園藝活動是現代人生活普遍的休閒項目，而從事園藝活動中最常使用的手工具為園藝鏟。然而，園藝工作常需要施予力氣與翻轉手腕，若使用設計不良的園藝鏟會造成使用者長時間、重複性以不正確姿勢導致累積性傷害(Cumulative Trauma Disorder,簡稱CTDs)。再者，市面上用於評估手工具的儀器普遍昂貴且周邊設備眾多，使用環境僅限於實驗室內，無法更貼切的符合實際結果。因此，本研究提出一款符合人因園藝鏟之設計原則並利用以陀螺儀感測器自製量測設備評估園藝鏟。本研究透過文獻探討、園藝工作場所訪視及市售產品調查，提出專為門外漢設計的人因園藝鏟設計原則(簡稱GSL原則)，並且與市售兩款(傳統木柄鏟與市售人因鏟)較常被使用的園藝鏟，以本研究自行開發之陀螺儀量測設備(簡稱手腕量角器 , WG)進行比較。本研究共招募 8 位受測者進行手腕彎曲角度、作業績效及主觀評量共三項校標進行園藝鏟之比較。實驗結果顯示三款園藝鏟於補土、翻土及括平三項作業任務中，綜合表現則以GSL準則鏟手腕彎曲角度最小。作業績效無論是補土、翻土兩項作業之土壤重量及括平之作業時間也都以GSL準則鏟最佳。主觀評量以GSL準則鏟分數最高，為多數受測者喜愛之款式。本研究根據所提出的GSL準則將園藝鏟握把改良，以減少手腕彎曲角度並提高作業效率，並於衡量校標上有別於其他兩款園藝鏟。最後根據實驗結果並增加後續研究建議，提出修正以提供設計人因園藝鏟之參考。

Gardening is common leisure activity in our life. However, using poorly designed gardening shovel can cause cumulative trauma disorders (CTDs). The purposes of this study was to evaluate the guidelines of design principles of gardening shovels for Layman (GSL). 8 subjects wore wrist goniometer (WG) which be used by gyroscope of self-made to measuring wrist angle and used three garden shovels (shovel of wooden handle ,ergonomic shovel and GSL shovel) for three tasks (fill,turn and flatten). The results showed that : (1) In three tasks (fill,turn and flatten), the wrist bending angle was minimal with using the GSL shovel. (2) In filling and turning , GSL shovel had the best performance and significant influence. (3) In three tasks (fill,turn and flatten), the score was the highest with GSL shovel in subjective evaluation. Therefore , the guidelines of design principles of gardening shovels for Layman can be applyed to design gardening shovel and prevent cumulative trauma disorders (CTDs).

中文摘要 ………………………………………………………….. i
英文摘要 ………………………………………………………….. iii
誌謝…………………………………………………….…….. iv
目錄 …………………………………………………………..v
表目錄 ………………………………………………………….. viii
圖目錄 ………………………………………………………….. ix
第一章 緒論…………………………………………………....... 1
1.1 研究背景與動機………………………………………... 1
1.2 研究目的………………………………………………... 2
1.3 研究範圍及限制……………………………………….. 2
1.4 研究架構………………………………………………... 3
第二章 文獻探討………………………………………………... 5
2.1 人類手部構造與機能…………………………………... 5
2.2 人類手部握持手工具姿勢…………………………...… 8
2.3 手工具造成之傷害與原因…...……………………….... 10
2.3.1 不良的工作姿勢…………….…………………….…… 11
2.3.2 手部組織壓迫…………………………………………... 11
2.4 人因手工具之原則設計….…………………………….. 12
2.5 現有人因量測儀器……………………………………... 16
2.5.1 肌電訊號………………………………………………... 16
2.5.2 電子量角器……………………………………………... 17
2.5.3 小結……………………………………………………... 18
2.6 現有微機電技術與選用設備…………………………... 19
2.6.1 Arduino微處理器………………………………………. 19
2.6.2 三軸感測元件…………………………………………... 20
2.7 陀螺儀感測器…………………………………………... 22
2.7.1 陀螺儀感測器原理介紹………………………………... 22
2.7.2 陀螺儀感測器於生物力學之應用……………………... 22
2.6 園藝活動………………………………………………... 23
2.6.1 園藝活動與人的關係…………………………………... 23
第三章 研究研究與設計方針…………………………………... 24
3.1 實地調查…...………………………………………….... 24
3.1.1 研究目的與方法………………...…………………….... 24
3.1.2 實地調查過程…………………………………………... 25
3.1.3 研究對象………………………………………………... 25
3.1.4 調查結果………………………………………………... 26
3.1.5 小結……………………………………………………... 29
3.2 市售園藝鏟調查………………………………………... 30
3.2.1 研究目的與範圍………………………………………... 30
3.2.2 調查項目………………………………………………... 31
3.2.3 調查結果………………………………………………... 32
3.2.4 討論……………………………………………………... 32
3.3 園藝鏟設計方針……………………………………….. 34
3.4 小結…………………………………………………….. 36
第四章 GSL設計原則提案…………………………………… 37
4.1 GSL園藝鏟設計……………………………………… 37
4.1.1 設計提案……………………………………………….. 37
4.1.2 討論…………………………………………………….. 38
4.1.3 具體化設計…………………………………………….. 39
4.2 現有市售園藝鏟選用………………………………….. 40
4.3 GSL原則評估GSL鏟與市售園藝鏟………………… 41
4.4 小結…………………………………………………….. 42
第五章 研究方法……………………………………………….. 43
5.1 實驗用園藝鏟………………………………………….. 43
5.2 受測者………………………………………………….. 43
5.3 實驗設備與材料……………………………………….. 44
5.4 實驗環境……………………………………………….. 45
5.5 實驗任務……………………………………………….. 46
5.6 實驗程序……………………………………………….. 47
5.7 校標量測……………………………………………….. 50
第六章 實驗結果……………………………………………….. 53
6.1 手腕彎曲角度…………………………………………... 53
6.1.1 補土作業手腕彎曲角度………………………………... 53
6.1.2 翻土作業手腕彎曲角度………………………………... 54
6.1.3 刮平作業手腕彎曲角度………………………………... 56
6.2 作業績效之探討………………………………………... 58
6.2.1 補土與翻土之作業績效……………………………….. 58
6.2.2 刮平之作業績效………………………………………... 59
6.3 受測者主觀評量……………………………………….. 60
6.3.1 翻轉作業上的容易度…………………………………... 60
6.3.2 鏟入土堆的安全度……………………………………... 62
6.3.3 握持園藝鏟手部舒適度………………………………... 63
6.3.4 使用園藝鏟手指負荷減輕程度………………………... 65
6.3.5 使用園藝鏟手腕負荷減輕程度………………………... 66
第七章 結論……………………………………………………... 68
7.1 手腕彎曲角度與GSL原則滿足程度的關係…………... 68
7.1.1 內旋與掌曲……………………………………………... 68
7.1.2 外旋……………………………………………………... 70
7.1.3 背曲……………………………………………………... 71
7.1.4 尺偏……………………………………………………... 72
7.1.5 橈偏……………………………………………………... 72
7.1.6 小結……………………………………………………... 73
7.2 作業績效與GSL原則滿足程度的關係………….……. 74
7.3 主觀評量與GSL原則滿足程度的關係…………..……. 75
7.3.1 翻轉作業上容易度……………………………………... 75
7.3.2 鏟入土堆的安全度……………………………………... 75
7.3.3 園藝鏟握持時手部舒適度……………………………... 76
7.3.4 使用園藝鏟手指負荷減輕程度……………………….. 76
7.3.5 使用園藝鏟手腕負荷減輕程度………………………... 77
7.3.6 小結……………………………………………………... 77
7.4 GSL設計原則修正……………………………………... 78
第八章 結論與建議…………………………………………….. 80
8.1 結論…………………………………………………….. 80
8.2 建議…………………………………………………….. 80
參考文獻 …………………………………………………………... 82
附錄一 …………………………………………………………... 86
附錄二 …………………………………………………………... 89
附錄三 …………………………………………………………... 90
附錄四 …………………………………………………………... 91
附錄五 …………………………………………………………... 92
附錄六 …………………………………………………………... 93
附錄七 …………………………………………………………... 99
論文英文大綱 …………………………………………………………... 100

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