2.2人的生理特性課件

1、2.2 人的生理特性第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性一、人的感覺1、人機(jī)系統(tǒng) （見圖1）2、人在系統(tǒng)中的作用1第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性圖1 人機(jī)系統(tǒng)圖返回2 把操作者作為人機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)“環(huán)節(jié)”來(lái)研究，人與外界發(fā)生聯(lián)系的主要是三個(gè)子系統(tǒng)，即感覺系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，如右圖所示。2、人在系統(tǒng)中的作用3第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性3、感覺的基本特征人的各種感覺器都有一定的感受性和感覺閾限。從人的感覺閾限來(lái)看，刺激本身必須達(dá)到一定強(qiáng)度才能對(duì)感受器官發(fā)生作用。一種感受器官只能接受一種刺激和識(shí)別某一種特征，眼睛只接受光刺激，耳朵只接受聲刺激。人的感覺印象80%來(lái)自眼睛，14%來(lái)自耳朵，6%來(lái)自

2、其他器官。 同時(shí)有多種視覺信息或多種聽覺信息，或視覺與聽覺信息同時(shí)輸入時(shí)，人們往往傾向于注意一個(gè)而忽視其它信息，如果同時(shí)輸入的是兩個(gè)強(qiáng)度相同的聽覺信息，則對(duì)要聽的那個(gè)信息的辨別能力將下降50%，并且只能辨別最先輸入的或是強(qiáng)度較大的信息。 感覺器官經(jīng)過(guò)連續(xù)刺激一段時(shí)間后，敏感性會(huì)降低，產(chǎn)生適應(yīng)現(xiàn)象。 4 人機(jī)系統(tǒng)中的最常用的感覺通道是視覺通道、聽覺通道和觸覺通道。不同感覺通道的適用場(chǎng)合如下表所示：感覺通道適用場(chǎng)合視覺通道傳遞比較復(fù)雜的或抽象的信息傳遞比較長(zhǎng)的或需要延遲的信息傳遞信息以后還要引用傳遞的信息與空間方位、空間位置有關(guān)傳遞不要求立即作出快速響應(yīng)的信息所處環(huán)境不適合使用聽覺通道的場(chǎng)合雖適合

3、聽覺傳遞，但聽覺通道已過(guò)載的場(chǎng)合作業(yè)情況允許操作者固定保持在一個(gè)位置上聽覺通道傳遞比較簡(jiǎn)單的信息傳遞比較短的或無(wú)需延遲的信息傳遞的信息以后不再需要引用傳遞的信息與時(shí)間有關(guān)傳遞要求立即作出快速相應(yīng)的信息所處環(huán)境不適合使用視覺通道的場(chǎng)合雖適合視覺傳遞，但視覺通道已經(jīng)過(guò)載的場(chǎng)合作業(yè)情況要求操作者不斷走動(dòng)的場(chǎng)合觸覺通道傳遞非常簡(jiǎn)明的、要求快速傳遞的信息經(jīng)常要用手接觸機(jī)器或其裝置的場(chǎng)合其他感覺通道已過(guò)載的場(chǎng)合使用其他感覺通道有困難的場(chǎng)合5第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性4、人的視覺特性（1）人眼的構(gòu)造 眼球的基本結(jié)構(gòu)（見圖3） 眼球的水平解剖圖 （見圖4）（2）視覺的基本參數(shù) 波長(zhǎng)、視角、視力、視距、色覺

4、、視野6第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性圖 3 人眼球的基本結(jié)構(gòu) 眼睛是視覺的感受器官，人眼是直徑為2125mm的球體，其基本構(gòu)造與照相機(jī)類似。 視網(wǎng)膜最外層細(xì)胞包括視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞，它們是接受信息的主要細(xì)胞。7視覺-成像返回8第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性圖4 眼球的水平解剖圖 返回9 視覺的適宜刺激是光。人的兩眼可以感受到的光波只占整個(gè)電磁光譜的一小部分，其波長(zhǎng)為380780nm。1）波長(zhǎng)10視角：確定被看物尺寸范圍的兩端點(diǎn)光線射入眼球的相交角度。 =2arctg(D/2L) 式中：視角； D被看物體上兩端點(diǎn)的直線距離； L眼睛到被看物體的距離； 2） 視角11視力：眼睛分辨物體細(xì)微結(jié)構(gòu)能

5、力的一個(gè)生理尺度，以臨界視角的倒數(shù)來(lái)表示。 視力=1/能夠分辨的最小物體的視角3） 視力12小數(shù)：0.1, 0.12, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0 對(duì)數(shù)：4.0, 4.1 , 4.2 , 4.3, 4.4 , 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 5.0, 5.1, 5.2, 5.3換算公式：L=5+lgV。 L：對(duì)數(shù)視力； V：小數(shù)視力 對(duì)數(shù)視力表是我國(guó)繆天榮教授創(chuàng)造的。比較合理的增加了0.10.2之間的視標(biāo)，所以，視力檢查的結(jié)果更加科學(xué)、準(zhǔn)確。 小數(shù)（1.0版）與對(duì)數(shù)（5.0版）視力表

6、對(duì)照表：視角與視力的關(guān)系13 視野：指人的頭部和眼球固定不動(dòng)的情況下，眼睛觀看正前方物體時(shí)所能看得見的空間范圍，常以角度來(lái)表示。分水平視野（單視野/雙視野）和垂直視野，見圖6。 視距：指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離。4）視野、視距14圖6人的水平視野和垂直視野15 中央視覺：視維細(xì)胞（感色能力強(qiáng)、能清晰分辨物體）。 周圍視覺：視桿細(xì)胞（觀察空間范圍和正在運(yùn)動(dòng)的物體）。 雙眼視覺和立體視覺：雙眼視物時(shí)，具有分辨物體深淺、遠(yuǎn)近等相對(duì)位置的能力，形成立體視覺。5） 視覺16 色覺和色視野,如下圖所示。6）色覺和色視野17第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性（3）常見的幾種視覺現(xiàn)象 暗適應(yīng)與明適應(yīng)眩光 視錯(cuò)

7、覺18定義： 人眼對(duì)光亮度變化的順應(yīng)性。特點(diǎn)：明適應(yīng)約需要1min就能完全適應(yīng);暗適應(yīng)約需要30min才能完全適應(yīng); 人在明暗急劇變化的環(huán)境中，視力會(huì)出現(xiàn)短暫的下降，頻繁出現(xiàn)則易導(dǎo)致視覺疲勞。1)明適應(yīng)與暗適應(yīng)19暗適應(yīng)與明適應(yīng)曲線6. 暗適應(yīng)和明適應(yīng)。暗適應(yīng)與明適應(yīng)曲線如下圖所示。20定義視野中有極強(qiáng)的亮度對(duì)比時(shí)，由光源直射或由光滑表面反射出的刺激或耀眼的強(qiáng)烈光線。主要有害影響：破壞暗適應(yīng)，產(chǎn)生視覺后像；降低視網(wǎng)膜的照度；減弱被觀察物體與背景的對(duì)比度；觀察物體時(shí)出現(xiàn)模糊感覺。眩光21定義 視覺印象與實(shí)際物體存在差異的現(xiàn)象。視錯(cuò)覺的類型形狀錯(cuò)覺長(zhǎng)短、方向、對(duì)比、大小、遠(yuǎn)近和透視等錯(cuò)覺；色彩錯(cuò)覺

8、對(duì)比、大小、溫度、距離和疲勞等錯(cuò)覺；物體運(yùn)動(dòng)錯(cuò)覺視錯(cuò)覺22常見的圖形錯(cuò)覺有幾個(gè)黑點(diǎn)？23柱子是圓的還是方的？24那個(gè)女人是真實(shí)的還是拼圖里的？25是靜的還是動(dòng)的？26看著黑點(diǎn)身體前后移動(dòng)27這是靜止的圖片， 圖片與心理壓力有關(guān)， 你的心理壓力越大，圖片轉(zhuǎn)動(dòng)越快。 美國(guó)曾經(jīng)以此作為犯罪嫌疑人的心理測(cè)試， 他看到的圖片是高速旋轉(zhuǎn)的，而大部分的 兒童看這幅圖片是靜止的。 測(cè)試一下你的心理壓力 28幾種常見視覺錯(cuò)誤 29疲勞程度： 水平優(yōu)于垂直。視線變化習(xí)慣： 左右，上下，順時(shí)針。準(zhǔn)確性： 水平尺寸和比例的估計(jì)更準(zhǔn)確。觀察情況的優(yōu)先性： 左上右上左下右下。 視區(qū)內(nèi)的儀表布置必須考慮這一點(diǎn)。（4）視覺運(yùn)

9、動(dòng)規(guī)律30設(shè)計(jì)依據(jù)： 以雙眼視野為設(shè)計(jì)依據(jù)。接受程度： 直線輪廓優(yōu)于曲線輪廓。顏色的易辨認(rèn)順序： 紅、綠、黃、白；顏色相配時(shí)的易辨認(rèn)順序： （4）視覺運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)試黃底黑字、黑底白字、藍(lán)底白字、白底黑字31人機(jī)工程人機(jī)工程人機(jī)工程人機(jī)工程32第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性5、人的聽覺特性 （1）人耳構(gòu)造和聽覺過(guò)程 （前進(jìn)）（2）聽覺特征 1）可聽范圍人耳能聽到的聲音頻率是2020000Hz ；2）可聽聲音的強(qiáng)度3）聽覺的動(dòng)態(tài)范圍4）聽覺的頻率響應(yīng)5）方向敏感度6）掩蔽效應(yīng)前進(jìn)33（1）人耳構(gòu)造和聽覺過(guò)程 起主要作用的部位：內(nèi)耳耳蝸；起輔助作用的部位：外耳、中耳、內(nèi)耳的其它部分，見下圖。返回34

10、聲強(qiáng)的單位是 W/m2，即聲波的能流密度，即在單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)與傳播方向相垂直的單位面積上的聲波能量。人可聽見的最小聲音強(qiáng)度（1000HZ）約為： Imin10-12 W/m2人可忍受的最大聲音強(qiáng)度（1000HZ）約為： Imin1 W/m2 因此人們耳朵可聽得到的最大聲音與最小聲音的強(qiáng)度比約1012的范圍。 聲強(qiáng)級(jí)的單位：分貝 (dB)10lg(I/Imin) 聲強(qiáng)測(cè)量：不同分貝水準(zhǔn)聲音示例2）可聽聲音的強(qiáng)度返回35 聽覺聲強(qiáng)的動(dòng)態(tài)范圍=正好可忍受的聲強(qiáng) / 正好能聽見的聲強(qiáng)。 聽閾：在最佳的聽聞?lì)l率范圍內(nèi)，一個(gè)聽力正常的人剛剛能聽到給定各頻率的正弦式純音的最低聲強(qiáng)Imin。如右圖。 痛閾：

11、對(duì)于感受給定各頻率的正弦式純音，開始產(chǎn)生疼痛感的極限聲強(qiáng)Imax。 與 都與頻率有關(guān)系，是在某一頻率下的聽閾值或痛閾值。 聽覺范圍：由聽閾和痛閾兩曲線所包圍的聽覺區(qū)，如右圖所示。3）聽覺的動(dòng)態(tài)范圍返回36人耳能聽聞的頻率比為： fmin / fmax=1:1000；頻率感受的上限隨著年齡的增長(zhǎng)而逐年連續(xù)下降，如右圖所示；聽覺的頻率響應(yīng)特性對(duì)聽覺傳示裝置的設(shè)計(jì)是很重要的。4）聽覺的頻率響應(yīng)（感受性）37老年人聽閾曲線正常人聽閾曲線返回385）方向敏感度（雙耳效應(yīng)）（2）由于頭部的阻擋效應(yīng)，造成聲音頻譜的改變。（1）時(shí)差：t=聲源到兩耳的時(shí)間差。人耳可覺察到的聲信號(hào)入射的最小偏角為3。原因？人右耳

12、對(duì)各種不同頻率純音進(jìn)行單耳聽聞的方向敏感度如右圖所示。人耳對(duì)不同頻率、不同方向的聲音的感受能力是不一樣的返回39 掩蔽：一個(gè)聲音被另一個(gè)聲音所掩蓋的現(xiàn)象。 掩蔽效應(yīng)：一個(gè)聲音的聽閾因另一個(gè)聲音的掩蔽作用而提高的效應(yīng)。 （換句話說(shuō)：就是指環(huán)境中的一種聲音使得耳朵對(duì)另一種聲音的敏感度降低的現(xiàn)象。） 殘余掩蔽（聽覺殘留）：掩蔽聲去掉以后，掩蔽效應(yīng)并不立即消除的現(xiàn)象。6）掩蔽效應(yīng)返回40聽覺是僅次于視覺的重要感覺。 聽覺的適宜刺激是聲音，聲音的聲源是振動(dòng)的物體。 人的聽感范圍：2020000HZ。 聽覺通道適用的場(chǎng)合：傳遞比較簡(jiǎn)單簡(jiǎn)短的信息傳遞要求立即作出快速響應(yīng)的信息作業(yè)情況要求操作者不斷走動(dòng)的場(chǎng)合

13、所處環(huán)境不適合使用視覺通道的場(chǎng)合雖適合視覺傳遞，但視覺通道已過(guò)載的場(chǎng)合 （3）聽覺刺激及其適用場(chǎng)合41（1）嗅 覺（2）味 覺（3）膚 覺觸覺（觸覺感受器見圖5 ，觸覺閾限）溫度覺分為冷覺和熱覺，以30C為界。痛覺（見圖6）6、人的嗅覺、味覺和膚覺特性42嗅覺嗅覺的感受性較強(qiáng)，環(huán)境條件（適宜的溫度，清潔的空氣）和生理?xiàng)l件（傷風(fēng)）影響嗅覺的感受性。嗅覺的適應(yīng)性較快，有一定的選擇性?！叭胫ヌm之室,久而不聞其香；入魚市，久而不聞其臭 人類能辨別的四味為：甜酸苦咸嗅覺味覺43第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性圖 5 部分觸覺感受器返回觸覺:指尖和舌尖能非常準(zhǔn)確的定位。44圖 6 人的痛、溫度和粗略觸覺傳導(dǎo)

14、通路 痛覺:具有很大的生物學(xué)意義，可導(dǎo)致肌體產(chǎn)生一系列保護(hù)性反應(yīng)來(lái)回避刺激物，動(dòng)員人的肌體進(jìn)行防衛(wèi)或改變本身的活動(dòng)來(lái)適應(yīng)新的情況。45467、本體感覺本體感覺:人在進(jìn)行各種操作活動(dòng)時(shí)能同時(shí)給出身體及四肢所在位置的信息。感覺軀體的位置、運(yùn)動(dòng)及作用力，能告知操作者軀體正在進(jìn)行的動(dòng)作及其相對(duì)于環(huán)境和機(jī)器的位置。平衡覺是人對(duì)自己頭部位置的各種變化及身體平衡狀態(tài)的感覺。影響平衡覺的因素：酒、年齡、恐懼、突然的運(yùn)動(dòng)、緊迫感、不常有的姿勢(shì)。 了解某些現(xiàn)場(chǎng)事故的原因有助于作出全面的合理分析。運(yùn)動(dòng)覺是人對(duì)自己身體各部位的位置及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一種內(nèi)部感覺。感受四肢和身體不同部分的相對(duì)位置。47人的神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)神經(jīng)系

15、統(tǒng)中樞神經(jīng)周圍神經(jīng)脊髓按解剖分腦神經(jīng)；脊神經(jīng)按功能分感覺（傳入）神經(jīng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)（傳出）腦：延髓；腦髓；中腦；間腦；小腦；大腦軀體運(yùn)動(dòng)神經(jīng)（支配骨骼肌)植物性神經(jīng)（支配內(nèi)臟器官）二、人體的神經(jīng)系統(tǒng)前進(jìn)48返回49大腦皮質(zhì)功能定位 1. 軀體感覺區(qū)，見下圖(a)； 2. 軀體運(yùn)動(dòng)區(qū)，見下圖(b)； 3. 其他功能區(qū)。50 骨運(yùn)動(dòng)的杠桿 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的樞紐 肌肉運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力骨的功能和骨杠桿 1.骨的功能； 2.骨杠桿，見圖1。 三、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)能及其特征51 根據(jù)支點(diǎn)，力點(diǎn)（動(dòng)力點(diǎn)）、重點(diǎn)（阻力點(diǎn)）三者不同的位置分布，分為： 1）平衡杠桿； 2）省力杠桿； 3）速度杠桿：用力大，但運(yùn)動(dòng)速度快 由等功原理，得之于力則失之于速度，反之亦然。因此，最大的力量與最大的運(yùn)動(dòng)范圍兩者是相矛盾的。圖1522、 主要關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍 關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍有一定的限度，人體處于舒適時(shí)，關(guān)節(jié)必然處在一定的舒適調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。3、 肌體的出力范圍 肌體所能發(fā)揮的力量大小取決于： 1）人體肌肉的生理特征 2）施力的姿勢(shì)、部位、方式和方向，分別見圖2，圖3和圖4。53圖2立姿彎臂時(shí)的力