第五章人體運動與操縱裝置設(shè)計

1、范曉偉案例案例課課 程程 目目 的的 人機工程學(xué)的理論和方法為設(shè)計中考慮人機工程學(xué)的理論和方法為設(shè)計中考慮“人的因素人的因素”提供人體尺度數(shù)據(jù)；為設(shè)計中提供人體尺度數(shù)據(jù)；為設(shè)計中“機的功能機的功能”合理性提供科合理性提供科學(xué)依據(jù)；為設(shè)計中考慮學(xué)依據(jù)；為設(shè)計中考慮“環(huán)境因素環(huán)境因素”提供設(shè)計準則；為提供設(shè)計準則；為“人人- -機機- -環(huán)境環(huán)境”系統(tǒng)設(shè)計提供整體思路；為系統(tǒng)設(shè)計提供整體思路；為“以人為核心以人為核心”的設(shè)計思想提供可行方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計思想提供可行方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生把人機環(huán)境系統(tǒng)作為一個統(tǒng)一的整體來研究，以創(chuàng)造把人機環(huán)境系統(tǒng)作為一個統(tǒng)一的整體來研

2、究，以創(chuàng)造適合于人操作的機械設(shè)備和作業(yè)環(huán)境，使人機環(huán)境系適合于人操作的機械設(shè)備和作業(yè)環(huán)境，使人機環(huán)境系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，從而獲得系統(tǒng)的最高綜合效率，培養(yǎng)統(tǒng)相協(xié)調(diào)，從而獲得系統(tǒng)的最高綜合效率，培養(yǎng)“以人為以人為本本”的設(shè)計價值觀的設(shè)計價值觀。案例案例案例案例5.1 人體運動與操作動作 人機系統(tǒng)中, 操縱裝置(又稱控制裝置、調(diào)節(jié)裝置)是指通過人的動作(直接或間接)來使機器起動、停車或改變運行狀態(tài)的各種元件、器件、部件、機構(gòu)以及它們的組合等環(huán)節(jié)。其基本功能是把操作者的響應(yīng)輸出轉(zhuǎn)換成機器設(shè)備的輸入信息, 進而控制機器設(shè)備的運行狀態(tài)。 操縱裝置的設(shè)計, 應(yīng)使操作者能在其一個作業(yè)班次內(nèi),安全、準確、迅速、舒適、方

3、便地持續(xù)操縱而不產(chǎn)生早期疲勞。為此, 設(shè)計者必須充分考慮人體的體形、尺度、生理特點、運動特征和心理特性、以及人的體力和能力的限度, 才能使所設(shè)計的操縱裝置達到高度的宜人化。5 51 11 1 人體運動人體運動人體的運動系統(tǒng)包括骨、骨連結(jié)和肌肉。人體的運動系統(tǒng)包括骨、骨連結(jié)和肌肉。1 1骨的功能骨的功能骨骼構(gòu)成人體的支架，有支持和支撐的功能。骨骼構(gòu)成人體的支架，有支持和支撐的功能。骨是人體活動的杠桿，肌肉牽引骨產(chǎn)生運動骨是人體活動的杠桿，肌肉牽引骨產(chǎn)生運動 。骨有保護功能。骨有保護功能。骨有造血功能。骨有造血功能。 5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作人體骨骼簡圖人體骨骼簡圖5.1 人體

4、運動與操作動作人體運動與操作動作骨杠桿的作用骨杠桿的作用5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作2 2 關(guān)節(jié)運動關(guān)節(jié)運動 角度運動角度運動 旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動 環(huán)轉(zhuǎn)運動環(huán)轉(zhuǎn)運動垂直軸垂直軸Vertical arrow矢狀面矢狀面 saggital plane額狀面額狀面 Coronal plane水平面水平面horizon plane額狀軸額狀軸Coronal arrow矢狀軸矢狀軸Sagittal arrow5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作（1）角度運動：相鄰骨產(chǎn)生角度增大或減少的運動 關(guān)節(jié)沿額狀軸：角度減小為屈，角度增加為伸； 關(guān)節(jié)沿矢狀軸：向正中面移動為內(nèi)收，遠離正中面 移

5、動為外展；5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作（2 2）旋轉(zhuǎn)運動：骨繞垂直）旋轉(zhuǎn)運動：骨繞垂直軸的運動稱為旋轉(zhuǎn)運動軸的運動稱為旋轉(zhuǎn)運動由前向內(nèi)：旋內(nèi)；由前向內(nèi)：旋內(nèi)；由前向外：旋外。由前向外：旋外。（3 3）環(huán)轉(zhuǎn)運動：整根骨頭繞通過上端點并）環(huán)轉(zhuǎn)運動：整根骨頭繞通過上端點并與骨成與骨成 一定角度的旋轉(zhuǎn)運動一定角度的旋轉(zhuǎn)運動5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作3 3 肌肉的運動特征肌肉的運動特征 肌肉和骨、骨連接組成運動器官，在神經(jīng)肌肉和骨、骨連接組成運動器官，在神經(jīng)系統(tǒng)的指揮下，以及在循環(huán)系統(tǒng)等的配合系統(tǒng)的指揮下，以及在循環(huán)系統(tǒng)等的配合下共同完成運動作用下共同完成運動作用 肌肉

6、的狀態(tài)：收縮和放松肌肉的狀態(tài)：收縮和放松5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作5 51 12 2 操作中人的動作類型操作中人的動作類型1動作定位術(shù)語 正中線、 上、下：頭部、足底 前、后：腹部、背部 近端和遠端：靠近/遠離軀干 橈側(cè)和尺側(cè)：前臂的外側(cè)/內(nèi)側(cè) 腓側(cè)和脛側(cè)：小腿的外側(cè)/內(nèi)側(cè) 淺和深：靠近/遠離皮膚或器官表面5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作2 2動作分類動作分類1 1、定位動作、定位動作2. 重復(fù)動作重復(fù)動作 3. 連續(xù)動作連續(xù)動作 4. 逐次動作逐次動作5. 5. 靜態(tài)調(diào)整動作靜態(tài)調(diào)整動作5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作2 2動作分類動作分類 1. 1

7、. 定位動作定位動作朝著所要求固定目標動作。朝著所要求固定目標動作。 分為視覺定位動作和盲目定位動作，如指計分為視覺定位動作和盲目定位動作，如指計算機屏幕上一個字和敲擊鍵盤上相應(yīng)的鍵。算機屏幕上一個字和敲擊鍵盤上相應(yīng)的鍵。 5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作視覺定位動作：視覺定位動作： 視覺定位動作時間與距離的關(guān)系視覺定位動作時間與距離的關(guān)系 不同部位每動作一次所需要的平均時間不同部位每動作一次所需要的平均時間盲目視覺定位動作：盲目視覺定位動作： 盲目定位動作離目標位置的差距盲目定位動作離目標位置的差距5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作盲目定位運動的準確性，它要求人們在沒有

8、視覺幫助的條件下，根據(jù)對運動軌跡的記憶。2. 2. 重復(fù)動作：重復(fù)動作： 連續(xù)不斷從事相同的動作，如釘釘子；連續(xù)不斷從事相同的動作，如釘釘子；3. 3. 連續(xù)動作：連續(xù)動作： 包括一系列定位動作連續(xù)進行控制，如打字；包括一系列定位動作連續(xù)進行控制，如打字； 4. 4. 逐次動作：逐次動作： 各種動作按照一定順序，有次序的進行，如用各種動作按照一定順序，有次序的進行，如用帶鋸切一塊木板；帶鋸切一塊木板；5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作5. 靜態(tài)調(diào)整動作： 將物體提持在空間的任意一點的動作，如手工焊接。5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作5 51 13 3 操作動作的分析方法操

9、作動作的分析方法1 1作業(yè)動作分析方法作業(yè)動作分析方法 （1 1）操作圖分析法）操作圖分析法 （2 2）小動作圖分析方法）小動作圖分析方法 （3 3）工人活動程序圖分析法）工人活動程序圖分析法 （4 4）工作圖分析方法）工作圖分析方法5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作2 2擬定更好的分析方法擬定更好的分析方法（1 1）調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)問題）調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)問題 目的，為什么，不做會如何，能否改革，令手藝目的，為什么，不做會如何，能否改革，令手藝差和經(jīng)驗少的人也能勝任，在哪里做，其他地方差和經(jīng)驗少的人也能勝任，在哪里做，其他地方是否會更經(jīng)濟，什么時間做等。是否會更經(jīng)濟，什么時間做等。（2 2）

10、深入生產(chǎn)現(xiàn)場擬定更好的操作方法）深入生產(chǎn)現(xiàn)場擬定更好的操作方法 取消不必要的重復(fù)操作；改變不合理的工藝順序；取消不必要的重復(fù)操作；改變不合理的工藝順序；簡化必要的工序簡化必要的工序5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作5 51 14 4 動作經(jīng)濟性原則動作經(jīng)濟性原則目標：減少操作疲勞，提高工作效率，縮短操作時間。原則：1）關(guān)于人體動作的使用與動作的安排、工作的順序、操縱裝置和設(shè)備設(shè)計有關(guān)。采取的措施如：使工作有節(jié)奏、改善動作的過渡、縮短操作距離；雙手同時操作，使身體平衡。5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作關(guān)于人體動作的使用關(guān)于人體動作的使用 兩手同時操作，動作對稱，同時動作；兩

11、手同時操作，動作對稱，同時動作； 動作簡單實用；動作簡單實用； 合理利用慣性力；合理利用慣性力； 連續(xù)曲線和彈道曲線運動動作為佳；連續(xù)曲線和彈道曲線運動動作為佳； 動作盡可能輕松、自然而有節(jié)奏。動作盡可能輕松、自然而有節(jié)奏。 5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作2 2）工作場所的布置）工作場所的布置3 3）工具及設(shè)備的設(shè)計）工具及設(shè)備的設(shè)計5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作工作場所的布置工作場所的布置 工具、材料應(yīng)置于固定場所和工作者身邊；工具、材料應(yīng)置于固定場所和工作者身邊； 工具、材料按照最佳工作順序排列；工具、材料按照最佳工作順序排列； 材料供給應(yīng)盡量利用重量運輸；材料

12、供給應(yīng)盡量利用重量運輸； 視覺舒暢；視覺舒暢； 工作空間和工作臺尺寸合適，工作者有良好姿勢。工作空間和工作臺尺寸合適，工作者有良好姿勢。5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作工作場所的布置（工程設(shè)備操作室）5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作工作場所的布置（包裝生產(chǎn)線）5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作工具及設(shè)備的設(shè)計工具及設(shè)備的設(shè)計 除手工作外，也采用夾具和腳踏工具，推薦組合除手工作外，也采用夾具和腳踏工具，推薦組合工具；工具； 工具、材料和操作裝置應(yīng)處在使操作者少改變操工具、材料和操作裝置應(yīng)處在使操作者少改變操作姿勢的地方，盡量采用機械力；作姿勢的地方，盡量采用機械

13、力； 手指的負荷應(yīng)當按照生理機能分配；手指的負荷應(yīng)當按照生理機能分配； 盡量使操縱器和手接觸面積增大，利于握牢，但盡量使操縱器和手接觸面積增大，利于握牢，但是必須避免對組織的過大壓力和不舒適的姿勢。是必須避免對組織的過大壓力和不舒適的姿勢。5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作工具及設(shè)備的設(shè)計工具及設(shè)備的設(shè)計5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作工具及設(shè)備的設(shè)計工具及設(shè)備的設(shè)計5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作對手掌來說，最自然的形態(tài)就是半握拳狀態(tài)5.1 人體運動與操作動作人體運動與操作動作 手腕的仰俯主要依靠腕骨來完成。當手腕呈“仰起”狀態(tài)時，仰角在15度-30度之間是

14、最舒適的狀態(tài)，超出這個范圍，會導(dǎo)致前臂肌肉處于拉伸狀態(tài)，而且也會導(dǎo)致血流的不暢。1、人體的運動系統(tǒng)由 、 和 三部分構(gòu)成。2、舉例盲目定位的例子。3、觀察p157圖5-24、動作的經(jīng)濟原則是指什么？5.2 操縱裝置的人機學(xué)問題操縱裝置的人機學(xué)問題請盡可能多地列請盡可能多地列舉出你所知道的舉出你所知道的操縱裝置，畫或操縱裝置，畫或?qū)懺诩埳?！寫在紙上！手動操縱器和腳動操縱器手動操縱器和腳動操縱器5 52 21 1 操縱控制器的類型和選擇操縱控制器的類型和選擇1 1 操縱控制器的類型操縱控制器的類型 按人體操作的部位不同：按人體操作的部位不同： 手動控制器和腳動控制器手動控制器和腳動控制器5.2 操

15、縱裝置的人機學(xué)問題操縱裝置的人機學(xué)問題手輪酚醛樹脂制成，手柄可轉(zhuǎn)動， 雙幅條手輪 手輪材料用ABS鑄成，手柄可轉(zhuǎn)動 變壓器式指示燈按鈕 直接式指示燈按鈕 凸頭變壓器指示燈式按鈕 蘑菇頭變壓器指示燈式按鈕 2 2位和位和3 3位長柄選擇開關(guān)位長柄選擇開關(guān) 2 2位和位和3 3位短柄選擇開關(guān)位短柄選擇開關(guān) SB360SB360系列計數(shù)旋鈕系列計數(shù)旋鈕 十字把十字把舵輪舵輪S30JLK-4801PS30JLK-4801P一體化操縱桿一體化操縱桿 倫敦消息：英國醫(yī)生警告稱，長時間使用震動式游戲手柄玩電腦游戲，將會嚴重損害手部肌肉的健康。據(jù)英國醫(yī)學(xué)雜志報道，某位歲的男孩每天玩游戲的時間超過了個小時，震動

16、式游戲手柄導(dǎo)致他的手部肌肉酸痛，表面紅腫。在年，醫(yī)生們發(fā)現(xiàn)某些工人在長時間接觸震動物體后，會得“手臂震動綜合癥”；該疾病已經(jīng)被列為“職業(yè)病”之一。醫(yī)生們建議，游戲迷最好不要長時間使用震動式手柄。 高壓高壓 低壓低壓 隔離刀閘隔離刀閘曲架(刀閘)開關(guān) 杠桿式減壓閥腳動控制器腳動控制器腳踏鈕腳踏板膝控制器按功能不同：按功能不同： 開關(guān)控制器：如按鈕、踏板、手柄、搖柄開關(guān)控制器：如按鈕、踏板、手柄、搖柄 轉(zhuǎn)換控制器：如手柄、選擇開關(guān)、選擇旋鈕轉(zhuǎn)換控制器：如手柄、選擇開關(guān)、選擇旋鈕 調(diào)整控制器：如手柄、旋鈕、操縱盤調(diào)整控制器：如手柄、旋鈕、操縱盤 緊急停車控制器：紅色蘑菇形按鈕緊急停車控制器：紅色蘑菇

17、形按鈕5.2 操縱裝置的人機學(xué)問題2 2 操縱控制器的選擇操縱控制器的選擇5.2 操縱裝置的人機學(xué)問題操縱裝置的人機學(xué)問題按功能選擇按功能選擇啟動啟動不連續(xù)調(diào)解不連續(xù)調(diào)解 定量調(diào)解定量調(diào)解 連續(xù)控制連續(xù)控制 輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)控制裝控制裝置名稱置名稱按按 鈕鈕鈕子開關(guān)鈕子開關(guān)旋鈕選擇開關(guān)旋鈕選擇開關(guān)踏踏 鈕鈕手手 輪輪操操 縱縱 桿桿旋旋 鈕鈕曲曲 柄柄鍵鍵 盤盤踏踏 板板控制器的選擇控制器的選擇1 1、人的操縱能力、人的操縱能力 2 2、操作裝置本身、操作裝置本身使用情況的比較使用情況的比較按工作要求選擇按工作要求選擇工作精度工作性質(zhì)操縱力大小523 控制器設(shè)計的一般要求 任何控制器都要適合人

18、體特征的要求，如操縱力、操縱速度、安裝位置、排列布置等。 機器和人體姿態(tài)位置、操縱力、速度等匹配控制器設(shè)計的一般要求 控制器要與設(shè)備系統(tǒng)的工作狀態(tài)結(jié)合起來控制器要與設(shè)備系統(tǒng)的工作狀態(tài)結(jié)合起來 控制器要易于辨認控制器要易于辨認 盡量使用自然的控制動作或借助操作者身體部位盡量使用自然的控制動作或借助操作者身體部位的重力進行控制，保證力反饋的感覺的重力進行控制，保證力反饋的感覺 在許可條件下，盡量設(shè)計多功能控制器。在許可條件下，盡量設(shè)計多功能控制器。 控制器的造型設(shè)計，要求尺寸大小適當、形狀美控制器的造型設(shè)計，要求尺寸大小適當、形狀美觀大方、式樣新穎、結(jié)構(gòu)簡單，并做到操作簡便、觀大方、式樣新穎、結(jié)構(gòu)

19、簡單，并做到操作簡便、省力，給人舒服的感覺。省力，給人舒服的感覺。 由于人的錯誤判斷、錯誤操作所引起的事故率： 汽車 90% 噴氣式飛機 50-60% 化學(xué)工業(yè) 30% 國外統(tǒng)計：58-78%的事故是由于對人機系統(tǒng)中人的因素估計不足造成的。5.2 操縱裝置的人機學(xué)問題可能產(chǎn)生的操作錯誤可能產(chǎn)生的操作錯誤錯誤類型錯誤類型 置換錯誤：不同功能的控制器放置換錯誤：不同功能的控制器放在一起，相互關(guān)系卻不易辨別。在一起，相互關(guān)系卻不易辨別。某車輛的雨刷和前燈開關(guān)混淆。某車輛的雨刷和前燈開關(guān)混淆。 調(diào)節(jié)錯誤：調(diào)節(jié)控制開關(guān)時，調(diào)調(diào)節(jié)錯誤：調(diào)節(jié)控制開關(guān)時，調(diào)錯開關(guān)位置。例如車床進給量調(diào)錯開關(guān)位置。例如車床進給

20、量調(diào)節(jié)容易出錯。節(jié)容易出錯。5.2 操縱裝置的人機學(xué)問題操縱裝置的人機學(xué)問題逆轉(zhuǎn)錯誤：操作方向與實際需要操作的方向相反。逆轉(zhuǎn)錯誤：操作方向與實際需要操作的方向相反。如某沖壓機手柄上抬，壓頭下壓。如某沖壓機手柄上抬，壓頭下壓。無意的操作錯誤：忘記復(fù)位或固定，操作不小心等。無意的操作錯誤：忘記復(fù)位或固定，操作不小心等。如某沖壓機按鈕阻力太小如某沖壓機按鈕阻力太小 。5.2 操縱裝置的人機學(xué)問題操縱裝置的人機學(xué)問題5 52 24 4 設(shè)計時要注意的幾項人機因素設(shè)計時要注意的幾項人機因素 1 1控制控制- -顯示比顯示比: :控制器的操作量和顯示量的比控制器的操作量和顯示量的比 B=C/DB=C/D

21、B B 控制控制- -顯示比；顯示比；C C 控制器的移動量或轉(zhuǎn)動量；控制器的移動量或轉(zhuǎn)動量；D D顯示器的顯示量顯示器的顯示量4525高C/D比，低靈敏度，適合精調(diào)低C/D比，高靈敏度，適合粗調(diào)粗調(diào)和精調(diào)粗調(diào)和精調(diào)5.2 操縱裝置的人機學(xué)問題操縱裝置的人機學(xué)問題B B很小時，稱為高靈敏度控制很小時，稱為高靈敏度控制顯示系統(tǒng)，控制顯示系統(tǒng)，控制器只要稍微動一下就會出現(xiàn)較大的顯示量。器只要稍微動一下就會出現(xiàn)較大的顯示量。B B很大時，稱為低靈敏度控制很大時，稱為低靈敏度控制顯示系統(tǒng)，調(diào)整顯示系統(tǒng)，調(diào)整其小顯示偏差就需大幅度調(diào)節(jié)控制量；其小顯示偏差就需大幅度調(diào)節(jié)控制量；操縱操縱-顯示運動相合性設(shè)計

22、顯示運動相合性設(shè)計顯示顯示操縱操縱運動方向相互適應(yīng)符合人的習(xí)慣操縱與顯示的相合性原則操縱與顯示的相合性原則 機器、設(shè)備的顯示裝置與操縱裝置在很多情況下有聯(lián)用關(guān)系，這種顯示與操縱之間的聯(lián)用關(guān)系稱為“操縱-顯示”的相合性。 相合性人機原理：1、運動相合性 根據(jù)人的生理與心理特征，人對操縱器與顯示器的運動方向有一定的習(xí)慣定式 。2、空間相合性 操縱器和顯示器配合使用時，操縱器應(yīng)該與其相聯(lián)系的顯示器緊密布置在一起，操縱器一般布置在顯示器的下方或右方。 相合性原則：（1）操縱器右移或右旋時，水平式代表的是指針向右移，垂直式代表的是指針應(yīng)朝上移動；（2）操縱器朝上或朝前移動時，顯示器指針必須朝上或向右移動

23、；（3）操縱器右移或順時針轉(zhuǎn)動時，表示被控量增加，顯示器應(yīng)顯示出增加；（4）如果采用指針固定式顯示器，則操縱器右移時，表盤應(yīng)左移，而顯示刻度應(yīng)從左至右表示數(shù)值增加，以保證操縱器右移時度數(shù)增加的相應(yīng)關(guān)系；（5）操作器朝上、朝前和向右移動時，顯示器應(yīng)顯示度讀數(shù)增加，或者開關(guān)進入“開”的位置，反之亦然。2 2控制器編碼控制器編碼 減少操作錯誤的一個方法是把控制器進行編碼，減少操作錯誤的一個方法是把控制器進行編碼，使每個控制器都有自己的特征或代號，使操作者使每個控制器都有自己的特征或代號，使操作者確認而不易混淆。確認而不易混淆。 編碼類型：形狀編碼、大小編碼、位置編碼、顏編碼類型：形狀編碼、大小編碼、

24、位置編碼、顏色編碼、標號編碼色編碼、標號編碼形狀編碼形狀編碼 控制器的形狀與它的功能有邏輯上的聯(lián)系，以便于形象記憶； 控制器的形狀應(yīng)能在不用視覺或有必要戴手套的情況下，憑觸覺也可分辨清楚。形狀編碼形狀編碼(a)和和 (b) 類旋紐適合作類旋紐適合作360度度以上旋轉(zhuǎn)操作以上旋轉(zhuǎn)操作連續(xù)轉(zhuǎn)動；連續(xù)轉(zhuǎn)動；(c) 類旋紐適合類旋紐適合360度以內(nèi)旋轉(zhuǎn)操度以內(nèi)旋轉(zhuǎn)操作作斷續(xù)轉(zhuǎn)動；斷續(xù)轉(zhuǎn)動；(d)類適合作定位指示調(diào)節(jié)類適合作定位指示調(diào)節(jié)受受位置限制。位置限制。大小編碼（尺寸編碼）大小編碼（尺寸編碼） 利用操作器尺寸大小不同，使操作利用操作器尺寸大小不同，使操作者能分辨出其功能直接的區(qū)別。者能分辨出其功能

25、直接的區(qū)別。 分為大、中、小三種尺寸的旋鈕分為大、中、小三種尺寸的旋鈕。 操縱器采用大小編碼時，一般說來，操縱器采用大小編碼時，一般說來，大操作器的尺寸要比小操縱器的大大操作器的尺寸要比小操縱器的大20%20%以上，才有準確操縱的把握。以上，才有準確操縱的把握。5.2 操縱裝置的人機學(xué)問題操縱裝置的人機學(xué)問題位置編碼位置編碼：利用按照位置的不同來區(qū)分操作器。 常用于腳踏板編碼。垂直布置的操作準確性優(yōu)于水平布置，間距以12cm左右為好。如汽車上離合器踏板、制動器踏板、加速踏板。顏色編碼顏色編碼：利用色彩來區(qū)分操作器。 需要照明條件，種類不宜太多。一般只有紅、橙、黃、藍、綠及黑白幾種色彩。標號編碼

26、標號編碼：利用操縱器上標注的文字符號來區(qū)分操作器。如各種電子產(chǎn)品的鍵盤5.2 操縱裝置的人機學(xué)問題操縱裝置的人機學(xué)問題5.2 操縱裝置的人機學(xué)問題操縱裝置的人機學(xué)問題符號編碼機床面板機床面板3 3控制器動作方向與系統(tǒng)反應(yīng)的關(guān)系控制器動作方向與系統(tǒng)反應(yīng)的關(guān)系 應(yīng)當使控制器的操作方向同系統(tǒng)過程的變化方向一致。應(yīng)當使控制器的操作方向同系統(tǒng)過程的變化方向一致。 使控制器操作和功能之間有邏輯上的聯(lián)系，有利于操使控制器操作和功能之間有邏輯上的聯(lián)系，有利于操作人員的記憶和辨認，提高操作效率。作人員的記憶和辨認，提高操作效率。 目的達到使用方便、一學(xué)就會、一用就靈目的達到使用方便、一學(xué)就會、一用就靈 。5.2

27、 操縱裝置的人機學(xué)問題操縱裝置的人機學(xué)問題 控制器和顯示器的布置一般方法有： 按重要程度布置 按使用頻率布置 按使用順序布置 按功能分組布置即把最重要的控制器布置在最佳操作區(qū)域內(nèi)，依次類推；把最重要的顯示器布置在最佳的視域內(nèi)，依次類推。控制器和顯示器的布置方法： 控制器和顯示器的布置一般方法有： 按重要程度布置 按使用頻率布置 按使用順序布置 按功能分組布置即把經(jīng)常使用的控制器布置在最佳操作區(qū)域內(nèi)，把需要經(jīng)常認讀的顯示器配置在最佳視區(qū)內(nèi)。 控制器和顯示器的布置一般方法有： 按重要程度布置 按使用頻率布置 按使用順序布置 按功能分組布置即把控制器的操作順序按人習(xí)慣動作(如水平方向習(xí)慣從左到右等)

28、的順序進行配置。例如五位數(shù)值輸入旋鈕，為了與數(shù)值對應(yīng)，就需要由右向左使五個旋鈕分別代表個位、十位、百位、千位和萬位。同時也把顯示器的認讀順序按人的視感覺習(xí)慣順序進行配置(如水平方向習(xí)慣從左到右，圓周方向習(xí)慣于按順時針方向等)。 控制器和顯示器的布置一般方法有： 按重要程度布置 按使用頻率布置 按使用順序布置 按功能分組布置顯示器和控制器可以按照功能進行布置，相關(guān)的顯示器和控制器布置在相互對應(yīng)的位置形成功能組。 1、控制器和顯示器配合得是否合理，將直接影響信息傳遞的速度和質(zhì)量?？刂破髋c顯示器的配置遵循原則： 空間一致性 運動一致性 概念一致性 通用定型性是指顯示器與控制器在空間相互位置關(guān)系的一致

29、性。最好控制器就放置在顯示器對應(yīng)位置的下方或右方?？刂破骱惋@示器配合 1、控制器和顯示器配合得是否合理，將直接影響信息傳遞的速度和質(zhì)量?？刂破髋c顯示器的配置遵循原則： 空間一致性 運動一致性 概念一致性 通用定型性其一是儀表指針（當表盤為固定時）或者表盤（當指針固定時）運動的方向與控制器操縱運動方向的一致；其二是運動方向所表示的增或減與觀念上對增或減理解的一致。這兩方面在實際設(shè)計中常常是互相關(guān)聯(lián)的。 1、控制器和顯示器配合得是否合理，將直接影響信息傳遞的速度和質(zhì)量。控制器與顯示器的配置遵循原則： 空間一致性 運動一致性 概念一致性 通用定型性指其編碼的意義要與其作用一致，例如用表示危險的紅色來

30、標明制動和停止，用表示安全的綠色來標明運動和通過等。 1、控制器和顯示器配合得是否合理，將直接影響信息傳遞的速度和質(zhì)量?？刂破髋c顯示器的配置遵循原則： 空間一致性 運動一致性 概念一致性 通用定型性通用定型就是人長期形成的共同習(xí)慣，也稱習(xí)慣定型。如收音機順時針旋轉(zhuǎn)表示音量增大；電閘向上推表示“接通”、向下表示“斷開”；汽車的離合器踏板在“左”，制動器踏板在“右”等。 機器設(shè)備上使用的旋鈕，一般都是順時針轉(zhuǎn)動表示數(shù)值增大，逆時針轉(zhuǎn)動表示數(shù)值減小，倘若顛倒過來進行設(shè)計，就很容易產(chǎn)生誤操作，甚至引發(fā)事故?？刂破鞯牟僮鞣较蚨家甘酒髦甘痉较蛞恢驴刂破鞯牟僮鞣较蚨家甘酒髦甘痉较蛞恢?.2 操縱裝置

31、的人機學(xué)問題操縱裝置的人機學(xué)問題控制器數(shù)量較多時，按功能進行組合，分區(qū)分類布置?？刂破鲾?shù)量較多時，按功能進行組合，分區(qū)分類布置。5.2 操縱裝置的人機學(xué)問題操縱裝置的人機學(xué)問題控制器布置方案分析控制器布置方案分析差錯率差錯率0%差錯率差錯率11%差錯率差錯率10%差錯率差錯率6%左圖四種爐灶方案比較；右圖有什么變化；估計一下它們的差別。左圖四種爐灶方案比較；右圖有什么變化；估計一下它們的差別。5.2 操縱裝置的人機學(xué)問題操縱裝置的人機學(xué)問題531 手的運動特征1手的基本動作 握住動作；運物動作；定位動作；裝配動作；應(yīng)用（工具或設(shè)備）動作；分離動作（拆卸）；預(yù)定動作；放松動作；伸手動作（移空）；

32、恒持動作。5.3 手的運動特征和手動控制器的設(shè)計握住動作握住動作 5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的尺寸和活動范圍手的尺寸和活動范圍5.3 手的運動特征和手動控制器的設(shè)計2手的運動速度和習(xí)慣1）手在垂直面比水平面的快，準確度也較高2）從上往下比從下往上快；3）在水平方向前后比左右運動速度快4）右手比左手快；右手向右比向左運動快。5）手朝身體方向的運動比離開身體方向的運動快，但后者精度高。6）手從下往上和離開身體的運動速度最慢7）單手在外側(cè)60度左右的直線方向和雙手在外側(cè)30度左右進行的直線運動速度最快，效果最好。5.3 5.3 手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計

33、8）一般手的運動速度和準確度成正比；最大速度同動作負荷成反比，到達最大速度所需要的時間同動作的負荷成正比。9）開始或停止一項動作所需的時間通常不受距離長短的影響。10）順時針操作動作比逆時針方向快。11）兩手動作的頻率隨動作性質(zhì)的不同而不同12）從準確度和速度來看，單手操作比雙手操作好。5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計動作頻率和動作性質(zhì)的關(guān)系動作頻率和動作性質(zhì)的關(guān)系動 作 種 類最 大 頻 率右 手左手旋轉(zhuǎn)（r/s）4.84.0推壓（次/s)6.75.3打擊（次/s）5146.55.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計3 3手的操縱力

34、手的操縱力 手的操縱力與手的操縱力與人體姿勢人體姿勢、著力部位著力部位、用力方向用力方向和和用力用力方式方式有關(guān)。有關(guān)。（1 1）坐姿操作的操縱力坐姿操作的操縱力 左手力量小于右手；左手力量小于右手； 手臂處于側(cè)面下方時，推、拉力量都較弱，但向上手臂處于側(cè)面下方時，推、拉力量都較弱，但向上 向下的力量卻較大；向下的力量卻較大； 拉力略大于推力；向下力量略大于向上的力量；向拉力略大于推力；向下力量略大于向上的力量；向 內(nèi)力量則大于向外的力量。內(nèi)力量則大于向外的力量。5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計

35、坐姿手臂在不同角度和方向上的操縱力（坐姿手臂在不同角度和方向上的操縱力（N)手臂的角度拉 力推 力左手右手左手右手向后向前1802302401902301501902501401901201601901201609015017010016060110120100160向上向下1804060608015070808090120801101001209080901001206070908090向內(nèi)側(cè)向外側(cè)180609040601507090407012090100507090708050706080906080（2）立姿操作的操縱力 手臂的最大拉力產(chǎn)生在肩的下方180和肩的上方0的方向上。同樣，推

36、力最大的方向是產(chǎn)生在肩的上方0方向上。 所以，以推拉形式操縱的控制裝置，安裝在這兩個部位時將得到最大的操縱力。 5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計（3）握力 一般人右手握力380N，左手握力350N。 但是，一般青年男子右手瞬時最大握力有560N，左手有430N。握力與手的姿勢和持續(xù)時間有關(guān)，當持續(xù)一段時間后，握力顯著下降，如保持lmin后，右手平均握力約280N，左手約250N。5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計（4）拉力和推力 在站姿手臂水平向前自然伸直的情況下，男子平均瞬時拉力為703N，女子平均瞬時拉力為386N。當手作前

37、后運動時，瞬時最大拉力可達1100N，連續(xù)操作的拉力最大約300N。 當手作左右方向運動，最大的推力約400N。（5）扭力 直立：男子389+130N；女子204+80N 屈身：男子555+249N；女子272+141N 彎腰：男子962+342N；女子425+200N（6）肘彎曲的操縱力手用力的一般規(guī)律手用力的一般規(guī)律 朝向身體的拉力比離開身體的推力大；左右方向推拉時，推力較拉力大 坐著拉力較站著拉力大 瞬時力比持續(xù)用力大 手的拉力大于手的握力和提力5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計5 53 32 2 手動控制器的設(shè)計手動控制器的設(shè)計 常有的手動控制器： 旋鈕

38、、按鍵、扳動開關(guān)、杠桿操縱器、轉(zhuǎn)輪、 曲柄、手柄5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計 旋鈕是用手指捏住擰轉(zhuǎn)來實現(xiàn)控制的，可以旋轉(zhuǎn)一圈(360)，一圈以上或不滿一圈，可以連續(xù)多次旋轉(zhuǎn)，也可以定位旋轉(zhuǎn)。 分為圓形旋鈕、多邊形旋鈕、指針形旋鈕和手動轉(zhuǎn)盤等。5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計1、旋鈕同心成層旋鈕注意避免無意碰觸同心成層旋鈕注意避免無意碰觸5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計操縱力與旋鈕設(shè)計尺寸關(guān)系操縱力與旋鈕設(shè)計尺寸關(guān)系直徑和高度直徑和高度5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控

39、制器的設(shè)計2、按鍵(1) 按鍵類型 形狀：圓柱形鍵、方形鍵、弧形鍵 用途：代碼鍵、功能鍵、間隔鍵 開關(guān)接觸情況：接觸式、非接觸式(2) 按鍵尺寸 注意手指尺寸和指端弧形設(shè)計 圓形鍵尺寸8-18mm, 方形鍵10-20mm, 突出鍵盤面高度為5-12mm,升降行程3-6mm,鍵與鍵空隙不少于0.6mm。5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計(3)按鍵的顏色 表示“停止”“斷電”功能的用紅色鍵； 表示“啟動”“通電”功能的用綠色鍵或白、灰、黑鍵。 連續(xù)按壓改變功能的鍵用黑、灰色鍵，忌用紅色和綠色。 按下為

40、開、抬起為?；蜻f進的用黑色，忌用紅色。 單一功能的復(fù)位用藍色、黑色、白色或灰色鍵，同時具有“停止”“斷電”功能的應(yīng)用紅色鍵。5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計按鍵設(shè)計中的人機工學(xué)問題按鍵設(shè)計中的人機工學(xué)問題 按鈕的顏色。 按鈕在完成兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換，應(yīng)附加當前狀態(tài)指示燈。 按鈕表面形狀、觸感、凸起高度、間隔等都需要加以考慮。 按鈕的安置應(yīng)考慮操作時的手型。5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計按鍵設(shè)計中的人機工學(xué)問題按鍵設(shè)計中的人機工學(xué)問題5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計計算機鍵盤上的人機工學(xué)問題計算機鍵

41、盤上的人機工學(xué)問題1. 字符和按鍵的排布 常用的是“QWERTY”鍵盤； 左右手負擔比例為57：43，對大多數(shù)人不利。 “A” “S” “I” “O”等間沒有分配給中、食指。 頂行字母過多5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計2. 2. 操作的尺側(cè)偏和手腕損害操作的尺側(cè)偏和手腕損害5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計3 3 扳動開關(guān)扳動開關(guān) 一般用于快速接通、斷開和快速就位的場合。特點：操作簡單、動作迅速。

42、鈕子開關(guān)，滑動開關(guān)，棒形開關(guān)，船形開關(guān)，推拉式開關(guān)。5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計船形開關(guān)：翻轉(zhuǎn)速度最快船形開關(guān)：翻轉(zhuǎn)速度最快 5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計4 杠桿操縱器 一般機械操作的杠桿操縱器有前后左右進退的功能。 操縱角度3060度為佳，不宜超過90度。 汽車上變速桿是典型杠桿操縱器。5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計5 5 轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪 轉(zhuǎn)輪的功能相當于旋鈕和曲柄，但是轉(zhuǎn)動力量較大。適用單手和雙手操作，可以做連續(xù)性回轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)輪直徑15-52cm，握把直徑 20-30mm。單手操作的操縱力

43、為20-130N,雙手操縱力不超過250N。5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計6 曲柄 具有快速回轉(zhuǎn)和連續(xù)調(diào)節(jié)的特點。 把柄直徑一般為25-75mm. 適用于操縱力較大的場合。5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計7 手柄 一般單手緊握進行操作。 可以單獨使用也可以與其他控制器配合使用。 機床用于進刀手柄。5.3手的運動特征和手動控制器的設(shè)計手的運動特征和手動控制器的設(shè)計5 54 4 腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計 汽車的離合器踏板，剎車踏板以及加工機床的腳踏控制器等。 腳踏板，腳踏鈕 腳的運動 腳操作時

44、，其運動主要是膝關(guān)節(jié)的運動和腳掌的運動。圍繞膝關(guān)節(jié)的額狀軸，小腿可以做屈伸運動。5 54 4 腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計5 54 41 1腳的運動特征腳的運動特征 2 腳的出力 腳的出力同人的姿勢、腳的位置和方向有關(guān)。坐姿有靠背支撐時產(chǎn)生最大的力。立姿時腳的用力比坐姿腳的用力大。一般坐姿時右腿的最大力平均可達2620N,左腿最大力可達2410N。 據(jù)測定膝部伸展角度在130150度和160180度時，腳的出力最大。5 54 4 腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計5 54 4 腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計

45、 2 2 腳的出力腳的出力 腳的伸出力大于屈曲力；腳的伸出力大于屈曲力； 右腳力大于左腳力；右腳力大于左腳力； 男的腳力大于女的腳力。男的腳力大于女的腳力。5 54 4 腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計5 54 42 2腳動控制器的選用和設(shè)計腳動控制器的選用和設(shè)計1、何時選用腳動控制器 只有當腳動控制器優(yōu)于手動控制器時才采用 需要連續(xù)進行操作，而用手不太方便的場合； 無論連續(xù)操作或間斷操作，操縱力較大的情況； 手控制的工作量過大，不能完成控制任務(wù)時。5 54 4 腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計2 采用何種腳動控制器 腳踏板、腳踏鈕和腳動

46、開關(guān) 操縱力大于50-150N,或操縱力小于50N但需要連續(xù)操作，選用腳踏板。 操縱力較小且不需要連續(xù)操作，選用腳踏鈕和腳踏開關(guān)。5 54 4 腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計腳踏板、腳踏鈕和腳動開關(guān)腳踏板、腳踏鈕和腳動開關(guān)5 54 4 腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計3何種姿態(tài) 站姿和坐姿比，盡量采用坐姿操作，這樣不但身體容易保持平衡，而且容易出力。坐椅有靠背，單腳操作時，另一只腳也應(yīng)有靠板。 右腳和左腳比，在用力大小、速度和準確度方面，一般右腳均優(yōu)于左腳。對于頻繁操作、容易疲勞，而且不重要的情況，考慮雙腳交替操作。 腳掌和腳趾比，操作

47、力大時采用腳掌著力，操縱里較小或需要快速連續(xù)操作時，腳趾著力，腳后跟保持不動。5 54 4 腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計4 腳動控制器的設(shè)計腳動控制器的設(shè)計腳踏板，腳踏鈕腳踏板，腳踏鈕 （1 1）腳踏板）腳踏板分為直動式、往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式。分為直動式、往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式。直動式、往復(fù)式運動范圍受限，故不做精密控制用。直動式、往復(fù)式運動范圍受限，故不做精密控制用?；剞D(zhuǎn)式運動范圍大，加適當機構(gòu)可以做精密控制用?；剞D(zhuǎn)式運動范圍大，加適當機構(gòu)可以做精密控制用。5 54 4 腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計各種踏板的效率各種踏板的效率a 時間最短，時

48、間最短，b、, c、 e 其次，其次，d 最長，比最長，比a長長34%。5 54 4 腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計（2）腳踏鈕 用手不方便的情況下，腳踏鈕是取代手按鈕的一種控制器。但是空間需要較大。腳踏板常設(shè)計成長方形。踏板腳踏板常設(shè)計成長方形。踏板下的舒適角不大于下的舒適角不大于2020o o，一般控，一般控制在制在1515o o左右，每腳與人的中線左右，每腳與人的中線叉開叉開1010o o1515o o為宜。為宜。5 54 4 腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計542腳動控制器的布置 腳動操作器布置要求省力而又舒適。腳動操作器布置要求省力而又舒適。 人正坐操作時，腳踏板應(yīng)在正中面所在位置上。一人正坐操作時，腳踏板應(yīng)在正中面所在位置上。一般偏離人體正中面不超過般偏離人體正中面不超過7.512.5cm坐姿腳的作業(yè)范圍坐姿腳的作業(yè)范圍C腳踏鈕腳踏鈕D-5 54 4 腳的運動特征和腳動控制器的設(shè)計腳的運動