指点装置操作的肌肉负荷比较研究

摘要

图形用户界面(GUI)的发展使得计算机界面可用性(Usability)增强,也使得鼠标成为用户向计算机发送信息的重要方式,但同时许多研究指出,鼠标的广泛使用是办公室工作中各种肌肉骨骼不适问题的重要原因。寻找一种更优的指点装置替代鼠标,使人们能在高绩效条件下减少损伤成为人们关心的重点。
　　本研究采用需要连续精确控制的追踪作业,考察鼠标、食指追踪球和拇指追踪球的操作误差和变异度,同时攫取操作时肌肉的sEMG以研究各肌肉的操作负荷,以此为基础分析比较不同指点装置的操作特点和对肌体的影响。
　　本研究包括三个实验,实验一考察不同目标路线条件下肌负荷和绩效分析,实验二考察腕部支撑对指点装置操作肌肉负荷的影响,实验三考察目标速度对指点装置操作负荷的影响。此外,本研究还要求被试在每次作业后对其用力强度按照Borg用力强度评价量表进行评价,并进一步分析负荷、绩效和主观评价之间的关系。
　　本研究得出以下结论:1、在3种指点装置的操作过程中,多数肌肉的工作负荷不高。某些肌肉活动较低,如斜方肌、三角肌和肱桡肌,它们的活动可能主要与维持相对静态的整体姿势有关,但这些肌肉的活动也会受到操作运动的影响。2、在3种指点装置的操作过程中,操作肢体的主作用肌的活动水平相对较高。某些局部肌肉活动增强与操作动作特点有关,如对于鼠标操作,在含左至右运动成分的路线中,尺侧腕伸肌的平均MVE％相当高。3、根据sEMG测量,无支撑条件将增加操作鼠标时的肩部和上臂肌负荷,增加操作两种追踪球时的肩部肌负荷,且对前者的影响大于后两者。无支撑条件对于手部的主操作肌肉的影响不是很大。根据操作绩效和主观用力强度,对于鼠标,有支撑条件优于无支撑条件,对于两种追踪球,总体上有无支撑条件的差异较小。4、在指点装置操作中,部分肢体肌肉随着操作速度的提高,肌肉活动会增加,但实际增幅很小,且仍有许多肌肉(依存于装置)不存在这种速度效应。然而,在3种装置的操作中,主观用力强度均随着速度的减慢而提高。5、sEMG测量结果可对主观用力评价结果作进一步的解释,它们提供了互补的分析数据。综合考察操作过程中的绩效、主、客观负荷等多项指标对作出科学评价是十分重要的。6、按多指标评价,总的来说,鼠标的操作绩效要优于2种追踪球,但在精细操作时,鼠标的绩效优势将下降,同时主观用力强度有高于2种追踪球的趋势。sEMG测量结果表明,鼠标操作时人的肩部(斜方肌)和上臂(三角肌)负荷要大于操作2种追踪球,在无支撑条件下这种状况尤为突出。此外,鼠标操作中易出现不良姿势(如过度尺偏)。

目录

摘要

ABSTRACT

1 引言

1.1 相关的肢体生物力学分析

1.2 表面肌电及其在工效学研究中的应用

1.3 有关可用性目的的指点装置人因素研究

1.3.1 定位操作时间研究

1.3.2 操作稳定性研究

1.4 有关流行病学目的的指点装置人因素研究

1.4.1 关于指点装置的操作姿势研究

1.4.2 关于指点装置的操作负荷研究

1.4.3 运用肌电技术探讨指点装置肌肉负荷的研究

1.5 本研究的目的和意义

2 实验一 不同目标路线条件下操作指点装置的肌负荷和绩效分析

2.1 实验方法

2.1.1 实验作业

2.1.2 sEMG信号的采集

2.1.3 用力强度主观评价

2.1.4 实验步骤

2.1.5 被试

2.2 实验结果

2.2.1 关于指点装置的操作绩效及操作用力强度评价的分析

2.2.2 关于操作指点装置的肢体sEMG分析

3 实验二 无支撑条件对操作指点装置的肌负荷和绩效影响分析

3.1 实验方法

3.2 实验结果

3.2.1 关于指点装置的操作绩效及主观用力强度评价的分析

3.2.2 关于操作指点装置的肢体sEMG分析

4 实验三 操作速度对操作指点装置的肌负荷和绩效影响分析

4.1 实验方法

4.2 实验结果

4.2.1 关于指点装置的操作绩效及主观用力强度评价的分析

4.2.2 关于操作指点装置的肢体sEMG分析

5 讨论

5.1 操作3种指点装置时的肌活动特点分析

5.2 有无支撑对指点装置操作的肌负荷影响

5.3 操作速度对指点装置操作的肌负荷影响

5.4 指点装置的操作绩效和主观操作用力强度分析

5.5 指点装置的操作绩效和主观操作用力强度与sEMG关系分析

5.6 关于3种指点装置的综合评价

6 结论

参考文献

附录

附录一 实验中各肌肉电极贴放位置

附录二 各目标肌肉最大自主收缩测试动作(按测试先后顺序)

致谢