人機(jī)信息界面的設(shè)計

5.4操縱裝置設(shè)計操縱裝置(控制裝置、調(diào)節(jié)裝置)：是在人機(jī)系統(tǒng)中，通過人的動作(直接或間接)來使機(jī)器起動、停車或改變運行狀態(tài)的各種元件、器件、部件、機(jī)構(gòu)以及它們的組合等環(huán)節(jié)。根本功能：把操作者的響應(yīng)〔信息〕輸出轉(zhuǎn)換成機(jī)器設(shè)備的輸入信息，從而控制機(jī)器設(shè)備的運行狀態(tài)。設(shè)計要求：充分考慮操作者的體形、生理、心理、體力和能力特征。要求尺寸大小適當(dāng)、形狀美觀大方、式樣新穎、結(jié)構(gòu)簡單，并且給操作者以舒適的感覺。使操作者能在其一個作業(yè)班次內(nèi)，平安、準(zhǔn)確、迅速、舒適、方便地持續(xù)操縱而不產(chǎn)生早期疲勞。1

操縱裝置的類型

按人體操作部位的不同

腳控操縱裝置

旋轉(zhuǎn)式操縱器:手輪、旋鈕、搖柄、十字把手。手操縱裝置移動式操縱器:操縱桿、手柄、扳鈕開關(guān)、刀閘開關(guān)等。按壓式操縱器:主要是各式各樣的按鈕、按鍵。整個腳踏：腳踏板腳掌踏：腳踏鈕腳跟踏：腳踏鈕

2

按操縱裝置的功能的不同

1、開關(guān)式操縱器：用于實現(xiàn)開或關(guān)、接合或別離、接通或切斷等功能，如按鈕、開關(guān)等。2、轉(zhuǎn)換式操縱器：用于把系統(tǒng)從一個工況轉(zhuǎn)換到另一個工況，如選擇開關(guān)、選擇旋鈕等。車輛上的前大燈變光開關(guān)、預(yù)熱—起動旋鈕等都屬于轉(zhuǎn)換式操縱器。3、調(diào)節(jié)式操縱器：用于使系統(tǒng)的工作參數(shù)穩(wěn)定地改變，如手柄、旋鈕、踏板等，汽車的加速踏板、方向盤等都屬于調(diào)節(jié)式操縱器。4、緊急停車操縱器：要求在最短時間內(nèi)產(chǎn)生效果，啟動必須十分靈敏，具有“一觸即發(fā)〞的特點。所用的操縱器與開關(guān)式操縱器根本相同，但布置的位置不應(yīng)與普通的開關(guān)式操縱器相靠近，以免緊急操作時產(chǎn)生誤動作。

操縱裝置的類型3基本類型動作類別舉例說明旋轉(zhuǎn)控制器旋轉(zhuǎn)曲柄、手輪、旋鈕、鑰匙等控制器可以作360°以下旋轉(zhuǎn)近似平移控制器擺動開關(guān)桿、調(diào)節(jié)桿、撥動式開關(guān)、腳踏板等控制器受力后,圍繞旋轉(zhuǎn)點或軸擺動，或者傾倒到一個或數(shù)個其他位置。通過反向調(diào)節(jié)可返回起始位置平移控制器按壓按鈕、按鍵、鍵盤等控制器受力后，在一個方向上運動。在施加的力被解除之前，停留在被壓的位置上。通過反彈力可回到起始位置滑動手閘、指撥滑塊等控制器受力后，在一個方向上運動，并停留在運動后的位置上，只有在相同方向上繼續(xù)向前推或者改變力的方向，才可使控制器作返回運動牽拉拉環(huán)、拉手、拉鈕控制器受力后，在一個方向上運動。回彈力可使其返回起始位置，或者用手使其在相反方向上運動按操作作方式分類

操縱裝置的類型45.4.1常用的操縱裝置圖5-9常用的操縱裝置功能參閱表5-17和B45常用操縱裝置5.4.1常用的操縱裝置65.4.1常用的操縱裝置返回7B4常用操縱裝置的適用范圍8返回B4常用操縱裝置的適用范圍9不太敏感：觸覺的精確度低于視覺，且區(qū)分時間較長，有可能區(qū)分錯誤，故其應(yīng)用存在一定的局限性。一般只適用于視覺通道負(fù)荷過重的情況下，用來減輕視覺通道的負(fù)擔(dān)。適應(yīng)迅速：通過對形狀的重復(fù)認(rèn)識，可提高操作反映的速度。有立體感：能被觸覺識別的物體，應(yīng)有一定的形狀和大小，要能被手觸及。其形狀需有利于保持清潔，不易粘滿灰塵。無論是幾何形體、數(shù)字還是拉丁字母，其外廓都必須是立體的。5.4.2手控操縱裝置設(shè)計1.觸覺功能和觸覺特性10設(shè)計合理的手把，應(yīng)考慮下述幾點：〔1〕手把的形狀應(yīng)與手的生理特點相適應(yīng)根據(jù)手的結(jié)構(gòu)：把手的形狀，操縱把手時，著力方向和振動方向不應(yīng)集中于掌心和指骨間肌。見圖5-10控制器在機(jī)器上的位置，應(yīng)保證對手控制操縱器的操作符合人手的生理解剖學(xué)特點，如手指適于向前，手掌適于向下等。按鈕的方向指示對手來說應(yīng)當(dāng)很明確．如掌心向下，拇指在右手左邊；掌心向上，拇指在右手右邊等。2.操縱手把的設(shè)計5.4.2手控操縱裝置設(shè)計11圖5-10手的生理結(jié)構(gòu)及把手形狀設(shè)計

〔a〕人手的結(jié)構(gòu)〔b〕～〔g〕各種把手的形狀設(shè)計返回5.4.2手控操縱裝置設(shè)計12〔2〕手把的形狀便于觸覺對其進(jìn)行識別簡單的形狀比復(fù)雜的形狀更易被準(zhǔn)確區(qū)分；外形輪廓相差較大者比外形輪廓類似者更易被準(zhǔn)確區(qū)分。其形狀應(yīng)反映功能要求，同時考慮在特殊環(huán)境和戴手套也能分辨和方便操縱。見圖5-11〔3〕尺寸應(yīng)符合人手尺度把手的長度：必須接近或超過手掌的寬度(71-97mm),100-125mm；把手的徑向尺寸：必須等于或小于手握尺度；把手的形狀、結(jié)構(gòu)：必須保持手的自然操縱狀態(tài)。見圖5-125.4.2手控操縱裝置設(shè)計13〔1〕最大操縱力操縱裝置的最大操縱力取決于操縱器的工作要求，同時受限于操縱者在一定的姿勢下所能產(chǎn)生的最大出力。一般青年男女左、右手的用力范圍和腳產(chǎn)生的蹬力。見第三章表3-7和圖3-23。參閱教材表5-18、表5-19.常用操縱器的操縱力要求可查閱GB／T14775—93?操縱器一般人類工效學(xué)要求?中的5.4節(jié)及相應(yīng)的表格中的數(shù)據(jù)。〔2〕最優(yōu)操縱力〔適宜的操縱力〕最優(yōu)操縱力的大小同操縱器的性質(zhì)和操作方式密切相關(guān)。一般推薦最優(yōu)操縱力的范圍為：手操縱5—20N；手指操縱2—5N；腳操縱45—90N；腳尖操縱20—45N。3.適宜的操縱力14最優(yōu)(或最適宜)操縱力的選定應(yīng)兼顧能量消耗、操縱精確度、操縱速度及獲取操縱量的反響信息等四方面的要求，謀求最高的操縱工效。從能量利用的角度考慮，在不同的用力條件下，以使用最大肌力的1/2和最大收縮速度的1／4操作，能量利用率最高，人較長時間工作也不會感到疲勞影響最優(yōu)操縱力的主要因素如下：(a)操縱器的結(jié)構(gòu)型式及其位置：腳控操縱器的最優(yōu)操縱力大于手控操縱器。變速桿的最優(yōu)操縱力在20—140N范圍內(nèi)；直徑為200mm的手輪的最優(yōu)操縱力不大于100N，手柄的最優(yōu)操縱力不大于80N。5.4.2手控操縱裝置設(shè)計15(b)人體的姿勢：對于坐姿與立姿、手或腳的位置和用力方向、左與右等不同情況，最優(yōu)操縱力的大小均有所不同。(c)操縱器的性質(zhì)和使用要求：對于只求動作快而對操縱精確度要求不高的操縱器，其最優(yōu)操縱力應(yīng)當(dāng)是越小越好。要求操縱精確度較高的操縱器，那么必須要有一定的操縱力，以便取得操縱量的反響信息。

(d)靜態(tài)施力操縱：有些操縱器的操作，要求人的施力部位始終保持在特定的位置，這類操作稱為靜態(tài)操縱。為使必要的靜態(tài)施力能持續(xù)較長時間而不致疲勞，最好使施力大小保持在人體最大肌力的15％—20％。5.4.2手控操縱裝置設(shè)計164.操縱器的適宜尺寸操縱器的大小應(yīng)適合于人的手或腳進(jìn)行操作，以到達(dá)使用效率最優(yōu)。操縱器的尺寸應(yīng)符合GB1000—88中有關(guān)操作者動作肢體的人體測量學(xué)指標(biāo)。常用操縱器的尺寸范圍及優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)，可查閱GB／T14775—93?操縱器一般人類工效學(xué)要求?。中的5.2節(jié)及相應(yīng)的圖、表數(shù)據(jù)。5.4.2手控操縱裝置設(shè)計常用手控操縱器的尺寸參閱圖5-13和表5-20175.4.2手控操縱裝置設(shè)計185.4.2手控操縱裝置設(shè)計195.4.2手控操縱裝置設(shè)計205.4.2手控操縱裝置設(shè)計215.4.2手控操縱裝置設(shè)計225.4.2手控操縱裝置設(shè)計23245.4.2手控操縱裝置設(shè)計255.4.2手控操縱裝置設(shè)計265.4.2手控操縱裝置設(shè)計27圖5-11便于觸覺識別的把手形狀返回5.4.2手控操縱裝置設(shè)計28圖5-12各種不同把手的握持狀態(tài)返回5.4.2手控操縱裝置設(shè)計29圖5-13常用手控操縱器的尺寸

〔a〕按鈕〔b〕撥鈕開關(guān)〔c〕箭頭旋鈕〔d〕旋鈕〔e〕操縱桿〔f〕曲柄〔g〕手輪返回5.4.2手控操縱裝置設(shè)計30

腳操縱器主要用于需要較大操縱力的情況,主要有兩種形式：腳踏板和腳踏鈕。腳踏板的形式又有直動式、擺動式和迥轉(zhuǎn)式(包括單曲柄和雙曲柄)

5.4.3腳控操縱器的設(shè)計3132適宜的操縱力操縱阻力應(yīng)至少40N;

腳操縱器的適宜用力,參閱表5-21(P113)。2.腳控操縱器的尺寸

為便于腳施力，腳踏板多采用矩形和橢圓形平面板，而腳踏鈕有矩形、也有圓形.尺寸如下:

5.4.3腳控操縱器的設(shè)計腳踏板腳踏鈕33腳操縱器推薦的用力值/N腳休息時腳踏板的承受力懸掛的腳蹬（如汽車的加速器）功率制動器離合器和機(jī)械制動器飛機(jī)方向舵可允許腳蹬力最大值創(chuàng)記錄的腳蹬力最大值18～3245～68直至68直至13627222684082表5-21腳操縱器適宜用力的推薦值5.4.3腳控操縱器的設(shè)計返回34名稱最小最大踏板大小/mm長度寬度752530090踏板行程/mm一般操作穿靴操作踝關(guān)節(jié)彎曲整體運動13252525656565180阻力（N）腳不停在踏板上腳停在踏板上踝關(guān)節(jié)彎曲整腿運動1845—45909045800踏板間距（mm）單腳任意操作單腳順序操作10050150100腳踏板設(shè)計參數(shù)推薦值5.4.3腳控操縱器的設(shè)計返回35

3.腳踏板結(jié)構(gòu)形式的選擇

見圖5-14

4、腳踏板的空間布置腳踏鈕的尺寸5.4.3腳控操縱器的設(shè)計365.4.3腳控操縱器的設(shè)計名稱最小最大直徑尺寸d/mm12.5無特殊界限操縱位移L/mm12.5～25①65(正常操作、穿靴操作)100（轉(zhuǎn)動脛部而進(jìn)行控制時）阻力（N）腳不停在腳踏鈕上9.888（正常操作時）阻力（N）腳停在腳踏鈕上44

腳踏鈕設(shè)計參數(shù)推薦值返回37不同位置下的蹬力5.4.3腳控操縱器的設(shè)計38100cm25.4.3腳控操縱器的設(shè)計395.4.3腳控操縱器的設(shè)計40各形式的腳踏板操縱效率比較5.4.3腳控操縱器的設(shè)計41圖5-14不同類型腳踏板操縱效率的比較返回5.4.3腳控操縱器的設(shè)計425.4.4操縱裝置編碼與選擇1.操縱裝置編碼為防止控制系統(tǒng)中眾多控制器的相互混淆，提高操作效率和防止誤操作，應(yīng)以適當(dāng)?shù)囊曈X、觸覺、聽覺刺激為代碼，標(biāo)定控制器的功能特點，即對控制器進(jìn)行編碼。編碼方式主要有形狀編碼、外表紋理編碼、大小編碼、位置編碼、顏色編碼、標(biāo)記編碼和聲音編碼，在實際應(yīng)用中往往是將上述兩種以上的編碼方式結(jié)合使用，以提高控制器的可分辨性，特別是對于重要的控制器。431〕形狀編碼：對各種不同用途的操縱器，設(shè)計成多種多樣的形狀以進(jìn)行區(qū)分。形狀編碼要盡可能使各種形狀的設(shè)計反映操縱器的功能要求，另外還要盡可能考慮到操作者戴手套和在特殊情況下也能分辨形狀和方便操作。見圖5-142〕位置編碼：根據(jù)操縱器在產(chǎn)品面板或控制臺上的位置的不同來分辨操縱器的。相鄰操縱器間應(yīng)有一定的間距以利于區(qū)分。3〕尺寸編碼：通過操縱器的尺寸大小不同來分辨操縱器，在尺寸上分為大、中、小三擋，超過三檔就不容易區(qū)分。實驗說明，旋鈕直徑差到達(dá)12.5mm，厚度相差達(dá)9.5mm左右時，人即可通過觸覺非常準(zhǔn)確地加以區(qū)分。4〕顏色編碼：將不同功能的操縱器，涂上不同的顏色，以示彼此之間的區(qū)別。一般只使用紅、橙、黃、藍(lán)、綠五種顏色，操縱器的功能與其顏色之間有一定的匹配關(guān)系。

5.4.4操縱裝置編碼與選擇445〕符號編碼：在操縱器上面或側(cè)旁，用文字或符號作出標(biāo)志以標(biāo)明其功能，標(biāo)志本身應(yīng)當(dāng)簡單明了，易于理解。文字和數(shù)字必須采用清晰的字體。6〕外表紋理編碼：用不同的外表紋理對操縱器進(jìn)行編碼，實驗說明，光滑的、帶槽紋的和壓花紋的三類外表可用作操縱器的紋理編碼。7〕聲音編碼：對于不同的操縱器在操縱過程中，給予不同的聲音區(qū)別不同控制器。2.操縱器的選擇選擇依據(jù)：用戶的能力〔操作能力、視覺和聽覺能力、認(rèn)知、學(xué)習(xí)等能力〕；基于任務(wù)根底的控制要求和產(chǎn)品操作要求；其他因素：外觀、本錢。選擇依據(jù)參閱表5-22，表5-23，表5-245.4.4操縱裝置編碼與選擇453、防止操縱器的偶發(fā)啟動在操縱過程中，由于操作者的無意碰撞或牽拉操縱器或外界振動等而意外地驅(qū)動了操縱器，為防止偶發(fā)啟動造成事故。在設(shè)計操縱器時，應(yīng)考慮防范措施。以下是防范的7種方法，可供設(shè)計時選用：46〔1〕將操縱器安裝在陷入控制板的凹槽內(nèi)?！?〕在操縱器上加保護(hù)罩。(3)將操縱器安裝在不易被碰撞的位置上。(4)使操縱器的運動方向向著最不可能發(fā)生意外用力的方向。〔5〕操作者必須連續(xù)做兩種操作運動，才能使操縱器被啟動，而后一種操作運動與前一種操作運動的方向不同，以次此將操縱器鎖定在位置上?！?〕一組操縱器必須按正確的順序操作時才能被啟動，使操縱器之間彼此具有連鎖的作用。如配電柜上的油開關(guān)和刀閘開關(guān)的操作順序連鎖。〔7〕適當(dāng)增大操縱器的操作阻力。防止操縱器的偶發(fā)啟動47返回48編碼例如返回49編碼例如返回505.5操縱與顯示相合性相合性：協(xié)調(diào)性、匹配性顯示器-操縱器相合性設(shè)計的原因:1、與人的機(jī)體特性有關(guān)2、與人的信息加工復(fù)雜程度有關(guān)3、與人的習(xí)慣有關(guān)51操縱－顯示比〔C/D〕：是操縱器和顯示器位移動量之比。位移量可以是直線距離，〔如直線刻度盤的顯示量，操作桿的移動量〕，也可以是旋轉(zhuǎn)的角度和圈數(shù)〔如圓形刻度盤的指針顯示量，旋扭的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)等〕。用C/D來表示操縱-顯示系統(tǒng)的靈敏度，C/D之比高，說明系統(tǒng)的靈敏度低，C/D之比低，說明系統(tǒng)的靈敏度高。見圖5-16

5.5.1操縱－顯示比52操作時間應(yīng)分為反響知覺時間、粗調(diào)時間和精調(diào)時間。反響知覺時間為決定操作時間與手握到控制器時間之和，與操縱-顯示無關(guān)，粗調(diào)時間和精調(diào)時間與C/D有關(guān)。如圖5-17C/D的選擇要考慮精調(diào)和粗調(diào)的時間，而不是簡單的選擇高的或低的C/D比。最正確的C/D比那么是兩種時間曲線的相交處，這樣可以使調(diào)節(jié)的時間降低。從而提高操作效率。5.5.1操縱－顯示比53圖5-16操縱-顯示比返回國外實驗：旋鈕，C/D為0.2—0.8；操縱桿，C/D為2.5—4.0。5.5.1操縱－顯示比54圖5-17粗調(diào)時間與微調(diào)時間和C/D比的關(guān)系返回5.5.1操縱－顯示比555.5.2操縱與顯示運動相合性原那么顯示器的指針〔或光點〕的運動方向與操縱器的運動方向應(yīng)當(dāng)相互適合〔協(xié)調(diào)〕，操縱效率才能到達(dá)最優(yōu)。人對操縱器和顯示器的運動方向有一定的習(xí)慣定式。相合性設(shè)計應(yīng)遵循的原那么：P117，見圖5-1856圖5-18操縱器與顯示器方向相合性及操作習(xí)慣模式

〔a〕操縱器與顯示器方向相合性；〔b〕操縱習(xí)慣模式返回5758操縱器和顯示器配合使用時，操縱器和顯示器的空間位置編碼的協(xié)調(diào)性好，可以減少操作發(fā)生錯誤的次數(shù)，縮短操作時間，對提高操作質(zhì)量有明顯的效果。在中央控制室中，通常有很多信號燈分別用相應(yīng)的操縱扭作反響的情況，最好的一種編碼方式是操縱按鈕本身帶有燈光信號，那一個操縱燈亮，就按下這個操縱扭作出反響。圖5-195.5.3操縱－顯示的編碼和編排相合性59汽車轉(zhuǎn)彎燈的操縱與顯示5.5.3操縱－顯示的編碼和編排相合性60圖5-18旋鈕與儀表的位置對應(yīng)關(guān)系返回5.5.3操縱－顯示的編碼和編排相合性615.5.3操縱－顯示的編碼和編排相合性62人機(jī)信息交流界面設(shè)計可視性、可聽性、可觸性設(shè)計正確的概念模型信息反響設(shè)計匹配性設(shè)計63國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO8124-1：2000玩具平安－第1局部：機(jī)械和物理性能相關(guān)的平安要求

ISO8124-2：1994玩具平安－第2局部：阻燃

ISO8124-3：1997玩具平安－第3局部：某些元素的轉(zhuǎn)移

ISO8098：1989＋Amdt1：1992兒童自行車的平安要求澳大利亞AS1647.1-1990兒童玩具平安要求第1局部：一般要求

AS1647.2-1992＋Admt.1-1995兒童玩具平安要求第2局部：結(jié)構(gòu)要求

AS1647.3-1995兒童玩具平安要求第3局部：毒性要求

AS1647.4-1980兒童玩具平安要求第4局部：阻燃要求

AS1990-1991兒童用漂浮玩具和游泳輔助物的平安要求世界玩具平安法令、標(biāo)準(zhǔn)一覽表64巴西NBR11786/1998玩具平安加拿大C.R.C.,c.931危險產(chǎn)品〔玩具〕法案美國CPSC16CFRPart1000toEnd聯(lián)邦消費品平安法令

ASTMF963-96a玩具平安

ANSIZ315