2502230 HFD 4 body structure

บทที่ 4

การศึกษาเกี่ยวกับระบบโครงสรางของรางกาย

STICK PERSON เปนแนวความคิดที่เกิดขึ้นโดย นักวิทยาศาสตรชาวอิตาลีGi นกวทยาศาสตรชาวอตาลGiovanni i Alfonso Alf Borelli B lli (1608(1608 1679) และนักคนควาวิจัยในยุคตอมาไดนาํ มาใชอางอิง เพือื่ ศึกษาคุณสมบัติของ มวลของรางกายมนุษย ใในสวนที​ี่ เกี่ยวของกับ Biomechanics ในชวงทศวรรษที่ 1950 Dempster ไดพยายามพัฒนาใหโมเดลนี้เกิดมีปริมาตร โดยมีลักษณะรปทรงเชิ โดยมลกษณะรู ปทรงเชงเรขาคณต งเรขาคณิต เพื เพอใหสามารถใชสู ่อใหสามารถใชสตตรร ในการคํานวณมาหาปริมาตร และ โมเมนตของรางกายซึ่ง ยงคงเปนโมเดลพนฐานสบตอมาสาหรบการศกษาดาน ั ป โ ื้ ฐ สื  สํ ั ศึ  Biomechanicsปจจุบัน การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

1

Stick person B lli (1608Borelli 1679))

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

2

numbering scheme for the body link system

Human biomechanics

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

3

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

4

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

5

นอกจากนี้ ยังมีการนํา Facet Algorithm มาใชในการ คํานวณพื้นผิวรางกายมนุษยในลักษณะ 3 มิติ flats, pits peaks, pits, peaks ridges, ridges ravines, ravines saddles, saddles hillsides เชนเดียวกับที่ใชอธิบาย contour ของโลก ทั้งหมดนี้ นอกจากเปนการศึกษาในแงของ A th Anthropometry t แลว แลว ยัยงมผลในดานการศกษากลไก งมีผลในดานการศึกษากลไก การเคลื่อนไหวของรางกายมนุษยอีกดวย การศึกษา ของ Borelli เปนหลักความคิดทีว่ า รางกายมนุษย เปรียบเสมือนแทงไมยาว ทีทมจุ เปรยบเสมอนแทงไมยาว ่มีจดหมนหรื ดหมุนหรออ ขขอตอทม อตอทีม่ ี กลามเนื้อเปนตัวยึด การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

6

ในยุ​ุคตอมา กฎของฟ ฎ สิกสซึ่งคนพบโดย Sir Issac Newton(1642-1727) ไดอธิบายถึงผลกระทบ ภายนอกหรือื แรงโน โ มถว งของโลกที โ ีม่ ีตอรา งกาย มนษย มนุ ษย โดยทแนวแกนการเคลอนทจะอางองจาก โดยที่แนวแกนการเคลื่อนที่จะอางอิงจาก ระนาบ X, Y, Z y

x การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

z

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

7

เราอาจมองระบบสําคัญของรางกายที่สัมพันธกัน ในกลไกการเคลือ่ นไหวดังนี้ -ระบบกระดูก ทําํ หนาที​ี่เปนเสาเต็น็ ท -ระบบกล ระบบกลามเนอ ามเนื้อ ทาหนาทเปนเชอกขง ทําหนาที่เปนเชือกขึง -SOFT TISSUE ทําหนาที่เปนผาใบเต็นท โดยระบบประสาททําหนาที่รับสงขอมูลที่จะชวยใน การตดสิ ใ อ่ื นไหว ไ ั ินใจเคลื

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

8

The tent analogy. The skeleton is the tent pole.

The muscles are the guy ropes, and the soft tissues are the canvas. การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

9

หนาที่ของระบบโครงกระดูกและกลามเนื้อ ระบบโครงกระดกก ระบบโครงกระดู ระบบกลามเนื้อ ระบบกลามเนอ 1.SUPPORTชวยพยุง 1.PRODUCE MOVEMENT ทาใหเกดการเคลอนไหวของอวยวะ ํใ  ิ ื่ ไ ั

2.PROTECTION ป ป ปกปองอวยวะภายในทสาคญ ั ใ ี่สํ ั 3.MOVEMENT กระดูกและขอตอชวยใหเกิ    ใ  ดิ การเคลื่อนไหวของรางกาย จากการยืดื หดของกลามเนื​ือ้ 4.HOMOPOIESIS

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2.MAINTAIN POSTURE รกษาอรยาบถ ั ิ​ิ ทาทาง  3.PRODUCE HEAT สรางความรอนโดยเปนผลจาก   โ ป การทํางานและเปนกลไกสําคัญ ใ ในการรั ักษาอุณหภูมิของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

10

ในการศกษาเรองจุ ในการศึ กษาเรื่องจดศนย ดศูนยถวงของรางกาย ถวงของรางกาย CENTER OF GRAVITY: COG เราควรศึกษาเรือ่ งความ สมดุลของรางกาย เพือ่ ใหเขาใจแนวความคิด CG ของรางกายงายขึ้น เงือื่ นไขข ไ อจําํ กัดั พืน้ื ฐาน สําํ หรั​ับการรักั ษาสมดุล ของทาทาง POSTURAL STABILITY คอ ของทาทาง คือ การที การท่ ตองผสมผสาน COG ของรางกายแตละสวนเขา ดวยกัน การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

11

STABILITY AND SUPPORT - SIZE OF THE BASE OF SUPPORTจะเปนตัวกําหนด - ความสมดุลของรางกาย - ทาทางทีอี่ วัยั วะตางๆสามารถทําได ไ  โดยสิ่งที่จะชวยสนับสนนได โดยสงทจะชวยสนบสนุ นไดแก แก - SUFFICIENT SPACE - ROOM FOR THE FEET

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

12

สมดุลของทายืน 4 ลักษณะ

2.

1.

3.

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

4 4.

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

13

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

14

ชนดของความสมดุ ชนิดของความสมดลล แบงเปน แบงเปน 2 ชนด ชนิด 1. STATIC EQUILIBRIUM สมดุ​ุลขณะอยูนู ิ่ง 2. DYNAMIC EQUILIBRIUM สมดุลขณะที่รางกาย หรือวัตถุเคลือ่ นไหว การรักั ษาสมดุลตองอาศั​ัยการฝฝกฝนจนเกิ ฝ ิดความ ชํานาญ จงจะสามารถรกษาสมดุ ชานาญ จึงจะสามารถรักษาสมดลไว ลไวได ได

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

15

STATIC EQUILIBRIUM FOR THE BODY 1. UPWARD FORCES

<from floor>

= DOWNWARD FORCES

<body weight+load of object>

2.FORWARD FORCES = BACKWARD FORCES <กม ไปข ไป า งหนา > <การยืดื ของกลามเนือื้ หลังั > 3.CLOCKWISE TORQUES = COUNTERCLOCKWISE < น้ําหนักที่ไมเทากัน

ASYMMETRIC LOAD >

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

TORQUES

<กลามเนื้อหลัง สะโพก>

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

16

ปจจัยที่ทําใหเกิดความสมดุล ประกอบดวย 1.ความสูงของจุดศูนยถวง 2.ขนาดของฐานรองรับ

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

17

ปจจัยที่ทําใหเกิดความสมดลล ประกอบด ปจจยททาใหเกดความสมดุ ประกอบดวย วย

1.ความสงของจดศนย ู ุ ู ถวง ถายิ่งต่ํา จะยิ่งเพิม่ ความสมดุล ขณะยืน ถามีการยกแขนขึ้น หรือ ถือน้ํา้ หนักเหนือระดับเอว จะทําให CG สูงขึ้น ซึ่งจะเปนการยากในการรักษาสมดลของร ซงจะเปนการยากในการรกษาสมดุ ลของรางกาย างกาย การลดความสู​ูงของ CG จะชวยทําใหเกิดสมดุ​ุล มากขึ้น การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

18

ปจจัยที่ทําใหเกิดความสมดลล ประกอบด ปจจยททาใหเกดความสมดุ ประกอบดวย วย

2.ขนาดของฐานรองรั ฐ บ ถายิ่งกวาง จะยิ่งเพิม่ ความสมดุลชวยใหมั่นคงขึ้น เชน ถายืนใหเทา ทั้ง 2 ชิดกัน ฐานรองรับจะกวางนอยลง ความ สมดลจะน สมดุ ลจะนอยกวาทายนแยกเทา อยกวาทายืนแยกเทา

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

19

LINE OF GRAVITY เสนผานจุ​ุดศู​ูนยกลาง เปนเสนสมมุติที่ลากผานจุดศูนยถว งในแนวดิ่ง วัตั ถุจะมี​ีสมดุลที​ี่ดี LOG จะตอ งตกภายในฐานที ใ ี่ รองรับ ถายงใกลจุ รองรบ ถายิ่งใกลจดดศนย ศูนยกลางของฐานมาก กลางของฐานมาก เทาใด ความสมดุลจะมีมากเทานั้น เชน เมื่อหิ้ว ของหนักั ดว ยมือื เดี​ียว รา งกายจะมีกี ารชดเชย โดยเอียงตัวไปดานตรงขาม เพือ่ ใหเสนสมมุ​ุติ LOG ตกภายในแนวฐาน การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

20

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

21

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

22

design of manual handling tasks common methods of carrying a load การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

23

2

1

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

4

3

5

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

24

นอกจากนี้ ความสมดุ​ุลยังขึ้นอยูกู ับโมเมนตัม แรงกระทบ และ ความเสียดทาน เชน ถาเดินตานลม ควรวางเทาใหเหลื่อมกัน หรือ เมือ่ ยืน  ื ไฟ ี่ ํ ั ิ่ ควรวางเทาเหลอมกน บนรถเมลหรอรถไฟทกาลงวง  ื่ ั และโนมตัวมาดานหนาตามทิศทางที่รถกําลังวิ่ง ในเรื่อง ของความเสียดทาน ยิ่งความเสียดทานนอย จะยิ่งรักษา สมดุลได ไ ยาก เชน เมือื่ เดินบนพืนื้ นํา้ แข็​็ง สําหรับปญหาจากรางกาย เช สาหรบปญหาจากรางกาย เชนน กระดู กร ดกสั กสนหลง นหลัง หาก แนวดิ่งเสียไป ก็จะเสียความมั่นคงสมดุ​ุลได การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

25

การมองเห็ การมองเหนและปจจยดานจตใจ นและปจจัยดานจิตใจ เชนน การเดนขามขอบเหวทไมมอะไรกน เช การเดินขามขอบเหวที่ไมมีอะไรกั้น หรอเดน หรือเดิน ขามสะพานที่มีกระแสน้ําวน จะมีผลตอ กลามเนื้อที่ควบคุมการทรงตัวของรางกาย ดังนั้น จึงควรมองที่จดดใดจดหนึ จงควรมองทจุ ใดจุดหนงเหนอบรเวณทรู ่งเหนือบริเวณที่รส กวา ึกวา นากลัวตลอดเวลา

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

26

CENTER OF GRAVITY เปนจุดที่มวลรอบจุดนี้มีการกระจายเทากัน แลวอยู ใ ในสภาพสมดุ ลทุกทิศิ ทาง เมื​ือ่ มีกี ารเคลือ่ื นไหว ไ เกิดขึ้น สมดุ​ุลจะเปลี่ยนไปโดยที่ CG จะเปลีย่ น ตาม - เปลยนทา เปลี่ยนทา CG เปลยน เปลี่ยน - CG จะเคลือ่ นไปในทิศทางที่น้ําหนัก เคลื่อนไป การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

27

วิธีการหา CG ของวัตถุ​ุ ใชเสนสมมุติ LOG หรือ แนวลูกดิ่ง PLUMP LINE หาจุดตัดที่ มวลรอบแนวแกน x, y, z สมดุ สมดลกั ลกนน y z

x

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

28

Loctions of the centers of mass of body segments, mesured on the straight body in percent from their proximal ends Harless &Braune Fi h Fischer Dempster Fischer (1860) (1889) (1906) (1955)

sample size 2 3 1 8 head 36.2 43.3 upper arm 47 0 45.0 47.0 45 0 43.6 43 6 total body 58.6** **percent of the stature, measured from the floor up

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

Clauser, McConville &Young (1969)

13 46.6 51 3 51.3 58.8**

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

29

วิธีการหา CG ของรางกายมนุ วธการหา ของรางกายมนษย ษย 1. SIMPLE BALANCING 2. SEGMENTAL METHOD

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

30

1. SIMPLE BALANCING

Borelli ไดใชวิธีการ simple balancing ดังนี้

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

31

2. SEGMENTAL METHOD ใใชว ิธกี ารคําํ นวณหา CG ของแตล ะสว นของรางกาย แลว นํามาคิดเปน CG รวม X CG ,Y CG : co-ordination of total of the body X S , Y S : co-ordination of segment of the body MS

: individual segment mass

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

32

แกนใดๆ ใ CG = ผลรวมของ(มวลX ( X ระยะในแกนใดๆ) ใ ใ ) ผลรวมของมวล X CG = Σ (Xs)(Ms) / Σ Ms Y CG = Σ ((Ys)(Ms) )( ) / Σ Ms

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

33

ตัวอยาง จากรูป คา x,y co-ordinates di ของ CG ของแขนทอนบน  แขนทอนลาง และ มือ ถู​ูกกําหนดดังรูปู ใช segmentation methodในการหา CG ของแขนทั้งหมด

y

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

8 6 4 2

3,6

0

2

54 5,4 4

7,5

6 8

x

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

34

Segment

mass% x แขนทอนบน แขนทอนบน 0.45 3 แขนทอนลาง 0.43 5 มือ 0.12 7 Σ MS = 1.0 10 XCG = Σ XMS / Σ MS = 3.34 YCG = Σ yMS / Σ MS =

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

y XMS 6 1 35 1.35 4 2.15 5 0.84 3 34 Σ XMS = 3.34 Σ YMS =

YMS

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

35

Segment

mass% x แขนทอนบน แขนทอนบน 0.45 3 แขนทอนลาง 0.43 5 มือ 0.12 7 Σ MS = 1.0 10 XCG = Σ XMS / Σ MS = 3.34 YCG = Σ yMS / Σ MS = 4.02

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

y XMS 6 1 35 1.35 4 2.15 5 0.84 3 34 Σ XMS = 3.34 Σ YMS =

YMS

2.70 1.72 0.60 4.02

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

36

CG ของแขนทั้งหมด ไดแก

y 8 6 4 2 0

การศึกษาเกีย่ วกับระบบโครงสรางของรางกาย

3.34, 4.02 2

4

6 8

x

2502-230 Human Factors and Design: kulthida teachavorasinskun department of industrial design, faculty of architecture, CHULALONGKORN UNIVERSITY

Considerations of human characteristics 2

37