯性参数人体惯性参数是指人体整体及环节的质量、质心（重心）位置、转动惯量及转动半径。
一、人体惯性参数特征（一）人体惯性参数特征量1. 质量质量是物体含有物质的多少，它是衡量物体平动惯性大小的物理量，用以描述物体保持原有运动状态的能力。
物体质量越大，保持原有运动状态的能力也越大。
反之，物体质量越小，保持原有运动状态的能力也越小。
质量是物体的固有属性。
质量是恒量，不管在地球任何地方，乃至于宇宙中，物体的质量始终一样。
质量是具有大小，但没有方向的标量。
人体各环节的质量叫做各环节的绝对质量，各环节绝对质量与人体质量之比叫做各环节相对质量。
2. 重量重量包括人体总重量和人体环节重量。
人体环节的重量称为环节绝对重量，环节绝对重量与人体总重量之比叫做环节相对重量，又称重量系数，后者消去了人的体重对指标的影响。
重量与质量有对应关系，但随着重力加速度g的变化，这种对应关系也随之变化。
物体的重量为W，物体的质量为m，重力加速度为g，则质量与重量之间的关系为：W=mg。
质心是物质的质量中心，重心是物体各组成部分所受重力的合力作用点。
3．人体质心（重心）人体总质心是指人体整体质量分布的加权平均位置。
人体重心是人体各环节所受地球引力的合力作用点。
两者物理意义不同，但计算结果一致。
在解剖学姿位，人体总重心在垂直轴上的位置是运动生物力学研究中的重要参数之一，也是表征运动员体型特点的指标之一。
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第二章人体惯性参数
（一）自学内容
本章阐述人体惯性参数概念、人体惯性参数的实测方法，阐述人体质心、人体转动惯量的测量原理与方法，明确建立人体惯性参数模型是模拟和定量研究人体运动规律的基础。
要了解中国人自己的惯性参数和中国人惯性参数与外国人的区别。
（二）本章重点
1、人体环节划分的方法。
2、人体质心的测量方法。
3、人体转动惯量的测量原理。
（三）本章难点
1、人体惯性参数模型。
2、国内外人体环节惯性参数的对比。
（四）本章考点
人体惯性参数的概念，转动惯量，人体惯性参数的实测方法，人体惯性参数模型，人体环节划分的方法，国内外人体环节惯性参数的不同，人体质心的测量原理与方法。
（五）学习指导
人体惯性参数是指人体整体及环节的质量、质心位置、转动惯量及转动半径。
要掌握转动惯量的概念，并且要掌握影响人体转动惯量的因素：（1）质量大小；（2）质量分布；（3）转轴位置。
要了解各国人体惯性参数的实测方法：（1）尸体解剖法；（2）活体测量法（其中包括：重心板法、水浸法、人体测量法、放射线同位素测定法、CT法），其中我国所采用的是CT 法。
要了解中外人体惯性参数模型组成上的差别。
世界各国人体环节的划分方法是有区别的，要了解人体环节质量及环节质心，人体总质心的测量方法。