人体力学（human mechanics），是运用【力学原理】研究维持和掌握身体的平衡，以及人体从一种姿势变成另一种姿势时身体如何有效协调的一门科学。它基于人体生理解剖学、理论物理学的知识,研究人体运动器官的结构、功能与运动规律,从而指导人体防护与保健。在体育、舞蹈、搬运和负重、医疗、航空和航天等领域都有广泛应用。

人体具有功能完善的神经-肌肉-骨骼系统，通过如下4项生理活动构成人体力学的生理基础,保证人体随意活动与力学作业的顺利进行。

【肌肉-骨骼系统的杠杆作用】

第一类杠杆(支点位于作用点与阻力点之间)用于保持平衡。可用小的作用力克服大的阻力,它的机械效率可以大于或小于1。枕环关节、骨盆大腿关节、膝脚关节属于此类。如颈后肌牵拉为作用力,头重为阻力,枕环关节为支点,作用力及阻力在支点两侧,并与支点支持力方向相反,可借此种杠杆来调整人体姿态,以维持头部姿态平衡。

第二类杠杆(阻力点位于作用点与支点之间)是省力杠杆,机械效率大于1。人脚尖站立时构成此类杠杆。踝关节跟腱为作用力,其重力(阻力)落在踝关节上,以拇趾底为支点来调整并保持走、跑、跳等动作的平衡。

第三类是费力杠杆(动力点位于阻力点与支点之间),动力臂短于阻力臂。膝关节、肩关节、肘关节属于此类。如,手持重物时肘关节弯曲,肱二头肌作为作用力,手部为重力,关节滑车为支点。当肱二头肌收缩时,使肘关节弯曲以保持上肢的稳定姿态。

【关节活动方向与角度】

人体各活动部位(主要以关节为核心)的方向与角度,取决于关节的表面形态。它可决定关节移位的自由度。由于骨骼处于固定状态,关节的自由度不多于3个(少于机器人)。不同的关节具有不同的自由度(表1)。具有一个以上自由度的关节,可以使关节完成其最大可能的活动方向。如有3个自由度的骨盆和下颌关节,可以完成上下、左右、前后方向的动作。肩关节可完成人体坐标系上的3个方向活动:在矢状面上的弯曲与伸展;在前额面上的内收与外展; 沿着垂直轴旋转。人体各活动部位具有各自不同的活动方向与范围。

肌肉力与能量

肌肉活动(收缩、舒张、保持紧张度三种形态,机器人不具备)时,消耗能量。活动量(强度)越大,参与活动的肌肉块就越多,消耗能量也越多。例如,与安静相比,人体维持站立姿势参与的肌群多,能量代谢率有时高于安静状态的22%。能量代谢率的升高伴随一系列生理功能(呼吸循环与产热等)的增加。当超负荷或人体活动严重受阻(如,压力服处于加压状态)时,肌肉力与能量消耗过度增加,还会产生物质代谢障碍,促使疲劳(机器人不具备)。因此,省力节能是重要的人体力学预防对策。

姿态(或体位)的调节控制

在正常状态下,大脑调节控制肌肉骨骼系统的工作状态(有关肌肉群参与活动),完成各种随意动作;与此同时,在大脑-小脑-平衡器官联合调整控制之下,通过各有关肌肉群的工作稳定体位或姿态。如人体在坐、立、步行或跑步时,通过复杂的神经-肌肉-骨骼系统与平衡器官的协同工作,保持人体不偏离重心(动物的重心不同于人体),实现人体应有的体位或姿态。在力学作业时,只有采取有效的人体力学作业方式或防护措施,才可以通过上述同样机理取得满意效果。显然,机器人不具备、生物不完全具备这种复杂的、灵敏的调节控制系统。