中 華 大 學 碩 士 論 文
題 目 ： 手 工 具 設 計 與 評 估
—以 鐵 絲 捆 綁 作 業 為 例
系 所 別 ： 工 業 工 程 與 管 理 研 究 所 學 號 姓 名 ： 8703508 李 芝 慧
指 導 教 授 ： 李 開 偉 博 士
中 華 民 國 八 十 九 年 五 月
中 文 摘 要
水 電 工 在 建 築 工 地 進 行 配 管 作 業 時，必 須 以 鐵 絲 來 將 塑 膠 管 捆 綁 在 固 定 的 位 置。捆 綁 時 必 須 以 老 虎 鉗 夾 住 鐵 絲 的 兩 端 並 以 手 部 反 覆 的 扭 轉 才 能 綁 緊。捆 綁 時 腕 部 反 覆 的 以 不 自 然 的 姿 勢 來 施 力 ， 容 易 造 成 腕 道 內 肌 腱 、 腱 鞘 、 及 正 中 神 經 的 傷 害 ， 因 此 本 研 究 的 目 的 在 於 改 善 鐵 絲 捆 綁 作 業 的 手 工 具。根 據 鐵 絲 捆 綁 作 業 時 手 部 動 作 的 特 性 ， 本 研 究 提 出 甲 、 乙 、 丙 三 式 手 工 具，此 三 式 工 具 與 傳 統 鉗 子 在 實 驗 室 中 以 模 擬 鐵 絲 捆 綁 的 作 業 來 進 評 估，評 估 的 結 果 顯 示 新 開 發 的 工 具 確 實 可 以 消 除 鐵 絲 捆 綁 時 之 手 部 不 自 然 姿 勢 ， 並 降 低 手 臂 之 肌 力 負 荷 。
關 鍵 詞 : 肌 肉 骨 骼 傷 害 、 腕 部 動 作 、 手 工 具 設 計
Abstract
Wire- tying of pipeline on construction sites is a com monly performed task for pipeline workers. When tying pip elines, workers use pliers to grip and twist wires. When twisting, r epetitive wrist deviations are found. The unnatural postures u nder such conditions expose workers to ergonomic risk of m u sculoskeletal injuries of the hand. The aim of this research was to improve the design of a hand tool that was used to twist the wire. Design and development of a wire- tying tool would reduce the unnatural posture when task of wire- tying was performed. Three wire- tying hand tools were developed and designed. These tools together with pliers were evaluated in w i r e- tying in the laboratory. The results of the experiment showed that the newly d esigned hand tools were effective in reducing unnatural hand/wrist postures during wire- tying. The load of the forearm muscle were also lower when using these tools as compared with pliers.
Keywords: musculoskeletal injuries, wrist motion, hand tool d esign
誌 謝
本 論 文 的 完 成 承 蒙 恩 師 李 開 偉 博 士 給 予 悉 心 指 導 以 及 兩 年 來 不 厭 其 煩 的 教 導 ， 才 能 有 今 日 的 成 果 ， 此 恩 將 永 銘 於 心 。
研 究 期 間，手 工 具 之 開 發 是 由 行 政 院 勞 工 委 員 會 勞 工 安 全 衛 生 研 究 所 經 費 提 供 (IOSH88- H327) ， 感 謝 貴 所 給 予 參 與 研 究 計 劃 的 機 會 以 及 日 後 論 文 研 究 上 的 協 助 ， 使 學 生 獲 益 良 多 。 並 感 謝 工 業 管 理 學 系 及 工 業 工 程 與 管 理 研 究 所 同 學 大 力 的 協 助 及 配 合 ， 得 以 順 利 進 行 實 驗 之 量 測 ， 特 予 誌 謝 。
論 文 撰 寫 期 間，感 謝 本 校 鄧 維 兆 老 師 及 朝 陽 科 技 大 學 李 正 隆 博 士 擔 任 論 文 審 核 委 員 ， 給 予 指 正 與 建 議 ， 使 本 論 文 更 加 充 實 完 備 ， 在 此 敬 上 最 深 之 謝 意 。
求 學 期 間 感 謝 學 校 老 師 與 學 弟 堯 銓 給 予 的 協 助 與 關 照 及 二 姐 多 年 來 的 支 持 與 鼓 勵 。
最 後 謹 將 此 論 文 獻 給 我 摯 愛 的 家 人，給 我 精 神 上 最 大 的 支 援 ， 願 將 一 切 成 果 與 他 們 共 享 。
李 芝 慧 謹 誌 二 ○ ○ ○ 年 六 月
目 錄
中 文 摘 要 ... I Abstract ...II 誌 謝 ... III 目 錄 ... IV 表 目 錄 ... VI 圖 目 錄 ... VII
第 一 章 緒 論 ... 1
1-1 研 究 背 景 ... 2
1-2 研 究 目 的 ... 5
1-3 研 究 步 驟 ... 6
1-4 研 究 限 制 ... 7
第 二 章 文 獻 探 討 ... 8
2-1 手 部 生 物 力 學 研 究 ... 8
2-1-1 手 部 與 手 腕 之 結 構 ... 9
2-1-2 腕 部 動 作 及 其 運 動 肌 群 ...11
2-2 手 工 具 操 作 與 手 部 累 積 性 傷 害 ...12
2-2-1 手 工 具 操 作 ... 13
2-2-2 手 部 累 積 性 傷 害 ... 15
2-3 肌 電 圖 ...16
2-3-1 EMG 訊 號 原 理 ... 17
2-3-2 肌 電 儀 系 統 ... 18
2-4 手 工 具 設 計 ...19
2-4-1 手 工 具 設 計 原 則 ... 19
2-4-2 相 關 之 手 工 具 設 計 案 例 ... 21
第 三 章 研 究 方 法 ...23
3-1 新 型 手 工 具 設 計 ...23
3-1-1 概 念 發 展 ... 23
3-1-2 功 能 設 計 ... 24
3-1-3 圖 面 繪 製 ... 25
3-1-4 手 工 具 製 作 ... 28
3-1-5 設 計 評 估 ... 28
3-2 實 驗 設 計 ...28
3-2-1 受 測 者 ... 29
3-2-2 實 驗 自 變 項 ... 29
3-2-3 實 驗 應 變 項 ... 30
3-2-4 實 驗 設 備 ... 32
3-2-5 實 驗 場 地 佈 置 ... 34
3-2-6 實 驗 程 序 ... 35
3-3 分 析 方 法 ...40
第 四 章 結 果 與 討 論 ...42
4-1 鐵 絲 與 肌 群 之 相 關 分 析 ...42
4-2 手 工 具 與 肌 群 之 相 關 分 析 ...44
4-3 鐵 絲 與 手 工 具 之 交 互 作 用 分 析 ...46
4-4 不 自 然 姿 勢 之 相 關 分 析 ...47
4-4-1 不 自 然 姿 勢 與 鐵 絲 之 相 關 分 析 ... 48
4-4-2 不 自 然 姿 勢 與 手 工 具 之 相 關 分 析 ... 48
4-5 主 觀 評 量 分 析 ...50
4-6 鐵 絲 捆 綁 工 具 之 功 能 比 較 ...54
第 五 章 結 論 與 建 議 ...55
5-1 結 論 ...55
5-2 建 議 ...56
參 考 文 獻 ...58
一 、 中 文 部 份 ...58
二 、 芵 文 部 份 ...59
附 錄 ...62
表 目 錄
表 2-1 累 積 性 傷 害 與 作 業 特 徵 ...16
表 3-1 受 測 者 基 本 資 料 ...29
表 3-2 老 虎 鉗 鐵 絲 捆 綁 作 業 程 序 ...37
表 3-3 新 式 手 工 具 鐵 絲 捆 綁 作 業 程 序 ...37
表 3-4 鐵 絲 捆 綁 鬆 緊 程 度 ...37
表 4-1 不 同 鐵 絲 下 各 肌 群 之 EMG 平 均 值 ...42
表 4-2 各 肌 群 之 EMG 值 對 鐵 絲 之 變 異 數 析 表 ...43
表 4-3 具 有 顯 著 差 異 肌 群 其 EMG 值 在 不 同 鐵 絲 間 之 LSD 檢 定 ...44
表 4-4 不 同 手 工 具 下 各 肌 群 之 EMG 平 均 值 ...44
表 4-5 各 肌 群 之 EMG 值 對 手 工 具 之 變 異 數 分 析 表 ..45
表 4-6 右 手 屈 指 肌 及 尺 側 伸 腕 肌 之 EMG 值 在 各 式 手 工 具 間 之 LSD 檢 定 ...46
表 4-7 甲 、 乙 觀 察 者 觀 測 之 不 良 姿 勢 次 數 t 檢 定 ...47
表 4-8 不 同 鐵 絲 下 不 良 姿 勢 次 數 之 平 均 值 及 標 準 差 .48 表 4-9 不 同 手 工 具 下 不 良 姿 勢 次 數 之 平 均 值 及 標 準 差 ...48
表 4-10 不 良 姿 勢 次 數 對 手 工 具 之 變 異 數 分 析 表 ...49
表 4-11 不 良 姿 勢 次 數 在 各 式 手 工 具 間 之 LSD 檢 定 .49 表 4-12 手 工 具 在 各 項 分 數 的 平 均 值 與 標 準 差 ...50
表 4-13 問 卷 分 數 之 變 異 數 分 析 表 ...50
表 4-14 問 卷 分 數 之 多 重 比 較 ...50
表 4-15 鐵 絲 捆 綁 工 具 功 能 比 較 ...54
圖 目 錄
圖 1-1 研 究 步 驟 ... 6
圖 2-1 手 部 尺 偏 、 橈 偏 、 伸 展 及 屈 曲 之 動 作 姿 勢 圖 .10 圖 2-2 手 臂 肌 肉 分 佈 圖 ... 11
圖 2-3 EMG 之 訊 號 分 析 圖 ...18
圖 3-1 初 步 之 旋 轉 機 構 設 計 ...24
圖 3-2 初 步 設 計 之 修 正 ...24
圖 3-3 甲 式 鐵 絲 捆 綁 工 具 設 計 ...25
圖 3-4 乙 式 鐵 絲 捆 綁 工 具 設 計 ...26
圖 3-5 丙 式 鐵 絲 捆 綁 工 具 設 計 ...27
圖 3-6 各 式 手 工 具 與 鐵 絲 ...30
圖 3-7 馬 丁 式 人 體 測 計 器 ...32
圖 3-8 偏 角 量 測 器 ...32
圖 3-9 數 字 式 握 力 計 ...33
圖 3-10 Bio Graph 之 儀 器 設 備 ...34
圖 3-11 實 驗 場 地 佈 置 圖 ...35
圖 3-12 實 驗 步 驟 ...38
圖 3-13 夾 緊 機 構 操 作 圖 ...39
圖 3-14 甲 式 手 工 具 操 作 圖 ...39
圖 3-15 乙 式 手 工 具 操 作 圖 ...39
圖 3-16 鉗 子 操 作 圖 ...40
圖 4-1 不 同 鐵 絲 下 各 肌 群 之 EMG 平 均 值 ...43
圖 4-2 不 同 手 工 具 下 各 肌 群 之 EMG 平 均 值 ...44
圖 4-3 使 用 不 同 工 具 受 測 者 感 覺 之 手 部 負 荷 ...52
圖 4-4 使 用 不 同 工 具 受 測 者 操 作 中 手 部 扭 轉 的 感 覺
程 度 ...52
圖 4-5 使 用 不 同 工 具 操 作 的 難 易 程 度 ...52
圖 4-6 不 同 工 具 的 攜 帶 方 便 性 ...53
圖 4-7 使 用 不 同 工 具 後 手 部 酸 痛 的 感 覺 程 度 ...53
圖 4-8 使 用 不 同 工 具 之 整 體 滿 意 度 ...53
圖 4-9 綁 鐵 鉤 ...54
第 一 章 緒 論
近 年 來，由 於 高 度 專 業 分 工 的 工 作 型 態 使 得 累 積 性 工 作 傷 害 的 發 生 率 急 遽 增 加 。 美 國 勞 工 局 的 統 計 [21] 發 現 ， 與 重 複 性 有 關 之 傷 害 佔 全 部 案 例 的 比 例 從 1985 年 的 1.08%，至 1989 年 增 加 到 2.23%， 其 中 1988 到 1989 年 一 年 內 就 增 加 0.44%。 而 韓 國 的 Kwon[29]， 也 曾 針 對 419 個 受 訪 者 進 行 有 關 累 積 性 傷 害 之 問 卷 調 查，其 中 301 位 受 訪 者 曾 發 生 至 少 一 個 部 位 的 不 舒 服 或 酸 痛 。 這 些 累 積 性 工 作 傷 害 在 發 生 之 前 ， 通 常 只 是 輕 微 的 酸 痛 或 者 疲 勞，但 是 如 果 能 夠 早 日 發 現 導 致 這 些 輕 微 症 狀 的 不 良 因 子 ， 並 加 以 改 善 ， 應 可 有 效 預 防 往 後 可 能 發 生 的 累 積 性 工 作 傷 害 。
導 致 這 些 累 積 性 傷 害 的 主 要 因 素 包 括 不 良 的 手 腕 及 肩 膀 姿 勢 、 過 度 的 手 部 施 力 、 與 高 頻 率 的 重 複 動 作 等 [4] 。 這 些 長 時 間 的 忽 略 作 業 環 境 與 人 體 舒 適 所 造 成 的 累 積 性 傷 害，深 究 其 原 因 ， 多 因 未 注 意 製 程 、 設 備 、 環 境 與 人 體 的 配 合 所 造 成 。 而 環 境 的 改 善 及 個 人 習 慣 的 修 正，更 是 可 以 降 低 職 業 性 肌 肉 骨 骼 傷 病 的 發 生 率 。
在 這 些 累 積 性 的 傷 害 中 有 相 當 大 的 部 份 是 由 於 操 作 手 工 具 所 造 成 的，因 此 我 們 希 望 能 透 過 對 使 用 手 工 具 的 作 業 內 容 與 作 業 人 員 的 疲 勞 酸 痛 反 應 進 行 深 入 瞭 解 ， 以 探 討 手 工 具 、 工 作 介 面 與 工 作 產 生 的 身 體 不 適 之 間 的 關 聯 性，並 提 出 改 善 方 案 與 建 議 。
1-1 研 究 背 景
隨 著 工 業 的 發 達 ， 肌 肉 骨 骼 系 統 傷 害 的 發 生 率 愈 來 愈 高 。 而 不 自 然 的 工 作 姿 勢 、 重 複 性 動 作 、 不 預 期 過 度 施 力 、 人 工 物 料 處 理 、 及 震 動 皆 是 造 成 這 些 肌 肉 骨 骼 傷 害 的 主 要 原 因 。 在 1986 年 累 積 性 肌 肉 骨 骼 傷 害 曾 躍 居 美 國 職 業 疾 病 之 首 位 [21] 。 依 美 、 日 等 高 度 工 業 化 國 家 統 計 資 料 顯 示 [16] ， 發 生 頻 率 最 高 的 職 業 傷 害 為 肌 肉 骨 骼 系 統 疾 病，其 中 背 痛、手肘、肩、
膝 等 處 的 傷 害 是 最 為 常 見 肌 肉 骨 骼 疾 病，這 些 傷 害 佔 美 國 職 業 傷 害 的 61%、 日 本 則 佔 55%。 而 行 政 院 勞 工 委 員 會 勞 工 安 全 衛 生 研 究 所 亦 於 民 國 八 十 三 年 台 灣 地 區 工 作 環 境 安 全 衛 生 狀 況 調 查 [2] 中 發 現 ， 有 38.59%受 調 查 者 抱 怨 其 有 骨 骼 肌 肉 酸 痛 的 症 狀 。
根 據 美 國 勞 工 統 計 局 資 料 顯 示 [21] ， 職 業 傷 害 中 約 有 1/3 比 例 發 生 於 上 肢 ， 而 手 部 約 佔 66%。 美 國 Liberty Mutual 保 險 公 司 之 勞 工 賠 償 請 求 記 錄 [29]顯示，從 1986 到 1990 上 肢 的 累 積 性 工 作 傷 害 佔 全 部 疾 病 傷 害 的 比 例 從 0.2%增 加 到 1.5%。民 國 八 十 五 年 ， 勞 工 委 員 會 勞 工 安 全 衛 生 研 究 所 在「 電 子 業 從 業 人 員 之 皮 膚 與 肌 肉 骨 骼 疾 病 調 查 研 究 」 [17] 中 發 現 ， 有 上 肢 傷 害 的 1004 位 勞 工 中 手 指 頭 腫 脹 者 59 人 (佔 5.9%)，手 腕 部 疼 痛 者 149 人 (佔 14.8%) ， 因 此 我 們 可 以 得 知 上 肢 累 積 性 傷 害 在 肌 肉 骨 骼 傷 害 中 佔 有 相 當 的 比 率 。
肌 肉 骨 骼 系 統 功 能 包 括 支 撐 身 體 重 量 、 維 持 姿 勢 、 及 運 動 。 無 論 從 事 任 何 活 動 ， 都 一 定 會 使 用 到 肌 肉 骨 骼 ， 因 此 在 工
作 中 如 果 維 持 相 同 姿 勢 過 久 ， 其 相 關 組 織 包 括 肌 肉 、 肌 腱 、 韌 帶 、 關 節就 會 產 生 疲 勞 。 一 再 重 覆 同 樣 的 動 作 ， 就 會 產 生 組 織 酸 痛 ， 而 形 成 肌 肉 骨 骼 傷 害 。 形 成 這 些 傷 害 的 潛 在 危 險 因 子 包 括 ： 工 作 負 荷 、 工 作 姿 勢 、 頻 率 、 工 作 時 間 、 振 動 、 異 常 溫 度 及 社 會 心 理 壓 力 等 [15] 。
依 據 行 政 院 勞 工 委 員 會 民 國 八 十 年 對 台 灣 地 區 勞 工 工 作 環 境 安 全 衛 生 狀 況 調 查 報 告 顯 示 [3] ， 勞 工 自 訴 工 作 姿 勢 不 自 然 者 高 達 51.38%。 這 些 肌 肉 骨 骼 酸 痛 的 勞 工 ， 在 各 行 業 中 所 佔 的 比 率 不 低 。 在 國 內 ， 營 造 業 這 類 傷 害 也 佔 了 52%[15]。 國 外 方 面 ， 根 據 調 查 ， 在 丹 麥 65%的 營 建 業 半 技 工 曾 有 下 背 痛 的 經 歷 [23]；在 德 國，混 凝 土 工 人 下 背 痛 終 生 盛 行 率 為 80%[25]；
在 美 國 ， 肌 肉 骨 骼 傷 害 亦 是 營 建 工 人 最 主 要 的 職 業 傷 害 [36] 。 因 此 營 建 從 業 人 員 經 歷 之 肌 肉 骨 骼 傷 害 風 險 似 乎 高 於 其 他 產 業 之 人 員 。
民 國 八 十 七 年 勞 工 委 員 會 勞 工 安 全 衛 生 研 究 所 曾 針 對 建 築 工 人 ， 以 OWAS 方 法 分 析 勞 工 作 業 姿 勢 [7]。 結 果 顯 示 ， 鷹 架 工 需 要 改 善 的 工 作 姿 勢 高 達 43.3%， 水 電 工 需 要 改 善 的 工 作 勢 高 達 37.3%， 其 他 工 種 如 模 板 工 、 泥 水 工 、 鋼 筋 工 、 及 鋼 構 工 等 不 良 工 作 姿 勢 比 例 亦 均 在 30%以 上。該 所 在 大 台 北 地 區 針 對 531 位 建 築 工 人 進 行 調 查 [8]時 發 現 ， 建 築 工 人 最 常 出 現 且 嚴 重 到 需 要 處 理 或 醫 生 協 助 的 肌 肉 骨 骼 傷 害 發 生 部 位 依 次 為 下 背 、 右 肩 、 及 右 手 ， 其 中 水 電 工 中 最 常 出 現 的 前 三 個 酸 痛 部 位 為 下 背 、 右 手 、 及 右 肘 ， 而 鋼 筋 結 紮 工 人 為 下 背 、 右 手 、 及 右 肩。造 成 這 些 症 狀 的 可 能 的 原 因 在 於 建 築 工 人 在 工 作 時 經 常
使 用 手 工 具 作 為 動 力 ， 然 而 勞 工 在 使 用 傳 統 手 工 具 工 作 時 ， 常 需 利 用 手 部 來 握 緊 工 具 ， 甚 至 於 提 供 工 具 所 需 的 運 轉 動 力 ， 因 而 容 易 造 成 了 肌 肉 骨 骼 傷 病 的 病 症。設 計 者 在 設 計 這 些 手 工 具 時 ， 往 往 未 將 使 用 者 是 否 易 於 使 用 列 為 考 慮 ， 導 致 使 用 者 必 須 屈 就 現 有 手 工 具 而 採 用 不 當 的 工 作 姿 勢 ， 進 而 形 成 傷 害 。 在 相 關 研 究 [11] 中 我 們 發 現 ， 上 肢 的 工 作 傷 害 的 發 生 就 與 手 工 具 息 息 相 關 。
在 上 肢 部 位 的 相 關 文 獻 中 ， 法 國 Loslever and Panaivosoa [31] 曾 針 對 常 有 員 工 因 腕 道 症 候 群 (Carpal Tunnel Syndrome,簡 稱 CTS)而 請 假 之 17 個 工 作 進 行 研 究 ，包 括 評 估 各 工 作 之 生 物 力 學 上 手 腕 動 態 記 錄 、 CTS 之 發 生 率 、 及 兩 者 之 相 關 分 析 結 果 發 現 全 部 的 CTS 發 生 率 平 均 高 達 35%(8%到 66%)，且 CTS 之 發 生 率 與 手 腕 屈 曲 頻 率 、 手 腕 施 力 高 度 相 關 ， 而 且 屈 曲 比 伸 展 與 CTS 間 有 更 高 度 的 正 相 關 。 勞 工 委 員 會 勞 工 安 全 衛 生 研 究 所 研 究 中 [7] ， 水 電 工 不 良 工 作 姿 勢 百 分 比 (AC2 以 上 ) 為 38.3%， 且 大 部 份 集 中 在 AC2( 工 作 可 能 有 危 害 ) 。 根 據 受 訪 人 員 自 述 ， 其 主 要 酸 痛 的 部 位 是 背 部 和 手 腕 ， 其 原 因 在 於 長 時 間 跪 在 地 上 做 固 定 和 燒 烤 塑 膠 管 的 工 作，且 常 常 利 用 鉗 子 扭 轉 鐵 絲 繫 綁 塑 膠 管 和 鋼 筋 ， 而 施 力 握 住 握 把 咬 合 鐵 絲 ， 並 以 手 腕 扭 轉 ， 使 得 背 部 及 手 腕 神 經 容 易 產 生 傷 害 。 基 於 上 述 的 相 關 論 述 與 調 查 ， 我 們 希 望 能 提 出 一 個 新 的 方 式 ， 來 改 善 現 狀 。
藉 由 整 合 人 因 工 程 的 研 究 與 產 品 設 計 的 觀 念，並運用現有 的 知 識 與 技 術 ， 設 計 簡 單 輕 便 之 工 具 ， 以 改 善 現 有 工 具 ， 並 降 低 職 業 危 害 是 人 因 工 程 的 主 要 宗 旨 之 一。因 此 我 們 提 出 一 新 捆
綁 鐵 絲 工 具 設 計 方 案，期 能 改 善 操 作 傳 統 式 老 虎 鉗 時 水 電 工 手 部 活 動 型 態 與 手 部 負 荷，以 降 低 手 部 累 積 性 肌 肉 骨 骼 傷 害 之 發 生 率 。
1-2 研 究 目 的
水 電 工 從 事 配 管 作 業 時 以 鐵 絲 捆 綁 住 管 線 後，以老虎鉗夾 住 鐵 絲 的 兩 端 ， 以 手 部 反 覆 地 扭 轉 老 虎 鉗 ， 綁 緊 鐵 絲 以 完 成 固 定 的 動 作 。 而 在 綁 緊 鐵 絲 作 業 動 作 下 ， 腕 部 反 覆 的 不 自 然 姿 勢 容 易 形 成 腕 道 內 肌 腱 、 腱 鞘 及 正 中 神 經 [34][35] 等 傷 害 。
這 些 長 期 的 手 掌 施 力 、 手 腕 反 覆 動 作 和 不 自 然 的 作 業 姿 勢 ， 可 能 會 導 致 水 電 工 人 手 腕 內 肌 腱 與 正 中 神 經 的 傷 害 。 因 此，本 研 究 希 望 能 開 發 不 需 要 反 覆 扭 轉 腕 部 之 不 自 然 姿 勢 的 鐵 絲 捆 綁 工 具 ， 以 達 成 下 述 目 的 ：
(1) 替 代 傳 統 的 手 工 具 老 虎 鉗 ， 以 減 輕 作 業 時 肌 肉 的 負 荷 。 (2) 避 免 操 作 時 手 腕 發 生 尺 偏 、 橈 偏 、 伸 展 、 和 屈 曲 等 不 自
然 姿 勢 。
(3) 增 加 手 工 具 握 持 舒 適 性 。 (4) 減 輕 手 部 施 力 時 的 操 作 負 荷 。
1-3 研 究 步 驟
圖 1-1 研 究 步 驟 動 機 與 目 的
文 獻 蒐 集 與 探 討
概 念 設 計
手 工 具 設 計
手 工 具 製 作
手 工 具 實 驗
結 論 與 建 議 數 據 整 理 分 析
手 工 具 評 估
EMG 訊 號 收 集 作 業 姿 勢 觀 測
1-4 研 究 限 制
本 研 究 由 於 受 限 於 經 費 的 考 量 ， 仍 有 多 處 無 法 掌 控 的 事 件 ， 主 要 限 制 如 下 ：
(1) 眾 所 周 知 水 電 工 之 相 關 工 作 及 作 業 相 當 多 ， 但 本 研 究 限 於 實 驗 設 備 及 能 力 的 關 係 ， 主 要 在 於 探 討 水 電 工 進 行 鐵 絲 捆 綁 作 業 時 ， 人 員 動 作 對 肌 肉 負 荷 的 關 係 及 其 影 響 。
(2) 本 研 究 提 出 之 新 式 手 工 具 ， 基 於 經 費 及 時 間 考 量 將 其 設 計 重 點 著 重 於 旋 轉 機 構 的 改 變 ， 並 未 提 出 更 多 樣 化 手 工 具 設 計 種 類 。
(3) 本 研 究 限 於 研 究 人 力 及 時 間 因 素 ， 以 中 華 大 學 工 管 系 及 工 管 所 的 學 生 做 為 本 研 究 受 測 者 ( 年 齡 介 於 18~25 歲 之 間 )， 未 針 對 族 群 進 行 大 規 模 研 究 測 量 。
第 二 章 文 獻 探 討
手 工 具 之 操 作 主 要 利 用 手 指 、 手 掌 及 手 臂 共 同 運 動 完 成 ， 因 此 有 必 要 對 手 部 之 構 造 及 其 運 動 機 能 作 進 一 步 了 解。本 章 首 先 對 手 部 生 物 力 學 作 探 討 ， 以 了 解 手 部 結 構 及 機 能 ， 繼 而 探 討 手 工 具 操 作 時 手 部 肌 肉 負 荷 及 肌 電 圖 分 析 系 統 之 操 作 及 訊 號 記 錄 原 理 ， 最 後 探 討 手 工 具 的 設 計 原 則 及 相 關 設 計 案 例 。
2-1 手 部 生 物 力 學 研 究
手 部 的 運 動 機 能 ， 主 要 係 由 以 下 兩 大 部 份 肌 群 所 構 成 [10] ：
(1) 前 臂 肌 群 (Forearm Muscles)： 又 稱 外 來 肌 群 ， 其 始 於 前 臂 而 終 止 於 手 部 之 所 有 肌 肉 總 稱 ； 其 主 要 機 能 在 於 提 供 手 腕 與 手 指 完 成 各 種 相 關 運 動 之 能 量 。 依 機 能 解 剖 學 可 將 之 區 分 兩 大 肌 群 ， 一 為 完 成 前 臂 掌 側 屈 曲 、 內 轉 等 相 關 運 動 所 須 的 屈 曲 、 旋 前 肌 群 ； 另 一 為 完 成 前 臂 背 側 伸 展 、 外 轉 等 相 關 運 動 所 須 的 伸 展 、 旋 後 肌 群 。
(2) 手 部 肌 群 (Hand Muscles) ： 手 部 肌 群 又 稱 為 內 部 肌 群 (Intrinsic Muscles)， 乃 起 始 端 與 終 止 端 都 發 生 在 手 內 部 之 所 有 肌 肉 總 稱 ， 共 分 成 四 大 肌 群 ， 包 括 拇 指 球 肌 群 、 小 指 球 肌 群 、 骨 間 肌 、 蚯 蚓 肌 等 。
2 -1 -1 手 部 與 手 腕 之 結 構
手 腕 為 一 個 構 造 相 當 雜 複 的 關 節 ， 其 中 包 括 了 許 多 的 肌 腱 、 神 經 與 血 管 ， 以 支 援 手 部 的 一 切 活 動 。 腕 道 是 位 於 手 腕 的 空 穴 ， 由 許 多 小 骨 骼 與 韌 帶 所 組 成 ， 這 條 管 道 的 一 邊 是 手 背 骨 骼 ， 另 一 邊 則 是 橫 腕 韌 帶 (Transverse Carpal Ligament) 或 稱 手 屈 肌 支 持 帶 ， 這 條 管 道 就 是 所 謂 的 腕 道 (Carpal Tunnel) 。 通 過 腕 道 的 組 織 包 括 橈 動 脈、尺 動 脈 與 正 中 神 經 等 一 大 束 脆 弱 的 解 剖 結 構 ： 此 外 ， 還 包 括 通 過 橫 腕 韌 帶 外 面 與 腕 部 豆 狀 骨 內 側 的 尺 動 脈 與 尺 神 經 [12]。 負 責 手 掌 抓 握 的 肌 腱 與 正 中 神 經 通 過 腕 道 ， 而 負 責 展 開 手 掌 的 外 展 肌 腱 則 行 經 手 腕 背 部 ， 另 一 由 韌 帶 組 成 的 通 道 — 蓋 昂 道 則 有 尺 神 經 與 動 脈 行 經 其 中 [14] 。
腕 關 節 的 骨 骼 與 前 臂 的 兩 支 長 骨 ( 尺 骨 與 橈 骨 ) 相 互 聯 結 。 橈 骨 聯 結 於 手 腕 拇 指 側 ， 而 尺 骨 則 聯 結 於 手 腕 小 指 側 。 由 於 腕 關 節 本 身 結 構 的 緣 故 ， 手 掌 只 能 作 二 軸 的 運 動 。 手 掌 之 前 後 屈 曲 運 動 包 括 向 前 屈 曲 (flexion)與 向 後 伸 展 (extension)。 而 手 掌 左 右 偏 屈 運 動 則 有 向 拇 指 側 的 橈 偏 (Radial Deviation)與 向 小 指 的 尺 偏 (Ulnar Deviation)( 如 圖 2-1 所 示 )。 一 般 而 言 ， 伸 展 動 作 約 有 75 ~80 ， 屈 曲 動 作 約 有 85 ~90 ， 尺 偏 動 作 約 35 ~37 ， 橈 偏 動 作 約 15 ~20 [33] 。
手 臂 肌 肉 包 括 肱 二 頭 肌 、 肱 肌 、 肱 橈 肌 、 三 頭 肌 、 肘 肌 、 旋 前 肌 、 旋 後 肌 等 (如 圖 2-2 所 示 )。 肱 二 頭 肌 、 肱 肌 和 肱 橈 肌 收 縮 時 主 要 是 產 生 下 臂 屈 曲 之 動 作 ， 而 三 頭 肌 、 肘 肌 其 作 用 則 是 下 臂 延 伸 ， 旋 前 肌 及 旋 後 肌 則 是 產 生 下 臂 內 轉 及 外 轉 之 動
作 。 肱 二 頭 肌 除 了 下 臂 屈 曲 外 ， 也 有 外 轉 之 作 用 。 下 臂 的 肌 肉 包 括 屈 腕 肌 (包 括 橈 側 與 尺 側 )、 伸 腕 肌 (包 括 橈 側 與 尺 側 )、 掌 長 肌 、 屈 指 肌 (包 括 深 層 和 淺 層 )、 伸 指 肌 、 內 收 拇 肌 、 外 展 拇 長 肌 、 及 屈 拇 長 肌 [6] 。
圖 2-1 手 部 尺 偏 、 橈 偏 、 伸 展 及 屈 曲 之 動 作 姿 勢 圖 [6]
腕 關 節 運 動 包 括 伸 展 、 屈 曲 、 橈 偏 與 尺 偏 ， 而 這 些 運 動 的 產 生 ， 主 要 是 由 兩 個 以 上 之 肌 群 共 同 協 調 完 成 。 腕 關 節 運 動 的 主 要 作 用 肌 大 致 可 分 為 橈 側 伸 腕 肌 、 橈 側 屈 腕 肌 、 尺 側 伸 腕 肌、及 尺 側 屈 腕 肌。而 控 制 腕 關 節 運 動 的 主 要 肌 群 包 括 有 [12]：
(1) 伸 展 — 橈 側 伸 腕 肌 、 尺 側 伸 腕 肌 (2) 屈 曲 — 橈 側 屈 腕 肌 、 尺 側 屈 腕 肌 (3) 橈 偏 — 橈 側 伸 腕 肌 、 橈 側 屈 腕 肌 (4) 尺 偏 — 尺 側 伸 腕 肌 、 尺 側 屈 腕 肌
圖 2-2 手 臂 肌 肉 分 佈 圖 [6]
2 -1 -2 腕 部 動 作 及 其 運 動 肌 群
控 制 腕 部 運 動 之 肌 群 為 手 部 提 供 兩 項 功 能，即 手 部 的 初 步 定 位 以 及 穩 定 腕 部 ， 以 作 為 手 部 的 工 作 台 面 。 因 為 提 供 指 關 節 的 屈 曲 動 作 ， 是 由 前 臂 肌 群 所 調 節 的 ， 因 此 腕 部 是 手 部 功 能 的 關 鍵 。 這 些 肌 群 是 由 通 過 腕 關 節 管 道 的 肌 腱 與 手 指 相 連 接 的 。 在 運 動 之 解 剖 學 上 ， 手 部 的 運 動 可 分 為 [13] ：
(1) 前 臂 運 動
前 臂 的 動 作 主 要 有 兩 種 ， 分 別 是 內 轉 與 外 轉 運 動 ， 兩 種 運 動 皆 由 遠 側 橈 尺 關 節 控 制；內 轉 的 主 要 作 用 肌 群 為 旋 前 肌 (Pronator Teres) ， 外 轉 主 要 作 用 肌 群 則 為 旋 後 肌 ( Supinator)， 而 我 們 在 使 用 老 虎 鉗 時 ， 通 常 都 會 出 現 這 種 手 臂 旋 轉 的 動 作， 至 於 是 內 轉 或 外 轉 的 動 作 發 生 ， 端 視 操 作 而 定 。
屈 指 淺 肌
(2) 腕 關 節 運 動 相 關 肌 群
腕 關 節 的 運 動 包 含 手 腕 的 伸 展 與 伸 展 、 橈 偏 與 尺 偏 ， 這 些 運 動 均 非 由 單 一 的 肌 肉 所 控 制，經 常 是 由 兩 個 以 上 的 肌 群 參 與 作 用 。 而 使 用 老 虎 鉗 時 ， 也 常 發 生 這 些 動 作 。
(3) 手 指 的 運 動
手 指 的 運 動 包 含 側 偏 、 屈 曲 以 及 伸 展 運 動 ， 側 偏 運 動 僅 存 在 於 骨 關 節 的 掌 指 關 節 (MP, metacarpophal-angeal joint) ， 手 指 的 屈 曲 與 伸 展 運 動 則 存 在 於 掌 指 關 節 ( MP)、
近 端 指 間 關 節 (PIP, proximal in terhalangeal joint) 與 遠 端 指 間 關 節 (DIP, distal interphalangeal joint)， 其 中 手 指 伸 展 運 動 作 用 的 肌 群 有 伸 指 肌 以 及 背 側 骨 間 肌 、 蚓 狀 肌 ； 而 手 指 屈 曲 運 動 作 用 的 肌 群 有 屈 指 深 肌、屈 指 淺 肌 以 及 掌 側 骨 間 肌、蚓 狀 肌，使 用 老 虎 鉗 時，便 會 出 現 手 指 屈 曲 的 動 作 ， 蚓 狀 肌 的 作 用 是 在 掌 指 關 節 處 使 手 指 屈 曲，在 指 間 關 節 處 使 手 指 做 伸 展 的 動 作 。
如 前 面 敘 述 ， 可 知 手 指 的 屈 伸 動 作 係 由 前 臂 肌 肉 所 調 節 的 ， 而 透 過 腕 部 的 聯 結 、 手 部 關 節 的 配 合 ， 及 手 部 內 部 肌 群 的 協 調 運 作 ， 可 以 完 成 各 種 複 雜 手 工 作 業 [12]。
2-2 手 工 具 操 作 與 手 部 累 積 性 傷 害
在 勞 工 委 員 會 勞 工 安 全 衛 生 研 究 所 民 國 八 十 五 年 的 職 業 疾 病 監 控 實 證 研 究 -上 肢 傷 害 研 究 中 [18]，由 各 種 階 級 勞 工 的 描 述 性 問 卷 分 析 結 果 顯 示 ， 重 覆 性 動 作 會 引 起 肩 膀 、 手 肘 、 手 腕
及 手 部 等 幾 個 部 位 的 不 適，其 中 又 以 手 腕 及 手 指 兩 部 位 症 狀 比 例 最 高 。
手 部 病 傷 可 分 為 二 類 ， 一 類 是 單 次 意 外 造 成 的 外 傷 事 件 ， 如 撞 碎 手 指 、 割 裂 手 掌 ； 另 一 類 是 具 有 累 積 效 應 的 病 變 事 件 ， 如 腕 道 症 候 群 、 腱 鞘 炎 、 扳 機 指 、 局 部 缺 血 ， 這 類 病 變 通 常 不 會 見 諸 於 意 外 傷 害 報 告 書 ， 但 常 會 導 致 工 作 產 出 減 少 、 工 作 品 質 拙 劣 、 缺 勤 日 數 增 加 、 及 單 次 意 外 造 成 的 外 傷 事 件 發 生 [1]。
2 -2 -1 手 工 具 操 作
Tichauer [40] 定 義 腕 部 的 中 立 姿 勢 ： 保 持 中 指 的 掌 骨 與 尺 骨 遠 端 平 行 ， 並 指 出 把 手 設 計 應 使 腕 部 變 化 在 5 度 橈 偏 到 10 度 尺 偏 間 為 宜 。 而 當 手 部 尺 偏 在 15-20 度 之 間 ， 容 易 引 起 手 部 的 疼 痛。近 年 來 亦 有 學 者 指 出 手 部 長 時 間 處 於 尺 偏 姿 勢 是 一 項 危 險 的 動 作，而 手 腕 長 時 間 處 於 極 端 角 度 姿 勢 時 是 造 成 累 積 性 傷 害 的 重 要 原 因 。
各 種 不 良 之 手 工 具 設 計 或 工 作 設 計，容 易 使 得 作 業 人 員 發 生 上 肢 酸 痛 或 傷 害 。 探 討 手 工 具 造 成 作 業 人 員 上 肢 傷 害 之 原 因 ， 可 概 分 為 以 下 四 方 向 [4] ：
(1) 力 量
工 具 使 用 的 施 力 大 小 對 整 個 上 肢 的 酸 痛 或 傷 害 有 很 大 的 關 係 ， 如 「 尖 嘴 鉗 」、「 翹 棒 」、「 六 角 扳 手 」 等 ，皆 須 靠 手 臂 、 手 腕 、 手 部 來 施 力 ， 且 需 力 量 不 小 ， 所 以 這 些 工 具 與 這 些 部 位 的 傷 害 有 很 大 之 關 係 。
(2) 姿 勢
有 些 工 作 產 生 的 不 良 工 作 姿 勢，有 時 候 是 由 於 工 作 站 設 計 不 當，或 者 手 工 具 設 計 不 良 而 導 致 作 業 員 必 需 以 危 險 性 較 高 的 工 作 姿 勢 來 操 作 此 項 手 工 具 。 例 如 ：「 尖 嘴 鉗 」、
「 斜 口 鉗 」、「 氣 剪 」、「 分 解 刀 」、「 整 形 刀 」 等 ， 皆 是 由 於 工 具 本 身 設 計 不 當 ， 使 作 業 員 必 須 以 不 良 的 姿 勢 來 作 業 ， 因 而 容 易 形 成 作 業 員 的 手 腕 之 尺 偏 、 橈 偏 、 屈 曲 或 伸 展 等 不 良 姿 勢 的 發 生，而 這 樣 的 手 工 具 也 常 和 手 腕 產 生 的 病 變 有 關 。
(3) 重 複 性
因 為 重 複 性 的 頻 率 越 高 ， 工 作 對 肌 腱 、 韌 帶 、 神 經 等 組 織 之 磨 損 越 大 ， 恢 復 疲 勞 所 需 的 時 間 也 就 越 久 ， 這 類 的 工 作 即 使 需 要 之 力 量 不 大 ， 但 因 重 複 性 高 ， 也 很 容 易 導 致 累 積 性 工 作 傷 害 的 發 生 。
(4) 震 動
由 於 有 些 手 工 具 ， 尤 其 是 電 動 或 氣 動 之 手 工 具 ， 未 設 計 有 效 的 減 震 裝 置，使 得 該 工 具 有 很 多 使 用 者 抱 怨 震 動 太 大 。 震 動 不 僅 直 接 對 手 部 造 成 傷 害 ， 而 且 作 業 員 必 須 以 更 大 的 力 量 來 抓 握 該 工 具 ， 又 不 能 精 確 的 裝 配 ， 因 此 降 低 作 業 員 之 效 率 。
綜 合 上 述 ， 上 肢 是 勞 工 所 使 用 的 最 主 要 身 體 部 位 ； 然 而 有 許 多 的 手 工 具 ， 其 設 計 雖 然 簡 單 但 卻 無 法 安 全 且 有 效 的 操 作 ，
尤 其 在 重 覆 性 作 業 的 場 合 更 是 如 此，因 此 若 能 將 手 工 具 設 計 的 要 素 加 以 考 慮 ， 必 能 嘉 惠 於 更 多 的 使 用 者 。
2 -2 -2 手 部 累 積 性 傷 害
勞 工 委 員 會 勞 工 安 全 衛 生 研 究 所 民 國 八 十 三 年 進 行 手 工 具 使 用 危 害 性 之 調 查 研 究 中 [4] ， 在 病 症 發 生 的 個 案 數 方 面 ， 以 腕 道 症 候 群 佔 約 40%為 最 高 ， 其 次 為 腱 鞘 囊 腫 (Ganglionic cysts) 及 肌 腱 炎 (Tendinitis)； 在 各 部 位 發 生 的 個 案 數 方 面 ， 大 多 發 生 在 手 指 、 手 掌 、 手 腕 等 部 位 ， 其 中 又 以 右 上 肢 較 嚴 重 。
從 解 剖 學 的 角 度 而 言，因 經 常 使 用 手 工 具 而 造 成 之 累 積 性 傷 害 可 分 成 肌 腱 傷 害 (如 ： 肌 腱 、 腱 鞘 炎 、 德 奎 緬 疾 病 等 )、神 經 傷 害 (腕 道 症 候 群 、蓋 昂 道 症 候 群 等 )、 及 神 經 血 管 傷 害(胸 口 症 候 群 、 白 指 症 等 ) 等 三 種 基 本 型 態 。 表 2-1 為 各 種 作 業 特 徵 與 累 積 性 傷 害 間 相 關 性 整 理。如 經 常 性 或 偶 發 性 的 手 部 重 複 性 作 業 容 易 造 成 腕 道 症 候 群 及 過 度 彎 曲 手 腕 容 易 產 生 手 指 屈 肌 肌 腱 之 肌 腱 炎 等 [11] 。 由 表 2-1 我 們 也 可 以 發 現 ， 導 致 傷 害 發 生 的 因 素 包 含 了 不 良 的 手 腕 及 肩 膀 姿 勢 、 過 度 的 手 部 施 力 、 高 頻 率 的 重 複 動 作 等 ， 若 再 加 上 休 息 的 時 間 不 足 ， 就 有 可 能 導 致 累 積 性 傷 害 的 發 生 。
就 相 關 的 資 料 顯 示 ， 大 部 份 的 人 在 酸 痛 發 生 後 ， 有 很 高 的 比 例 (65.3%) 採 取 「 自 行 買 成 藥 處 理 」 及 「 不 管 他 」 的 方 式 ， 而 且 繼 續 的 使 用 該 設 計 不 當 之 手 工 具 ， 使 得 病 情 更 加 嚴重，直 到 該 酸 痛 已 經 無 法 忍 受 之 後 ， 才 願 意 就 醫 ， 但 是 這 時 傷 害 卻 已 經 造 成 了 。
有 鑑 於 累 積 性 工 作 傷 害 對 人 員 產 生 傷 害 及 衍 生 的 社 會 成 本 ， 因 此 ， 我 們 需 要 進 一 步 的 對 國 內 製 造 業 中 的 手 工 具 使 用 及 相 關 的 工 作 傷 害 進 行 研 究 ， 來 降 低 肌 肉 骨 骼 傷 害 的 發 生 。
表 2-1 累 積 性 傷 害 與 作 業 特 徵 [1]
傷 害 作 業 特 徵
腕 道 症 候 群 (CTS) 1. 經 常 或 偶 爾 性 的 手 部 重 複 性 作 業 。 2. 手 腕 重 複 性 彎 曲 或 過 度 伸 展 尤 其 是 同
時 還 需 力 握 情 形 。
3. 手 掌 和 手 腕 重 複 性 施 力 。 德 奎 緬 疾 病 - 橈 骨 莖
突 外 展 肌 和 屈 指 深 肌 肌 腱 炎 和 腱 鞘 炎
1. 每 小 時 超 過 2000 次 操 作 。 2. 突 發 性 作 業 。
3. 單 一 或 重 複 性 局 部 壓 力 。 4. 局 部 鈍 器 直 接 外 傷 。
5. 快 速 用 力 簡 單 地 重 複 移 動 工 作 。 6. 手 腕 重 複 性 橈 偏 現 象 尤 其 在 拇 指 同 時
需 過 度 施 力 下 。
7. 手 腕 重 複 性 尺 偏 現 象 尤 其 在 拇 指 同 時 需 過 度 施 力 下 。
屈 指 肌 之 肌 腱 炎 過 度 地 彎 曲 手 腕 。
伸 指 肌 之 肌 腱 炎 手 腕 尺 偏 向 外 旋 轉 動 作 。 上 髁 炎 (Epicondylitis) 手 腕 橈 偏 向 內 旋 轉 動 作 。 腱 鞘 囊 腫 (Ganglionic
cysts)
1. 偶 爾 地 突 然 或 大 力 使 用 肌 腱 或 關 節 。 2. 手 腕 伸 展 重 複 性 操 作 狀 態 。
3. 手 腕 重 複 性 扭 曲 。
手 指 神 經 炎 手 掌 或 手 指 神 經 與 手 工 具 接 觸 。
2-3 肌 電 圖
早 在 1973 年 Khalil[26]便 提 出 肌 肉 電 極 訊 號 (EMG) 可 作 為 工 業 設 計 評 估 指 標 ， 用 以 評 估 肌 肉 生 理 壓 力 。 根 據 Chatterjee[22] 研 究 指 出 ， 肌 肉 自 主 收 縮 力 持 續 在 15%~20%以 上 之 最 大 出 力 時 ， 則 易 引 起 血 液 循 環 不 良 ， 間 接 地 造 成 組 織 缺
血 、 代 謝 功 能 延 遲 等 危 險 。 在 長 時 間 施 力 下 ， 大 多 數 的 肌 群 所 能 維 持 的 應 力 水 準 只 等 於 他 們 最 大 力 量 的 20%， 超 過 此 一 水 準 ， 循 環 系 統 便 無 法 維 持 必 要 的 化 學 平 衡 ， 以 防 止 受 壓 血 管 群 中 的 乳 酸 累 積 ， 進 而 引 起 疲 乏 肌 肉 的 抽 慉 感 [28]。
Long et al. [30] 曾 經 研 究 當 握 持 不 同 的 重 量 或 大 小 的 物 體 及 不 同 的 施 力 情 形 下 三 種 不 同 握 持 方 法 的 肌 電 變 化 情 形 。 Armstrong 和 Chaffin [19]也 曾 經 利 用 EMG 對 不 同 的 手 工 作 業 活 動 下 工 作 者 的 捏 握 力 量 大 小 做 過 研 究。這 些 相 關 的 研 究 發 現 手 部 的 肌 力 和 EMG 之 間 確 實 有 相 當 對 應 關 係 存 在 。
2 -3 -1 EMG 訊 號 原 理
肌 電 圖 乃 將 電 極 裝 置 於 肌 肉 表 面 皮 膚 或 肌 肉 內 部，用 以 量 測 肌 肉 在 活 動 時 微 弱 的 電 流 變 化 ， 並 藉 增 幅 器 加 以 放 大 記 錄 ( 參 考 2- 2) 。 利 用 肌 電 波 的 變 化 ， 可 以 得 到 下 列 資 訊 [9] ：
(1) 可 用 以 衡 量 特 定 肌 群 的 活 動 水 準 。
(2) 在 某 肌 肉 活 動 中 ， 瞭 解 主 動 肌 與 拮 抗 肌 在 特 定 動 作 中 發 動 的 順 序 。
(3) 對 肌 肉 疲 勞 的 識 別 和 預 測 。
因 為 肌 電 圖 所 表 現 的 變 化，是 一 種 經 由 運 動 神 經 纖 維 傳 達 至 肌 肉 的 神 經 衝 動 。 故 肌 電 圖 的 肌 動 波 愈 大 ， 參 與 活 動 的 運 動 單 位 就 愈 多 ， 運 動 單 位 動 作 的 程 度 也 相 對 愈 高 ， 因 此 通 常 可 以 利 用 肌 電 圖 可 以 來 推 測 局 部 肌 肉 活 動 的 劇 烈 程 度 。
圖 2-3 EMG 之 訊 號 分 析 圖 [20]
2 -3 -2 肌 電 儀 系 統
記 錄 肌 電 圖 的 電 極 有 兩 種 型 式 。 一 種 是 「 針 狀 電 極 」，
(needle electrodes) ， 它 是 利 用 探 針 插 入 皮 膚 下 的 肌 肉 組 織 中 ， 用 以 探 測 該 肌 肉 或 運 動 單 位 活 動 時 的 電 極 變 化，通 常 用 在 醫 學 診 斷 和 治 療 方 面 。 針 狀 電 極 除 了 插 刺 會 帶 來 疼 痛 外 ， 由 於 消 毒 及 專 業 處 理 能 力 之 因 素 ， 也 許 會 帶 來 意 外 感 染 ， 因 此 ， 在 人 因 工 程 的 研 究 上 較 少 使 用 。 另 一 種 稱 為 「 表 面 電 極 」 (surface electrodes)， 這 種 電 極 是 用 一 種 鍍 上 氯 化 銀 的 銀 板 ， 覆 在 皮 膚 的 表 面 ， 並 在 銀 板 與 皮 膚 表 面 上 塗 上 一 種 糊 狀 物 ， 以 測 量 皮 膚 下 方 肌 肉 的 活 動 電 位 。 用 此 方 法 所 測 得 的 肌 電 圖 ， 實 際 上 是 許 多 運 動 單 位 的 活 動 電 位 之 總 和 [9] 。
有 關 肌 電 訊 號 之 收 集 與 處 理 之 肌 電 儀 系 統 部 份，本 實 驗 採 用 加 拿 大 製 之 肌 電 儀 系 統 ， 此 系 統 包 含 八 個 頻 道 (channel)，每 個 頻 道 都 可 選 定 個 別 之 濾 波 參 數。而 其 表 面 電 極 片 則 是 用 以 觀 察 肌 肉 活 動 電 位 的 變 化 ， 而 收 集 到 之 EMG 訊 號 則 是 利 用 個 人 電 腦 之 Biograph [39]軟 體 系 統 輸 出 ， 並 進 行 編 輯 處 理 等 作 業 。
2-4 手 工 具 設 計
勞 工 委 員 會 勞 工 安 全 衛 生 研 究 所 於 民 國 八 十 四 年 針 對 非 動 力 手 工 具 與 輔 助 設 備 進 行 研 究 [1] ， 結 果 顯 示 大 部 份 作 業 人 員 (75%) 認 為 自 己 使 用 的 非 動 力 手 工 具 需 要 改 進 ， 而 約 68%的 作 業 人 員 則 曾 有 非 動 力 手 工 具 傷 害 的 經 歷 。 因 此 ， 手 工 具 的 設 計 或 操 作 ， 若 忽 略 使 用 者 的 人 體 限 制 條 件 或 人 體 計 測 特 性 ， 必 然 會 造 成 不 良 的 手 工 具 操 作 姿 勢 及 不 當 施 力，而 形 成 肌 肉 骨 骼 系 統 的 傷 害 。
2 -4 -1 手 工 具 設 計 原 則
設 計 不 良 的 手 工 具 與 上 肢 的 傷 害 的 產 生 有 很 大 的 關 係，有 些 研 究 提 出 一 些 手 工 具 設 計 的 準 則，並 將 這 些 準 則 與 改 善 方 向 及 例 子 列 出 如 下 [4] ：
(1) 手 工 具 應 有 握 把 供 操 作 者 握 持
很 多 手 工 具 未 能 設 計 握 把 供 使 用 者 握 持，使 得 使 用 者 必 須 握 持 手 工 具 之 主 體 ， 以 致 手 直 接 暴 露 於 震 動 、 手 工 具 產 生 熱 或 冷 。
(2) 以 最 少 的 肌 肉 參 與 施 力
設 計 或 設 置 不 當 的 手 工 具，使 用 者 在 操 作 時 需 很 多 部 位 之 肌 肉 參 與 施 力。工 作 站 上 對 於 手 工 具 應 有 一 個 較 近 且 方 便 的 位 置 供 其 放 置，而 較 重 的 工 具 應 有 輔 助 懸 吊 帶 來 幫 助 操 作 者 握 持 。
(3) 以 動 力 代 替 肌 力
動 力 驅 動 可 減 少 人 力 和 重 覆 性 的 需 求，因 此 可 以 降 低 發 生 CTD 的 風 險 ， 但 仍 須 注 意 ， 改 為 動 力 驅 動 時 可 能 會 增 加 手 工 具 之 重 量 ， 而 增 加 使 用 時 之 手 部 負 荷 。
(4) 彎 曲 手 工 具 ， 不 要 彎 曲 手 腕
設 計 不 良 的 手 工 具 常 導 致 操 作 者 以 不 良 的 姿 勢 使 用 手 工 具 。 如 ： 尖 嘴 鉗 的 握 把 改 成 彎 曲 後 使 得 手 腕 能 以 更 自 然 的 姿 勢 來 使 用 工 具，而 其 彎 曲 之 角 度 則 應 依 不 同 的 工 作 需 求 而 進 行 調 整 。
(5) 手 工 具 重 量 應 保 持 在 低 水 準
一 般 手 工 具 應 儘 量 不 操 過 2.3 kg，而 重 量 在 0.9 kg 到 1.75 kg 之 間 ， 操 作 者 感 覺 最 適 當 。 但 如 果 是 在 高 度 重 複 的 使 用 頻 率 下 ， 為 了 降 低 CTD 之 發 生 風 險 ， 手 工 具 應 更 輕 ， 以 使 工 作 者 能 以 單 手 來 操 作 該 工 具 。 但 有 時 為 了 防 止 震 動 的 傳 遞 ， 因 此 手 工 具 也 不 能 太 輕 。
(6) 使 用 特 別 用 途 之 手 工 具
要 針 對 工 作 而 選 擇 或 設 計 其 手 工 具，不 可 以 一 般 用 途 之 手 工 具 替 代 。
(7) 為 左 手 慣 用 手 設 計 手 工 具
一 般 人 之 慣 用 手 均 為 右 手，因 此 很 多 手 工 具 都 是 設 計 符 合 右 手 慣 用 手 者，而 左 手 慣 用 手 工 作 者 必 無 法 有 效 使 用
該 工 具 。 在 我 國 人 口 中 有 10%的 左 手 慣 用 者 [27]， 因 此 有 需 要 為 他 們 設 計 符 合 其 左 手 使 用 之 手 工 具 。
(8) 握 把 直 徑 與 形 狀 要 適 當
在 需 強 力 施 力 的 手 工 具 握 徑 以 3 cm 到 4.5 cm 為 佳 ， 而 精 細 操 作 時 握 徑 以 0.5 cm 到 1.2 cm 為 佳 。 握 把 形 狀 應 儘 量 讓 手 掌 與 握 把 有 較 多 的 接 觸 面 積 、 減 少 稜 角 ， 因 此 以 圓 形 或 橢 圓 形 較 佳 。
(9) 握 把 長 度 不 應 小 於 10 cm
一 般 工 人 的 手 掌 寬 度 約 有 99%的 人 小 於 10 cm[24] ， 因 此 最 小 的 握 把 長 度 為 10 cm， 而 12.5 cm 會 比 較 舒 適 。
(10) 握 把 開 口 大 小 要 合 宜
手 工 具 握 把 之 開 口 (如 鉗 子 之 握 把 ) 建 議 最 大 開 口 距 離 應 在 5 cm 到 6.7 cm 之 間 。 同 時 要 考 慮 到 個 人 手 掌 大 小 的 差 異 。
(11) 動 力 工 具 應 使 用 較 大 的 扳 機
由 於 在 高 頻 率 重 複 使 用 食 指 來 操 作 動 力 工 具，容易導 致 扳 機 指 ， 因 此 扳 機 至 少 要 5.1 cm 長 ， 才 能 讓 2 至 3 個 手 指 參 與 施 力 。
2 -4 -2 相 關 之 手 工 具 設 計 案 例
在 相 關 手 工 具 設 計 案 例 中，勞 工 委 員 會 勞 工 安 全 衛 生 研 究
所 在 人 機 界 面 安 全 衛 生 設 計 規 範 研 究 — 非 動 力 手 工 具 與 輔 助 設 備 研 究 中 [4] ， 也 其 提 出 了 幾 個 相 關 之 手 工 具 設 計 案 例 ， 例 舉 三 個 個 案 如 下 ：
(1) 直 角 造 型 之 電 烙 鐵 ： 其 將 電 烙 鐵 改 良 成「 直 角 造 型 」，
以 減 少 手 臂 與 手 腕 外 展 姿 勢 的 產 生 。
(2) 彎 柄 式 剪 鉗 ： 用 以 減 少 手 腕 發 生 之 尺 偏 。 除 此 之 外 ， 也 針 對 了 手 掌 尺 寸 的 大 小 、 較 大 握 力 及 握 持 舒 適 性 等 因 素 做 進 一 步 的 設 計 。
(3) 彎 曲 握 把 型 鐵 鎚 ： 彎 曲 鐵 鎚 握 柄 20- 40 度 ， 減 少 手 與 手 腕 傷 害 。
勞 工 委 員 會 勞 工 安 全 衛 生 研 究 所 也 於 民 國 八 十 五 年 提 出 了 「 冷 凍 業 肉 品 處 理 用 刀 具 之 人 體 工 學 設 計 」 研 究 [5] ， 針 對 剝 骨 刀 及 整 形 刀 進 行 改 良 ， 以 改 善 工 作 者 肌 力 負 荷 、 手 腕 偏 角 的 問 題 。
從 上 述 的 例 子 我 們 可 以 知 道 ， 藉 由 手 工 具 的 改 良 ， 來 避 免 手 部 操 作 時 產 生 的 不 良 姿 勢 或 危 險 動 作，是 改 善 工 作 傷 害 一 個 有 效 的 方 法 。
第 三 章 研 究 方 法
本 研 究 主 要 利 用 手 工 具 設 計 原 則 及 手 部 操 作 工 具 之 動 作 ， 進 行 探 討 ， 提 出 進 行 鐵 絲 捆 綁 作 業 時 的 新 式 手 工 具 設 計 方 案 ， 並 以 實 驗 方 式 ， 量 測 手 工 具 操 作 時 的 肌 電 圖 、 不 良 姿 勢 及 受 測 者 的 主 觀 感 受 等 變 項 來 對 不 同 的 設 計 進 行 評 估 。
3-1 新 型 手 工 具 設 計
水 電 工 在 進 行 配 管 作 業 時 經 常 需 要 使 用 老 虎 鉗 來 扭 轉 鐵 絲 以 固 定 塑 膠 管 ， 但 此 時 手 腕 必 須 以 不 自 然 的 姿 勢 ( 包 括 尺 偏 、 屈 曲 、 伸 展 等 )用 力 握 緊 握 柄 並 連 續 的 屈 曲 、 內 轉 、 與 外 轉 ， 這 些 動 作 與 姿 勢 容 易 形 成 肌 肉 骨 骼 系 統 的 傷 害 。 手 工 具 的 設 計 改 善 ， 對 於 減 輕 手 腕 的 負 荷 、 及 進 一 步 的 避 免 肌 肉 骨 骼 傷 害 相 當 有 效 。 因 此 本 研 究 希 望 開 發 新 型 的 捆 綁 鐵 絲 手 工 具 ， 用 以 改 善 傳 統 上 使 用 鉗 子 所 產 生 之 不 自 然 姿 勢 及 肌 肉 骨 骼 系 統 的 傷 害 。
新 型 手 工 具 開 發 過 程 分 為 五 個 階 段 ： 概 念 發 展 、 功 能 設 計 、 圖 面 繪 製 、 手 工 具 製 作 、 設 計 評 估 。
3 -1 -1 概 念 發 展
因 為 理 想 的 手 工 具 應 該 具 有 重 量 輕 、 體 積 小 、 容 易 攜 帶 、 使 用 時 不 需 手 腕 過 度 屈 曲 、 延 伸 、 反 覆 動 作 、 及 太 大 握 力 等 特 性。初 期 的 設 計 概 念 是 希 望 能 設 計 出 一 個 不 需 用 到 手 部 力 握 與 扭 轉 的 機 構 來 取 代 傳 統 的 老 虎 鉗。依 此 概 念 提 出 一 初 步 的 旋 轉
機 構 設 計 (參 考 圖 3-1) ， 希 望 藉 此 降 低 手 掌 的 力 握 、 手 腕 的 尺 偏 、 屈 曲 、 橈 偏 、 伸 展 、 及 反 覆 的 內 轉 與 外 轉 發 生 。 。
3 -1 -2 功 能 設 計
將 初 步 構 想 出 的 旋 轉 機 構 ， 加 上 握 柄 用 以 支 撐 整 個 工 具 ， 並 進 一 步 的 設 計 鐵 絲 的 夾 緊 功 能 ， 以 減 少 力 握 的 產 生 (參 考 圖 3- 2) 。
圖 3-1 初 步 之 旋 轉 機 構 設 計
圖 3-2 初 步 設 計 之 修 正
3 -1 -3 圖 面 繪 製
完 成 手 工 具 的 設 計 功 能 需 求 時 ， 將 其 略 作 修 正 ， 繪 製 三種 設 計 圖 面 (如 圖 3-3~3-5)， 用 以 進 行 手 工 具 製 作 與 往 後 的 評 估 。
圖 3-3 甲 式 鐵 絲 捆 綁 工 具 設 計
握把底部橢圓形 中碳鋼
鋁
彈性鋼
側視圖
正視圖
俯視圖 俯視圖
側視圖
正視圖
圖 3-4 乙 式 鐵 絲 捆 綁 工 具 設 計
握把底部橢圓形 中碳鋼
鋁
彈性鋼
側視圖
正視圖 俯視圖
側視圖
正視圖 俯視圖
圖 3-5 丙 式 鐵 絲 捆 綁 工 具 設 計
握把底部橢圓形 中碳鋼
鋁
彈性鋼
側視圖
正視圖 俯視圖
俯視圖
側視圖
正視圖
三 式 手 工 具 在 設 計 上 主 要 以 夾 緊 、 旋 轉 、 及 握 持 三 個 機 構 組 合 而 成 ， 而 三 式 手 工 具 之 差 異 在 於 乙 、 丙 二 式 手 工 具 削 去 了 甲 式 夾 緊 機 構 中 鐵 絲 插 入 後 伸 長 的 喇 叭 狀 之 柱 形 空 間，而 乙 式 旋 轉 握 柄 較 甲 、 丙 二 式 長 30mm， 且 丙 式 的 夾 緊 機 構 扳 動 部 份 長 度 較 甲 、 乙 短 25mm。
3 -1 -4 手 工 具 製 作
按 照 所 設 計 出 的 三 種 圖 面，委 託 金 屬 加 工 廠 進 行 鐵 絲 捆 綁 工 具 的 製 作 。
3 -1 -5 設 計 評 估
將 製 作 完 成 的 三 式 手 工 具 (甲 、 乙 、 丙 ) 與 傳 統 的 老 虎 鉗 進 行 實 驗 ， 以 評 估 新 式 手 工 具 是 否 比 傳 統 老 虎 鉗 較 佳 。
3-2 實 驗 設 計
實 驗 內 容 包 括 ： EMG 量 測 、 不 良 姿 勢 觀 測 、 及 受 測 者 主 觀 問 卷 調 查 等 三 個 項 目 。 實 驗 變 數 包 括 ： 三 種 鐵 絲 (16、 18、
20 號 )，其 中 以 16 號 鐵 絲 最 粗 ( 直 徑 1.6 mm)、18 號 鐵 絲 次 之 (直 徑 1.2 mm ) 、 20 號 鐵 絲 最 細 (直 徑 0.9 mm)與 四 種 工 具 (甲 式 、 乙 式 、 丙 式 、 鉗 子 )共 計 十 二 種 組 合 ， 為 二 因 子 完 全 隨 機 化 設 計。鐵 絲 型 號 的 選 擇 以 水 電 工 較 常 使 用 且 操 作 老 虎 鉗 時 手 部 可 接 受 的 負 荷 的 型 號 為 主，並 於 實 驗 前 需 先 將 操 作 用 鐵 絲 剪 好 固 定 長 度 直 線 ， 以 方 便 實 驗 進 行 。
3 -2 -1 受 測 者
本 研 究 招 募 十 位 受 測 者 進 行 實 驗，實 驗 前 先 對 受 測 者 進 行 實 驗 過 程 說 明 ， 包 括 實 驗 目 的 、 實 驗 過 程 、 實 驗 方 法 、 及 所 需 時 間 等 。 十 位 受 測 者 均 為 學 生 ， 其 個 人 基 本 資 料 如 下 表 ：
表 3-1 受 測 者 基 本 資 料 (N=10)
M e a n S t d .
年 齡 ( 歲 ) 2 2 . 0 0 1 . 1 5
身 高 ( c m) 1 7 4 . 1 0 4 . 0 7
體 重 ( Kg) 7 1 . 0 0 9 . 6 5
下 臂 圍 ( c m) 2 6 . 5 3 2 . 3 7
上 臂 圍 ( c m) 2 8 . 2 0 3 . 0 8
握 力 ( K g f ) 4 5 . 9 5 6 . 6 7
最 大 尺 側 屈 腕 肌 E M G ( mv) 1 7 8 . 7 6 6 0 . 8 3
最 大 屈 指 淺 肌 E M G ( mv) 2 0 8 . 1 0 5 0 . 3 6
右 手
最 大 橈 側 伸 腕 肌 E M G ( mv) 1 4 7 . 7 7 5 5 . 6 7
下 臂 圍 ( c m) 2 5 . 4 5 2 . 3 7
上 臂 圍 ( c m) 2 7 . 5 0 3 . 1 4
握 力 ( K g f ) 3 8 . 7 5 4 . 9 8
左
手 最 大 屈 指 淺 肌 E M G ( mv) 1 6 2 . 0 9 3 8 . 8 9
3 -2 -2 實 驗 自 變 項
手 工 具 因 子 ： (1) 甲 式 手 工 具 (2) 乙 式 手 工 具 (3) 丙 式 手 工 具 (4) 老 虎 鉗
鐵 絲 因 子 ：
(1) 16 號 鐵 絲 (2) 18 號 鐵 絲 (3) 20 號 鐵 絲
圖 3-6 各 式 手 工 具 與 鐵 絲
3 -2 -3 實 驗 應 變 項
(1) 肌 肉 之 肌 電 值
利 用 肌 電 儀 器 收 集 操 作 手 工 具 時 肌 肉 所 引 發 電 位 信 號 的 改 變 ， 以 衡 量 肌 肉 參 與 的 程 度 ， 而 實 驗 觀 察 的 對 象 為 控 制 手 指 與 腕 部 動 作 的 肌 肉 ， 這 些 肌 肉 大 部 份 位 於 前 臂 ， 包 括 屈 指 淺 肌 、 尺 側 屈 腕 肌 、 及 橈 側 伸 腕 肌 。
乙 甲 丙
鉗 子
16 18 20
測 量 的 部 位 包 括 ：
右 手 ： 屈 指 淺 肌 、 尺 側 屈 腕 肌 、 橈 側 伸 腕 肌 左 手 ： 屈 指 淺 肌
(2) 手 腕 之 不 自 然 姿 勢 次 數
除 了 實 驗 中 採 用 前 臂 肌 肉 肌 電 圖 外，也 記 錄 了 手 腕 不 良 姿 勢 次 數 ， 以 瞭 解 工 作 者 腕 部 發 生 的 不 良 姿 勢 的 狀 況 。 其 觀 察 的 姿 勢 包 括 ：
尺 偏 -橈 偏 (radial/ulnar deviation) 屈 曲 -伸 展 (extension/flexion)
(3) 主 觀 評 量 值
由 於 局 部 過 度 施 力 與 工 作 姿 勢 不 良 皆 是 造 成 累 積 性 工 作 傷 害 的 主 要 因 素，也 是 我 們 希 望 能 夠 藉 由 手 工 具 重 新 設 計 予 以 改 善 的 要 素 之 一，但 受 試 者 主 觀 的 感 受 也 是 手 工 具 操 作 的 一 項 考 慮 因 素 。 因 此 每 一 次 實 驗 完 成 後 ， 也 要 求 受 測 者 填 寫 主 觀 評 量 問 卷 (附 錄 )。
問 卷 內 容 包 括 操 作 時 手 部 負 荷、操 作 時 手 腕 扭 轉 的 程 度 、 是 否 容 易 操 作 、 是 否 方 便 攜 帶、 使 用 後 手 會 酸 痛 的 程 度 、 及 對 此 工 具 的 整 體 滿 意 度 等 。 評 量 尺 度 分 為 五 個 等 級 ， 以 數 值 一 至 五 表 示 ， 數 值 愈 大 代 表 愈 舒 適 負 荷 愈 小 、 施 力 較 小；相 反 的 ， 數 值 愈 低 則 表 示 愈 不 舒 適 、 負 荷 較 大 、
施 力 較 大 ， 中 間 值 3 則 表 示 對 該 手 工 具 沒 有 特 殊 的 感 覺 。 在 開 放 式 的 問 題 方 面，則 提 出 對 此 工 具 設 計 的 看 法 及 優 缺 點 。
3 -2 -4 實 驗 設 備
(1) 馬 丁 式 人 體 測 計 器
包 括 身 長 計 、 展 開 式 測 計 器 、 滑 動 式 兩 腳 規 和 捲 尺 等 ， 再 加 上 磅 秤 ， 用 以 量 測 各 項 人 體 計 測 項 目 。
圖 3-7 馬 丁 式 人 體 測 計 器 (2) 偏 角 量 測 器
在 本 實 驗 中 主 要 是 量 測 手 腕 是 否 有 發 生 橈 偏 、 尺 偏 、 屈 曲 或 伸 展 的 情 形 。
圖 3-8 偏 角 量 測 器
(3) 數 字 式 握 力 計
TAKEI - 5101 型 ， 量 測 範 圍 5.0~100 kg， 可 調 式 握 把 間 距 ， 用 以 量 測 最 大 握 力 數 值 。
圖 3-9 數 字 式 握 力 計 (4) EMG 量 測 儀 — Bio Gr a p h
用 以 測 量 受 測 者 之 肌 電 訊 號；利 用 表 面 的 電 極 片 測 量 皮 膚 下 方 肌 肉 的 活 動 電 位 ， 訊 號 經 過 前 置 擴 大 、 濾 波 、 整 流 、 再 轉 成 數 位 訊 號 。
本 實 驗 運 用 表 面 電 極 偵 測 電 位 訊 號，在 欲 量 測 的 肌 肉 貼 上 表 面 電 極 片；黏 貼 表 面 電 極 片 時 先 用 酒 精 將 黏 貼 部 位 皮 膚 擦 拭 清 潔 。 量 測 的 肌 群 分 別 為 ：
右 手 ： 屈 指 淺 肌 、 尺 側 屈 腕 肌 、 橈 側 伸 腕 肌 左 手 ： 屈 指 淺 肌
圖 3-10 Bio Graph 之 儀 器 設 備
3 -2 -5 實 驗 場 地 佈 置
利 用 一 鐵 架 (長 60 cm、 高 115 cm)固 定 塑 膠 水 管 (直 徑 6 cm、 長 90 cm) ， 鐵 架 的 高 度 略 高 於 肘 高 ， 大 致 位 於 操 作 者 之 胸 前 ， 為 方 便 鐵 絲 捆 綁 動 作 ， 並 以 模 擬 水 管 捆 綁 於 鋼 筋 上 時 之 作 業 環 境，於 距 此 30 cm 處 之 桌 面 上 放 置 每 一 次 實 驗 所 需 之 工 具 及 鐵 絲 (兩 者 相 距 10 cm) ， 以 利 實 驗 進 行 。 實 驗 開 始 時 ， 由 受 試 者 於 桌 面 上 拿 取 工 具 及 鐵 絲 後 轉 身 將 水 管 與 鐵 架 綑 緊，則 鐵 絲 捆 綁 動 作 即 告 完 成 。
圖 3-11 實 驗 場 地 佈 置 圖
3 -2 -6 實 驗 程 序
在 實 驗 開 始 時 量 測 受 測 者 基 本 計 測 資 料 後，收 集 受 測 者 四 個 肌 群 的 最 大 自 主 收 縮 力 量 水 準 (maximum voluntary c o n t r action,簡 稱 MVC)。 而 後 於 個 別 實 驗 中 收 集 使 用 老 虎 鉗 及 三 種 新 式 手 工 具 在 不 同 鐵 絲 下 的 四 個 肌 群 肌 電 位 訊 號 。
本 實 驗 收 集 10 位 男 性 受 測 者 於 作 業 中 使 用 四 種 不 同 的 手 工 具 在 三 種 型 號 下 鐵 絲 進 行 捆 綁 時 的 EMG 訊 號 ， 實 驗 的 操 作 可 參 考 圖 3-13~圖 3-16， 其 實 驗 程 序 如 下 ：
8 0 c m
1 8 0 c m
7 4 c m
3 0 c m
6 0 c m
5 0 c m
1 1 5 c m
9 0 c m
6 c m
工 具
鐵 絲
1 0 c m
(1) 預 先 將 實 驗 所 需 之 儀 器 設 備 裝 置 妥 當 。
(2) 受 測 者 進 行 實 驗 前 皆 需 參 與 鐵 絲 捆 綁 作 業 說 明 ， 說 明 過 後 受 測 者 利 用 20-30 分 鐘 的 時 間 ， 熟 悉 新 式 工 具 及 鉗 子 的 使 用 。
(3) 量 測 受 測 者 相 關 人 體 計 測 值 ， 包 括 ： 身 高 、 體 重 、 手 臂 圍 、 及 握 力 等 。
(4) 實 驗 開 始 前 將 EMG 之 電 極 片 分 別 貼 於 右 手 的 屈 指 淺 肌 、 尺 側 屈 腕 肌 、 橈 側 伸 腕 肌 及 左 手 的 屈 指 淺 肌 的 皮 膚 表 面 。
(5) 在 進 行 鐵 絲 捆 綁 動 作 前 ， 請 受 試 者 力 握 握 力 計 ， 以 量 測 各 肌 群 的 最 大 握 力 及 最 大 施 力 下 EMG 值 。
(6) 實 驗 開 始 時 ， 由 受 測 者 在 研 究 人 員 提 示 工 具 種 類 與 鐵 絲 型 號 後 ， 隨 即 由 桌 面 取 得 工 具 與 鐵 絲 並 開 始 鐵 絲 捆 綁 的 動 作 (作 業 程 序 如 表 3-2 所 示 )，直 到 受 測 者 認 為 已 達 捆 綁 鬆 緊 程 度 5 時 (參 考 表 3-3) ， 才 鬆 開 工 具 。 (7) 鐵 絲 捆 綁 進 行 中 ， 屈 指 淺 肌 、 尺 側 屈 腕 肌 、 橈 側 伸 腕
肌 及 左 手 的 屈 指 淺 肌 的 肌 電 水 準 即 由 電 極 接 收 ， 並 經 由 增 幅 與 數 位 化 之 後 傳 輸 至 電 腦 內 。
(8) 安 排 兩 位 已 教 導 不 自 然 姿 勢 判 定 方 法 之 觀 察 者 ， 於 鐵 絲 捆 綁 進 行 中 同 時 觀 測 受 測 者 是 否 產 生 不 自 然 的 姿 勢 及 次 數 ， 並 記 錄 之 。
(9) 受 測 者 每 次 捆 綁 完 之 後 ， 均 需 填 寫 一 份 對 於 手 工 具 使 用 之 主 觀 感 受 問 卷 。
表 3-2 老 虎 鉗 鐵 絲 捆 綁 作 業 程 序
步驟 動 作 說 明 1 右 手 拿 取 老 虎 鉗 、 左 手 拿 取 鐵 絲
2 以 左 手 將 鐵 絲 繞 過 鐵 架 及 水 管
3 以 右 手 手 指 扳 開 老 虎 鉗 ， 並 夾 緊 鐵 絲
4 雙 手 握 住 鉗 子 ， 並 旋 轉 老 虎 鉗 ， 開 始 捆 綁 鐵 絲 5 鐵 絲 綑 緊 後 ， 以 右 手 手 指 鬆 開 老 虎 鉗 ， 放 開 鐵 絲 6 將 手 工 具 放 回 至 桌 面
表 3-3 新 式 手 工 具 鐵 絲 捆 綁 作 業 程 序
步驟 動 作 說 明 1 左 手 拿 取 工 具 、 右 手 拿 取 鐵 絲
2 左 手 握 住 工 具 ， 以 右 手 將 鐵 絲 繞 過 鐵 架 及 水 管 ， 並 穿 入 夾 緊 機 構 中
3 左 手 握 住 工 具 ， 以 拇 指 搬 動 夾 緊 機 構 ， 將 鐵 絲 固 定 4 左 手 握 住 工 具 ， 以 右 手 轉 動 旋 轉 機 構 ， 開 始 捆 綁 鐵 絲 5 鐵 絲 綑 緊 後 ， 以 右 手 鬆 開 夾 緊 機 構 ， 抽 離 鐵 絲
6 將 手 工 具 放 回 至 桌 面
表 3-4 鐵 絲 捆 綁 鬆 緊 程 度 分 數 主 觀 感 覺
7 無 法 再 轉 動 6 非 常 緊 5 很 緊 4 有 點 緊 3 鬆 2 很 鬆 1 非 常 鬆
圖 3-12 實 驗 步 驟 實 驗 準 備
實 驗 解 說
人 體 尺 寸 量 測
貼 附 電 極 片
調 整 作 業 環 境
量 測 最 大 握 力 及 最 大 施 力 下 EMG 值
填 寫 主 觀 評 量 問 卷 作 業 開 始
實 驗 完 成
收 集 EMG 訊 號 觀 測 不 良 姿 勢 次 數
圖 3-13 夾 緊 機 構 操 作 圖
圖 3-14 甲 式 手 工 具 操 作 圖
圖 3-15 乙 式 手 工 具 操 作 圖
圖 3-16 鉗 子 操 作 圖
3-3 分 析 方 法
計 算 各 項 實 驗 數 據 的 平 均 數 及 標 準 差 ， 運 用 統 計 軟 體 S P S S 進 行 二 因 子 變 異 數 分 析 ， 探 討 不 同 型 式 的 手 工 具 和 不 同 鐵 絲 ， 對 於 作 業 姿 勢 、 相 關 肌 群 肌 電 位 訊 號 、 以 及 受 測 者 主 觀 評 量 是 否 有 顯 著 的 差 異 存 在 (α =0.05)， 同 時 配 合 LSD 多 重 比 較 法 進 一 步 探 討 何 者 較 佳 。
統 計 分 析 資 料 包 括 ：
(1) EMG 值
將 所 觀 測 之 EMG 值 轉 換 成 MVC(%) 值
MVC(%) = (EMG – Rest)/( EMGmax – Rest) MVC： 最 大 自 主 收 縮
EMG： 操 作 時 之 肌 電 測 量 值 Rest： 休 息 時 之 肌 電 測 量 值
EMGm ax： 最 大 施 力 下 之 肌 電 測 量 值
將 所 得 之 MVC 值 計 算 平 均 值 及 標 準 差，並 利 用 Excel 製 作 相 關 圖 表 分 析 。 而 後 進 一 步 的 以 變 異 數 分 析 方 法 ， 判 斷 各 式 手 工 具 或 鐵 絲 間 是 否 有 顯 著 的 差 異 存 在 。
當 自 變 項 經 由 變 異 數 分 析 後 得 到 顯 著 結 果 者，再針對 顯 著 效 果 作 LSD 多 重 比 較 檢 定 ， 以 探 討 各 效 果 之 組 間 的 差 異 。
(2) 不 自 然 姿 勢
利 用 成 對 檢 定 的 方 式，檢 定 二 觀 察 者 所 觀 測 出 的 資 料 是 否 有 所 偏 差 ， 若 無 顯 著 差 異 ， 則 繼 續 進 行 手 工 具 或 鐵 絲 間 是 否 有 顯 著 的 差 異 存 在 的 檢 定 。
(3) 主 觀 評 量
將 問 卷 資 料 利 用 K-W 檢 定 ， 分 析 人 員 主 觀 上 對 各 式 手 工 具 或 鐵 絲 間 是 否 有 顯 著 的 差 異 存 在，而 後 再 進 一 步 以 多 重 比 較 的 方 式，分 析 出 受 測 者 對 各 式 手 工 具 之 主 觀 滿 意 程 度 。
第 四 章 結 果 與 討 論
由 實 驗 及 問 卷 調 查 所 獲 得 的 數 據，利 用 統 計 分 析 加 以 比 較 以 探 討 ： 各 式 鐵 絲 對 肌 群 是 否 有 影 響 ； 各 式 手 工 具 對 肌 群 所 產 生 的 EMG 值 又 有 何 差 異 ； 及 新 式 手 工 具 是 否 降 低 了 不 良 姿 勢 的 產 生 。 最 後 分 析 受 測 者 主 觀 意 見 ， 以 比 較 是 否 與 實 驗 所 獲 得 的 結 果 有 相 同 的 看 法，以 說 明 新 式 手 工 具 是 否 達 到 了 本 研 究 的 主 要 目 的 。
4-1 鐵 絲 與 肌 群 之 相 關 分 析
在 鐵 絲 方 面 分 別 以 各 式 手 工 具 對 16、18 及 20 號 三 種 鐵 絲 進 行 實 驗 ， 其 實 驗 結 果 如 表 4-1 及 圖 4-1 所 示 ：
表 4-1 不 同 鐵 絲 下 各 肌 群 之 EMG 平 均 值 (單 位 ： MVC%)
1 6 號 鐵 絲 1 8 號 鐵 絲 2 0 號 鐵 絲
屈 指 淺 肌 3 9 . 9 6 2 5 . 7 5 2 1 . 3 5
尺 側 屈 腕 肌 3 3 . 6 3 1 4 . 3 8 1 3 . 9 3
右 手
橈 側 伸 腕 肌 3 6 . 8 2 3 8 . 0 7 1 9 . 7 7
左 手 屈 指 淺 肌 2 8 . 0 9 1 9 . 3 4 1 1 . 0 4
將 實 驗 結 果 進 行 變 異 數 分 析 (如 表 4-2 所 示 )， 我 們 可 以 得 知 ， 除 了 右 手 橈 側 伸 腕 肌 的 EMG 值 未 達 到 顯 著 水 準 以 外 ， 其 它 各 變 數 在 不 同 鐵 絲 下 均 達 顯 著 水 準 ， 這 顯 示 了 右 手 屈 指 淺 肌 、 尺 側 屈 腕 肌 及 左 手 屈 指 淺 肌 的 EMG 值 在 不 同 鐵 絲 下 有 顯 著 的 差 異 存 在 ， 亦 即 使 用 不 同 的 鐵 絲 ， 將 影 響 這 三 個 肌 群 的 肌 電 水 準 。
圖 4-1 不 同 鐵 絲 下 各 肌 群 之 EMG 平 均 值
表 4-2 各 肌 群 之 EMG 值 對 鐵 絲 之 變 異 數 析 表 (單 位 ： MVC%)
S S D f M S F S i g .
屈 指 淺 肌 V.S.鐵 絲
B e t w e e n W i t h i n G r o u p s Total
7 5 6 4 . 9 3 1 0 8 4 8 5 . 2 0 1 1 6 0 5 0 . 1 3
2 1 1 7 1 1 9
3 7 8 2 . 4 6 9 2 7 . 2 2
4 . 0 7 9 0 . 0 1 9 *
尺 側 屈 腕 肌 V.S.鐵 絲
B e t w e e n W i t h i n G r o u p s Total
1 9 2 1 . 4 9 2 2 9 1 4 . 5 3 2 4 8 3 6 . 0 3
2 1 1 7 1 1 9
9 6 0 . 7 5 1 9 5 . 8 5
4 . 9 0 6 0 . 0 0 9 * 右 手
橈 側 伸 腕 肌 V.S.鐵 絲
B e t w e e n W i t h i n G r o ups Total
8 3 3 7 . 6 0 3 2 3 1 1 7 5 . 2 7 2 3 9 5 1 2 . 8 8
2 1 1 6 1 1 8
4 1 6 8 . 8 0 1 9 9 2 . 8 9
2 . 0 9 2 0 . 1 2 8
左 手 屈 指 淺 肌
V.S.鐵 絲
B e t w e e n W i t h i n G r o u p s Total
5 8 1 9 . 7 4 2 8 4 3 9 . 4 5 3 4 2 5 9 . 1 9
2 1 1 7 1 1 9
2 9 0 9 . 8 7 2 4 3 . 0 7
1 1 . 9 7 1 0 . 0 0 0 *
將 具 有 顯 著 差 異 的 右 手 屈 指 淺 肌、尺 側 屈 腕 肌 及 左 手 屈 指 淺 肌 進 行 LSD 多 重 比 較 (如 表 4-3 所 示 )， 我 們 可 以 得 知 16、
18 及 20 號 鐵 絲 分 別 為 不 同 的 群 組，且 以 16 號 鐵 絲 的 EMG 值 為 最 高 ， 18 號 鐵 絲 次 之 ， 而 20 號 鐵 絲 最 低 。
由 上 述 的 分 析 結 果 我 們 可 以 得 知 ， 鐵 絲 捆 綁 作 業 中 ， 鐵 絲 的 粗 細 與 手 部 的 施 力 程 度 是 有 顯 著 相 關 。
0 10 20 30 40 50
屈指淺肌 尺側屈腕肌 橈側伸腕肌 屈指淺肌
右手 左手
MVC(%)
16號鐵絲 18號鐵絲 20號鐵絲
表 4-3 具 有 顯 著 差 異 肌 群 其 EMG 值 在 不 同 鐵 絲 間 之 LSD 檢 定
右 手 左 手
屈 指 淺 肌 尺 側 屈 腕 肌 屈 指 淺 肌
M e a n G r o u p M e a n G r o u p M e a n G r o u p
總 和
1 6 號 鐵 絲 3 9 . 9 6 A 2 2 . 6 3 A 2 8 . 0 9 A A
1 8 號 鐵 絲 2 5 . 7 5 B 1 4 . 3 8 B 1 9 . 3 4 B B
2 0 號 鐵 絲 2 1 . 3 5 C 1 3 . 9 3 C 1 1 . 0 4 C C
4-2 手 工 具 與 肌 群 之 相 關 分 析
在 手 工 具 方 面，本 實 驗 分 別 以 傳 統 手 工 具 老 虎 鉗 及 本 研 究 設 計 之 三 式 新 式 手 工 具 甲 、 乙 、 丙 進 行 實 驗 ， 其 實 驗 結 果 之 各 肌 群 的 EMG 值 如 表 4-4 所 示 ：
表 4-4 不 同 手 工 具 下 各 肌 群 之 EMG 平 均 值 (單 位 ： MVC%)
甲 式 工 具 乙 式 工 具 丙 式 工 具 鉗 子
屈 指 淺 肌 1 6 . 0 6 2 5 . 6 8 3 0 . 9 7 4 3 . 3 6
尺 側 屈 腕 肌 1 6 . 5 3 1 2 . 3 0 1 2 . 7 8 2 6 . 3 2
右 手
橈 側 伸 腕 肌 1 6 . 5 0 3 7 . 3 5 3 6 . 9 9 3 5 . 3 1
左 手 屈 指 淺 肌 2 4 . 4 3 1 7 . 3 2 1 9 . 4 4 1 6 . 7 7
圖 4-2 不 同 手 工 具 下 各 肌 群 之 EMG 平 均 值 0
10 20 30 40 50
屈指淺肌 尺側屈腕肌 橈側伸腕肌 屈指淺肌
右手 左手
MVC(%)
甲式工具 乙式工具 丙式工具 鉗子
