筷子使用中的工效學(xué)評(píng)估及關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模型*

楊　婷　鐘雅禎　劉沫含　唐日新

(南京大學(xué)心理學(xué)系，南京 210023)

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筷子使用中的工效學(xué)評(píng)估及關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模型*

楊婷鐘雅禎劉沫含唐日新**

(南京大學(xué)心理學(xué)系，南京 210023)

筷子是中國(guó)人最常用的餐具之一，但是工效學(xué)方面的評(píng)估并不多。文章通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)日常使用的筷子進(jìn)行工效學(xué)分析。實(shí)驗(yàn)一考察握筷姿勢(shì)與握筷位置的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)鉗子手較剪刀手握筷位置更靠后。實(shí)驗(yàn)二通過(guò)問(wèn)卷、績(jī)效以及運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)筷子使用過(guò)程進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)不同握筷姿勢(shì)各有優(yōu)劣，并且對(duì)用筷過(guò)程中肩、肘和腕等關(guān)節(jié)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和舒適性分析，由此建立手臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的模型。

剪刀手鉗子手筷子運(yùn)動(dòng)分析

1　引　言

在中國(guó)乃至亞洲，筷子作為最基礎(chǔ)、便捷和廣泛使用的餐具，成為人們飲食生活中不可缺少的一部分。隨著技術(shù)進(jìn)步，筷子的制作工藝更加精進(jìn)，人們對(duì)于筷子的要求也越來(lái)越高。何種筷子適合人們的日常使用，成為工效學(xué)研究面臨的問(wèn)題。盡管基于餐具的西方研究起步很早，但由于文化傳統(tǒng)等差異，西方學(xué)者一般只研究刀叉等餐具的工效學(xué)問(wèn)題(Cochran & Riley,1986a,b;Donati & Patel,1999)。而筷子同樣是使用人數(shù)眾多且非常簡(jiǎn)單的工具，但是長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)筷子的研究較少，并且指標(biāo)主要集中在績(jī)效和主觀評(píng)價(jià)方面，使用的量表也不統(tǒng)一(Chan,1999;Lee & Chen,2008)，結(jié)果也存在不一致。近些年來(lái)，越來(lái)越多的外國(guó)人開(kāi)始使用筷子，但是使用時(shí)存在許多困難。對(duì)筷子工效學(xué)特性進(jìn)行深入研究變得越來(lái)越重要了。

早期筷子工效學(xué)的研究從筷子的外觀入手。Hsu和Wu(1991)關(guān)注了筷子的長(zhǎng)度，認(rèn)為最適宜成年人使用的筷子長(zhǎng)度是24厘米。Wu(1995)和Chan(1999)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，筷子柄直徑、尖端直徑和尖端角度對(duì)筷子使用的效果影響很大。研究者們還對(duì)筷子的使用姿勢(shì)進(jìn)行了分析?？曜幼鳛槭值难由焓沟每曜邮褂眉寄艹蔀橐粋€(gè)具有東方文化特色的、典型的精細(xì)動(dòng)作技能，傳統(tǒng)的筷子操作需要良好的神經(jīng)控制和手指的精細(xì)運(yùn)動(dòng)功能，尤其是包括拇指、食指和中指(Sandra,Donna,& Jenna,2002;Eyler & Markee,1954)。林磊，董奇，孫燕青和Claes(2001)將用筷模式分為八種，但是許多模式成人并不常用。目前多數(shù)研究將握筷方式分為兩種。一種是鉗子手，如圖1；另一種是剪刀手，如圖2。當(dāng)然，每種方式在手指操作上可能有差異(Chen,1998;Lee & Chen,2008;Yoo & Yoo,2012)。

圖1鉗子手圖2剪刀手

基于效率、習(xí)慣和美感的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，研究者認(rèn)為鉗子手是優(yōu)于剪刀手的握筷方式(Hsu & Wu,1991;Chen,1998)。Ho和Wu(2006)發(fā)現(xiàn)，使用尖端刻槽的竹筷夾取食物時(shí)，鉗子手握筷有更好的效果。他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)鉗子手在精確性和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)特別出色。正是由于鉗子手的上佳表現(xiàn)，Lee和Chen(2008)發(fā)明了一種輔助工具，從而使習(xí)慣于剪刀手握筷的人在經(jīng)過(guò)一個(gè)小時(shí)的訓(xùn)練后，可以改變握筷方式，變成鉗子手。由此，Chang,Huang,Chen和Wang(2007)為手有殘疾的人們專門設(shè)計(jì)了一種鉗筷子，幫助其自如地使用筷子。

從以往研究來(lái)看，人們對(duì)筷子外觀和握筷子的方式進(jìn)行了工效學(xué)研究，但是對(duì)握筷位置并未進(jìn)行考察。對(duì)握筷位置進(jìn)行研究一方面有利于筷子外形的工效學(xué)優(yōu)化，可以在握筷的位置用軟質(zhì)材料增加舒適性，或者刻花紋以防滑等。另一方面，從一般日常觀察中可以看到，鉗子手和剪刀手的握筷位置似乎不同，剪刀手的握筷位置更靠中間，但是否確實(shí)存在這個(gè)規(guī)律還需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。由于不同的握筷位置手指施力等都有不同，因此對(duì)于分析筷子使用特點(diǎn)有重要作用。實(shí)驗(yàn)一我們首先測(cè)量不同握筷姿勢(shì)下，使用不同長(zhǎng)度的筷子時(shí)握筷位置是否有差異。

不同的握筷位置可能導(dǎo)致筷子使用的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性不同，而以往研究采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)比較簡(jiǎn)單。實(shí)際上，使用筷子是各個(gè)關(guān)節(jié)活動(dòng)配合的結(jié)果，因此僅僅測(cè)量使用時(shí)的準(zhǔn)確性和舒適性等方面是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。績(jī)效考核與主觀評(píng)價(jià)無(wú)法分析筷子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，因此筷子使用時(shí)存在的差異無(wú)法測(cè)量，導(dǎo)致不同筷子工效學(xué)方面的差別產(chǎn)生的原因無(wú)法分析。我們期望通過(guò)實(shí)驗(yàn)二對(duì)使用筷子時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解手臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，結(jié)合主觀評(píng)價(jià)和績(jī)效，對(duì)筷子長(zhǎng)度、握筷姿勢(shì)等方面進(jìn)行綜合測(cè)評(píng)，并且根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)建立完整的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模型。此外，工具一直是認(rèn)知和腦神經(jīng)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，工具的使用擴(kuò)大了人的認(rèn)知范圍并引起認(rèn)知策略和腦區(qū)一系列的變化(Cardinali,Frassinetti,Brozzoli,Urquizar,Roy,& Farnè,2009;Kao & Goodale,2009)?？曜邮侵袊?guó)人日常使用的重要工具，也具有一定的特殊性，筷子運(yùn)動(dòng)特性研究的結(jié)果，可以為工具使用的認(rèn)知策略研究提供初步參考。

2　實(shí)驗(yàn)一：不同握筷姿勢(shì)下的握筷位置研究

采用4×2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)筷子使用者握筷位置進(jìn)行測(cè)量，筷子長(zhǎng)度(20cm、22cm、24cm、26cm)是被試內(nèi)變量，握筷方式(鉗子手、剪刀手)是被試間變量，因變量為虎口到筷子后端的距離占筷子總長(zhǎng)的比例，用于反映握筷位置。因?yàn)閵A取是多個(gè)手指配合的活動(dòng)，而手指的位置較難測(cè)量和定義，所以我們用虎口到筷子后端的距離來(lái)反映握筷位置。

2.1實(shí)驗(yàn)方法

2.1.1被試

18名本科生參加該實(shí)驗(yàn)，其中11名被試習(xí)慣使用鉗子手的握筷方式(4男7女)，7名被試習(xí)慣使用剪刀手(2男5女)。所有被試年齡在20～28周歲之間，鉗子手被試平均年齡為21.16，剪刀手被試的平均年齡為21.42。被試的視力或矯正視力正常，均為右利手，中國(guó)人，一直使用筷子。

2.1.2實(shí)驗(yàn)材料

由于實(shí)驗(yàn)不研究筷子材料的影響，因此選了最普遍使用，而又易于加工的竹筷。夾取的食物按照大小選取了三種典型食物：花生米、帶殼花生和蛤蜊。

2.1.3任務(wù)和程序

被試使用4種不同長(zhǎng)度的筷子夾取不同大小的食物(花生米、帶殼花生、蛤蜊)，筷子長(zhǎng)度順序隨機(jī)。每種長(zhǎng)度筷子使用30秒后，測(cè)量虎口到筷子末端的距離，作為該長(zhǎng)度的握筷位置。被試每次使用一種長(zhǎng)度的筷子完成夾取后，休息2分鐘，然后換一種長(zhǎng)度的筷子重新開(kāi)始夾取。每個(gè)被試的總體任務(wù)時(shí)間大約是10分鐘。被試使用筷子夾取的過(guò)程中握筷位置未移動(dòng)，并且握筷方式固定，在任務(wù)完成后主試對(duì)被試的握筷方式進(jìn)行記錄。

2.2結(jié)果

圖3不同長(zhǎng)度下握筷方式不同時(shí)握筷位置的百分比均值(誤差線是標(biāo)準(zhǔn)誤)

以筷子長(zhǎng)度為被試內(nèi)變量、握筷方式為被試間變量對(duì)握筷位置進(jìn)行混合方差分析，主效應(yīng)顯著則進(jìn)行事后檢驗(yàn)(Bonferroni矯正)。結(jié)果表明，握筷方式的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(1,16)=11.15，p=0.004，η2=0.403。剪刀手握筷方式顯著靠近中間位置，而鉗子手則靠近筷子后部?？曜娱L(zhǎng)度不同時(shí)，握筷位置的比例有顯著差異，F(xiàn)(3,48)=4.77，p=0.014，η2=0.631。進(jìn)行兩兩比較，使用剪刀手時(shí)，四種長(zhǎng)度筷子握筷位置均無(wú)顯著差異；使用鉗子手時(shí)，20cm分別與22cm(p=0.008)、24cm(p=0.007)、26cm(p=0.004)差異顯著。其他無(wú)顯著(見(jiàn)圖3)。

3　實(shí)驗(yàn)二　不同長(zhǎng)度筷子在不同握筷姿勢(shì)下運(yùn)動(dòng)特性研究

本實(shí)驗(yàn)要求被試對(duì)不同長(zhǎng)度的筷子夾取不同食物進(jìn)行評(píng)價(jià)，分別從績(jī)效、主觀評(píng)定和手臂運(yùn)動(dòng)等角度分析不同長(zhǎng)度的筷子是否適合不同握筷姿勢(shì)下對(duì)不同食物的夾取，從而進(jìn)行完整的評(píng)價(jià)。此外，本實(shí)驗(yàn)收集運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，建立擬合用筷動(dòng)作的手臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模型。

3.1實(shí)驗(yàn)方法

采用4×2×3的混合設(shè)計(jì)。自變量為筷子長(zhǎng)度(20cm、22cm、24cm、26cm)、握筷方式(鉗子手、剪刀手)和不同食物(花生米、帶殼花生、蛤蜊)。其中，握筷方式為被試間變量，筷子長(zhǎng)度和食物為被試內(nèi)變量。因變量為績(jī)效、主觀評(píng)價(jià)和運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)。

3.1.1被試

與實(shí)驗(yàn)一被試相同。

3.1.2實(shí)驗(yàn)材料和儀器

在室內(nèi)燈光照明環(huán)境下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如圖4所示。A盤中放置食物，花生米、帶殼花生或者蛤蜊，B盤為空盤。被試坐在桌子前，運(yùn)動(dòng)指標(biāo)通過(guò)加拿大NDI公司生產(chǎn)的Optotrak Centus運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)獲得。方法為：在右手臂上粘貼紅外標(biāo)記器(marker點(diǎn))，Optotrak3020系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地記錄下紅外標(biāo)記器的坐標(biāo)，通過(guò)API和Visual Studio編程獲得Marker點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。Optotrak3020測(cè)量的RMS精度為0.2mm，采樣頻率為200Hz。

圖4實(shí)驗(yàn)情景示意圖

圖5中標(biāo)注了手臂marker點(diǎn)的位置。第1、2點(diǎn)在筷子頂上，主要收集筷子的運(yùn)動(dòng)軌跡。第3點(diǎn)在肩關(guān)節(jié)，第4點(diǎn)在肘關(guān)節(jié)，第5點(diǎn)在腕關(guān)節(jié)上，第6點(diǎn)在垂直于手腕的剛體上，第7點(diǎn)在手掌外側(cè)，與第5、6點(diǎn)同一平面，第8點(diǎn)在腰帶上。這樣，第3、4、5點(diǎn)構(gòu)成肘關(guān)節(jié)角度，第8、3、4構(gòu)成肩關(guān)節(jié)角度，第6、5、7點(diǎn)構(gòu)成手腕角度。通過(guò)這些點(diǎn)的測(cè)量，可以把筷子夾取的動(dòng)作分解為各個(gè)關(guān)節(jié)角度的變化。

圖5　手臂貼marker點(diǎn)情景圖

3.1.3任務(wù)與程序

被試被告知按照平常習(xí)慣使用筷子。在實(shí)際使用筷子夾取食物的過(guò)程中，我們有時(shí)將手肘靠在桌面上，有時(shí)將手肘懸空。為了在實(shí)驗(yàn)中對(duì)被試的用筷運(yùn)動(dòng)進(jìn)行一定程度的控制，我們要求其把手肘靠在桌面上。被試分別用20cm、22cm、24cm和26cm長(zhǎng)的筷子夾取不同種類食物(花生米、帶殼花生、蛤蜊)。每種食物被分別放置在A盤中，被試被要求盡快用筷子將食物從A盤不斷夾取到B盤中，連續(xù)夾取40秒。這樣共需要進(jìn)行4×3次，每次40秒。每進(jìn)行完40秒后，被試休息2分鐘，填寫(xiě)這次的主觀評(píng)價(jià)問(wèn)卷。主試記錄40秒內(nèi)被試轉(zhuǎn)移到B盤食物的數(shù)量，作為績(jī)效。整個(gè)運(yùn)動(dòng)中手臂上marker點(diǎn)的數(shù)據(jù)被記錄。

3.1.4主觀評(píng)價(jià)問(wèn)卷

實(shí)驗(yàn)問(wèn)卷為自行編制，主要是考察手指、手腕、手肘和肩膀的舒適度，為5點(diǎn)量表。量表包括四個(gè)問(wèn)題，分別是“任務(wù)中，我的手腕沒(méi)有不適的感覺(jué)”、“我的手肘在任務(wù)中，感到很不舒服”、“因?yàn)檫@個(gè)任務(wù)，我的肩膀很難受”、“在任務(wù)過(guò)程中，我的手指很舒適”。以往研究并未細(xì)分到關(guān)節(jié)的舒適度。本研究主要結(jié)合運(yùn)動(dòng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，考察使用中的舒適性問(wèn)題。問(wèn)卷調(diào)查的順序隨機(jī)，對(duì)于每個(gè)維度單獨(dú)分析。

3.2結(jié)果

實(shí)驗(yàn)二的結(jié)果部分均是以筷子長(zhǎng)度、夾取任務(wù)為被試內(nèi)變量，握筷方式為被試間變量進(jìn)行混合方差分析，主效應(yīng)顯著事后檢驗(yàn)采用Bonferroni方法。對(duì)績(jī)效、主觀評(píng)價(jià)、運(yùn)動(dòng)指標(biāo)的每個(gè)因變量指標(biāo)，只報(bào)告顯著的結(jié)果。

3.2.1績(jī)效

績(jī)效方面，筷子長(zhǎng)度主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(3,48)=5.83，p=0.002，η2=0.085。兩兩比較發(fā)現(xiàn)，20cm筷子的績(jī)效顯著好于22cm(p=0.008)、26cm(p=0.015)，24cm筷子也顯著好于22cm(p=0.017)、26cm(p=0.002)。夾取任務(wù)的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(2,32)=87.86，p<0.001，η2=0.384。兩兩比較發(fā)現(xiàn)，帶殼花生任務(wù)好于花生米(p<0.001)和蛤蜊(p<0.001)，花生米好于蛤蜊(p=0.003)。握筷方式的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(1,16)=13.81，p=0.002，η2=0.463，鉗子手績(jī)效更好?？曜娱L(zhǎng)度、任務(wù)和握筷姿勢(shì)的交互作用顯著，F(xiàn)(6,96)=2.94，p=0.011，η2=0.155。簡(jiǎn)單效應(yīng)分析表明，夾花生米時(shí)，握筷方式和筷子長(zhǎng)度交互作用顯著(p=0.011)。其他無(wú)顯著(見(jiàn)表1)。

總的來(lái)說(shuō)，從績(jī)效來(lái)看，20cm和24cm績(jī)效好于22cm和26cm。夾取帶殼花生績(jī)效最好，花生米次之，蛤蜊最差。剪刀手績(jī)效差于鉗子手。

表1　各種處理下的績(jī)效平均數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差

3.2.2主觀評(píng)價(jià)

手指、手腕、手肘和肩膀舒適度的主觀評(píng)價(jià)中，手腕舒適度中任務(wù)主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(2,32)=10.50，p<0.001，η2=0.396。進(jìn)行兩兩比較，夾取花生米顯著優(yōu)于蛤蜊(p=0.012)，夾取帶殼花生顯著優(yōu)于蛤蜊(p<0.001)。手肘舒適度方面，任務(wù)主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(2,32)=2.80，p=0.005，η2=0.148。兩兩比較，夾取蛤蜊優(yōu)于帶殼花生(p=0.001)?？曜娱L(zhǎng)度與任務(wù)的交互作用顯著，F(xiàn)(6,96)=3.79，p=0.002，η2=0.191。進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)分析，在夾取花生米時(shí)，24cm筷子顯著好于20cm(p=0.019)和26cm(p=0.019)的筷子。夾取帶殼花生時(shí)，24cm筷子顯著好于26cm筷子(p=0.016)。夾取蛤蜊時(shí)，24cm筷子也顯著好于26cm筷子(p=0.018)。肩膀舒適度方面，任務(wù)主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(2,32)=8.10，p<0.001，η2=0.336。兩兩比較發(fā)現(xiàn)，夾取花生米好于夾取帶殼花生(p=0.004)，夾取蛤蜊也好于帶殼花生(p=0.002)。手指的舒適度方面，任務(wù)主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(2,32)=14.23，p<0.001，η2=0.471。兩兩比較發(fā)現(xiàn)，夾取帶殼花生好于花生米(p<0.001)和蛤蜊(p=0.001)。其他不顯著(見(jiàn)圖6)。

圖6用不同長(zhǎng)度的筷子夾取三種食物時(shí)手腕、手肘、肩膀、手指的舒適度得分(誤差線是標(biāo)準(zhǔn)誤)

3.2.3運(yùn)動(dòng)指標(biāo)

運(yùn)動(dòng)指標(biāo)通過(guò)兩個(gè)方面描述，一個(gè)是肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度值，表明基本的姿勢(shì)；另一個(gè)是各個(gè)關(guān)節(jié)角度變化的標(biāo)準(zhǔn)差，表明關(guān)節(jié)動(dòng)作的變化情況。圖7為用不同長(zhǎng)度的筷子夾取三種食物時(shí)肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度平均值。

圖7用不同長(zhǎng)度的筷子夾取三種食物時(shí)肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度平均值(誤差線是標(biāo)準(zhǔn)誤)

對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)基本角度的方差分析結(jié)果表明，肘關(guān)節(jié)的任務(wù)主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(2,32)=5.45，p=0.009，η2=0.254。兩兩比較發(fā)現(xiàn)，夾取蛤蜊時(shí)的肘關(guān)節(jié)角度顯著大于帶殼花生(p=0.001)。腕關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度方面，筷子長(zhǎng)度、夾取任務(wù)、握筷方式三者的交互作用顯著，F(xiàn)(6,96)=3.17，p=0.05，η2=0.166。簡(jiǎn)單效應(yīng)分析表明，夾花生米時(shí)，握筷方式和筷子長(zhǎng)度交互作用顯著(p=0.05)。其他都不顯著。肩關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度方面沒(méi)有顯著。也就是說(shuō)，夾取蛤蜊比夾取帶殼花生肘關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度更大。

對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度變化標(biāo)準(zhǔn)差的方差分析表明，肘關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)角度變化標(biāo)準(zhǔn)差的筷子長(zhǎng)度主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(3,48)=7.38，p<0.001，η2=0.316。兩兩比較發(fā)現(xiàn)，20cm與22cm的筷子(p=0.002)、24cm的筷子(p=0.005)、26cm的筷子(p=0.002)差異顯著，20cm最大。肘關(guān)節(jié)的任務(wù)的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(2,32)=11.22，p<0.001，η2=0.412。兩兩比較，夾取花生米小于夾取帶殼花生(p=0.001)和蛤蜊(p=0.001)。肘關(guān)節(jié)的任務(wù)與握筷姿勢(shì)交互作用顯著，F(xiàn)(3,48)=4.06，p=0.027，η2=0.202。簡(jiǎn)單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，剪刀手中，帶殼花生大于花生米(p=0.001)，蛤蜊也大于花生米(p=0.003)。

腕關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)角度變化標(biāo)準(zhǔn)差的任務(wù)主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(2,32)=24.15，p<0.001，η2=0.602。兩兩比較，帶殼花生大于花生米(p<0.001)，蛤蜊也大于花生米(p<0.001)。腕關(guān)節(jié)的筷子長(zhǎng)度與握筷姿勢(shì)交互顯著，F(xiàn)(3,48)=3.46，p=0.023，η2=0.178。簡(jiǎn)單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，鉗子手用20cm筷子顯著小于22cm(p=0.004)、24cm(p=0.023)和26cm(p=0.047)的筷子。

肩關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)角度變化標(biāo)準(zhǔn)差的任務(wù)的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(2,32)=11.24，p<0.001，η2=0.413。帶殼花生大于花生米(p<0.001)，也大于蛤蜊(p=0.004)。其他不顯著。

也就是說(shuō)，比起使用其他長(zhǎng)度的筷子，使用20cm筷子時(shí)肘關(guān)節(jié)活動(dòng)更大。鉗子手使用20cm筷子時(shí)腕關(guān)節(jié)活動(dòng)最小。在夾取帶殼花生和蛤蜊時(shí)，肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度變化顯著大于花生米。肩關(guān)節(jié)在夾取帶殼花生時(shí)關(guān)節(jié)活動(dòng)最大。

3.2.4模型構(gòu)建

所有Optotrak設(shè)備采集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)均采用Matlab軟件分析，并利用Butterworth函數(shù)濾波。根據(jù)運(yùn)動(dòng)指標(biāo)收集的數(shù)據(jù)，對(duì)所有被試各種條件下的肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)各個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度和關(guān)節(jié)角度變化標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行計(jì)算(見(jiàn)表2)，并根據(jù)三個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度值建立了擬合用筷的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模型，如圖8所示。其中黑色粗線條為軀干和手臂，圓圈為關(guān)節(jié)，腕關(guān)節(jié)旁邊交叉線條為筷子。肩關(guān)節(jié)角是大臂與軀干之間的夾角，肘關(guān)節(jié)角是大臂和小臂之間的夾角，腕關(guān)節(jié)角是手掌與小臂正交線的夾角。陰影部分是用筷過(guò)程中各個(gè)關(guān)節(jié)角度的活動(dòng)范圍。

表2　關(guān)節(jié)角度以及變化(單位°)

圖8關(guān)節(jié)角度示意圖

4　討　論

本研究是一篇應(yīng)用研究，具有一定的實(shí)踐意義和理論價(jià)值。方法上，本研究通過(guò)搜集筷子使用過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)筷子的日常使用進(jìn)行工效學(xué)分析，并建立了擬合用筷動(dòng)作的手臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模型。相較于前人研究筷子使用的問(wèn)卷法、實(shí)驗(yàn)法，本研究的運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)在方法論上是一大突破和創(chuàng)新。另外，本研究綜合主觀測(cè)量和運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)量等指標(biāo)，得出一些具有普遍意義的結(jié)論，如鉗子手握筷位置較為靠近筷子后端，24cm的筷子在績(jī)效和舒適度上具有優(yōu)勢(shì)，使用20cm的筷子時(shí)肘關(guān)節(jié)活動(dòng)更大等。這些研究發(fā)現(xiàn)，為今后兒童、殘疾人、外國(guó)人等人群的用筷訓(xùn)練提供了理論依據(jù)，也為生產(chǎn)筷子的廠家生產(chǎn)和設(shè)計(jì)筷子提供了一定的參考，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。最后，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)二中建立了擬合用筷動(dòng)作的手臂關(guān)節(jié)模型，為后續(xù)研究用筷過(guò)程中采用的認(rèn)知策略以及工具對(duì)人的影響奠定了一定的基礎(chǔ)。研究使用了績(jī)效、主觀評(píng)價(jià)和運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)三大指標(biāo)，未來(lái)將考慮與生理學(xué)指標(biāo)相結(jié)合，對(duì)用筷方式進(jìn)行進(jìn)一步的工效學(xué)測(cè)量。

4.1握筷姿勢(shì)與握筷位置

實(shí)驗(yàn)一結(jié)果表明，剪刀手握筷子位置更加靠前，鉗子手較為靠近筷子后端。實(shí)驗(yàn)二表明，使用鉗子手夾取食物的績(jī)效好于剪刀手。這也可能是以往研究(Ho & Wu,2006)推崇鉗子手的原因。此外，從實(shí)驗(yàn)一結(jié)果可以看出，和其他長(zhǎng)度的筷子相比，鉗子手使用20cm的筷子時(shí)握筷位置顯著靠后。原因是20cm的筷子較短，這樣如果要保證筷子尖端有較大開(kāi)合以便夾取不同物體，鉗子手就必須要靠后握。

4.2不同長(zhǎng)度筷子的優(yōu)劣

從績(jī)效看，20cm和24cm筷子績(jī)效好于22cm和26cm。手肘舒適度方面，使用24cm的筷子舒適性更好，而使用20cm筷子時(shí)肘關(guān)節(jié)活動(dòng)大于24cm的筷子。綜合比較，24cm的筷子在績(jī)效和舒適度上占有優(yōu)勢(shì)，這進(jìn)一步驗(yàn)證了之前的研究結(jié)論(Hsu & Wu,1991)。事實(shí)上，筷子越長(zhǎng)，越不靈便，但是手的運(yùn)動(dòng)越小。而筷子越短，越靈活，但是手的運(yùn)動(dòng)更大。因此24cm的筷子是績(jī)效和舒適性綜合較好的長(zhǎng)度。

4.3績(jī)效、主觀評(píng)價(jià)和運(yùn)動(dòng)指標(biāo)

績(jī)效與舒適性是工效學(xué)評(píng)價(jià)的兩個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。就任務(wù)難度而言，夾取帶殼花生最容易，花生米次之，蛤蜊難度最大，實(shí)驗(yàn)二中的績(jī)效部分驗(yàn)證了這一點(diǎn)。在舒適性上，夾取蛤蜊時(shí)，手腕較不舒服，而夾取蛤蜊的手肘舒適度卻優(yōu)于帶殼花生。肩膀舒適度方面，夾取蛤蜊的舒適度優(yōu)于帶殼花生。手指舒適度方面，夾取帶殼花生時(shí)舒適度優(yōu)于蛤蜊。關(guān)節(jié)角度變化標(biāo)準(zhǔn)差的指標(biāo)中，夾取帶殼花生時(shí)肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)活動(dòng)顯著大于花生米。一般來(lái)說(shuō)，關(guān)節(jié)角度變化較大，說(shuō)明動(dòng)作不穩(wěn)定，更容易產(chǎn)生疲勞。然而，實(shí)驗(yàn)二中的運(yùn)動(dòng)指標(biāo)顯示，在夾取帶殼花生和蛤蜊時(shí)，肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)活動(dòng)都較大，但是從主觀評(píng)價(jià)上來(lái)看，并非二者都不舒適?？赡苁且?yàn)樵趭A取帶殼花生和蛤蜊時(shí)，關(guān)節(jié)擰轉(zhuǎn)和用筷角度的不同導(dǎo)致舒適性不同。

4.4關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模型

本研究考察了用筷過(guò)程中手臂各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)變化情況。從結(jié)果看，肩關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)平均角度最小，腕關(guān)節(jié)次之，肘關(guān)節(jié)張開(kāi)角度最大。我們用角度的標(biāo)準(zhǔn)差表征動(dòng)作變化幅度，結(jié)果表明，肩關(guān)節(jié)的活動(dòng)最小，腕關(guān)節(jié)次之，肘關(guān)節(jié)活動(dòng)最大。我們?cè)谟每耆蝿?wù)中，主要依靠肘關(guān)節(jié)的開(kāi)合來(lái)實(shí)現(xiàn)食物的取放，肩關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)只是輔助。而上臂、前臂和手圍繞基本姿勢(shì)(也就是平均關(guān)節(jié)角度)震蕩。事實(shí)上，這一結(jié)果可以推廣到一般性的流水線作業(yè)或者桌面作業(yè)任務(wù)。本研究的數(shù)據(jù)模型對(duì)于人工智能、機(jī)器手臂仿真算法等有一定作用。

5　結(jié)　論

(1)剪刀手與鉗子手握筷位置不同，鉗子手較為靠近筷子后端。

(2)績(jī)效方面，鉗子手優(yōu)于剪刀手。

(3)相比于其他長(zhǎng)度筷子，24cm的筷子在績(jī)效和舒適度上都有優(yōu)勢(shì)。

(4)對(duì)各關(guān)節(jié)的舒適性評(píng)價(jià)和運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)表明，不同握筷姿勢(shì)下完成不同任務(wù)時(shí)各個(gè)關(guān)節(jié)的舒適性不同，配合運(yùn)動(dòng)指標(biāo)可以對(duì)用筷過(guò)程進(jìn)行完整解釋。

(5)筷子使用中，肩關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)平均角度最小，腕關(guān)節(jié)次之，肘關(guān)節(jié)最大。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中手臂圍繞基本姿勢(shì)震蕩運(yùn)動(dòng)，肘關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)幅度最大，腕關(guān)節(jié)次之，肩關(guān)節(jié)最小。

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Abstract

Chopsticks are most commonly used by Chinese and even Asians,however few studies have been conducted based on the ergonomic analysis.Eighteen undergraduate students participated in the current experiments.In Experiment 1,the positions of the using chopsticks were recorded.In Experiment 2,participants grasped different food with markers on joints stick.They filled the questionnaires after each task,and the performance of tasks was also noted.Results showed that(1)The position was different between pincers pinching and scissors pinching,the position of pincers pinching was closed to the stern of chopsticks.Different postures have their own advantages and disadvantages;(2)It was different in comfort degree for different joints when using chopsticks;(3)The amplitude of elbow joint was the largest,wrist joint was the second,and the shoulder joint was the smallest.

Ergonomic Analysis and Joints Movement Model during Chopsticks Using

YANG TingZHONG Ya-zhenLIU Mo-hanTANG Ri-xin

(Department of Psychology,Nanjing University,Nanjing 210023,China)

scissors pinching,pincers pinching,chopstick,motor analysis

國(guó)家自然科學(xué)基金(31571131)。

B849

A

1006-6020(2016)-02-0127-10

**通信作者：唐日新，男，南京大學(xué)應(yīng)用心理學(xué)系副教授，碩士生導(dǎo)師，E-mail:trxtrx518@nju.edu.cn。