人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)課件

人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)手動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手的尺寸與人體關(guān)節(jié)活動(dòng)手動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的人機(jī)工程學(xué)原則人體的施力與運(yùn)動(dòng)輸出特性常用手動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)案例分析人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)一.手的尺寸與人體關(guān)節(jié)活動(dòng)1手的尺寸2人體關(guān)節(jié)活動(dòng)人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)人在感知顯示裝置傳示的信息以后，經(jīng)大腦分析，作出判斷，然后操縱機(jī)器的運(yùn)行。在聲控及其他非接觸式智能控制技術(shù)充分發(fā)展以前，手足尤其是手動(dòng)操縱，是主要的操縱方式。生活中的工具、設(shè)施也多由手腳使用。因此，操縱裝置和器物設(shè)計(jì)中人的因素，主要是指手腳的操縱特性，包括人體手腳尺寸、肢體的施力與運(yùn)動(dòng)特性等。1.手的尺寸人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)2.人體關(guān)節(jié)活動(dòng)手部關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍a手部的關(guān)節(jié)活動(dòng)可分為腕關(guān)節(jié)活動(dòng)和指關(guān)節(jié)活動(dòng)兩種類型。腕關(guān)節(jié)主要有兩個(gè)自由度的活動(dòng)：①向手心或手背方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，分別稱為掌側(cè)屈、背側(cè)屈，參看圖5-3a；②向拇指或小手指方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，分別稱為橈側(cè)偏、尺側(cè)偏。人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)腕關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)手部關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍(b)與手掌相連的指關(guān)節(jié)有兩個(gè)自由度的活動(dòng)：手指握拳或伸開的伸屈活動(dòng)；指間張開或并攏的張合活動(dòng)。不與手掌相連的指關(guān)節(jié)只能作伸屈活動(dòng)。人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)手動(dòng)操縱器按操控運(yùn)動(dòng)的軌跡，可分為：旋轉(zhuǎn)式操縱器：如旋鈕、搖柄、十字把手、手輪(轉(zhuǎn)向盤)等。移動(dòng)式操縱器：如操縱桿、手柄、推扳開關(guān)等。按壓式操縱器：如按鈕、按鍵等。用手掌按壓操作的操縱器的表面，采用蘑菇樣的球面凸起形狀。用手指按壓的表面要有適合指形的凹陷輪廓。按鈕的水平截面應(yīng)為圓形或矩形，按鍵應(yīng)為矩形。矩形按鈕和直徑3～5mm的按鈕可做成球面或平面形狀；在需要互相區(qū)別、避免混淆而進(jìn)行編碼的情況下允許制成其他形狀。用手指操作的扳鈕開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)的柄部應(yīng)為圓柱形、圓錐形或棱柱形，柄部外端呈凸球形表面；圓錐形柄部的大頭朝外(參看后面圖5-28)。

二.手動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的人機(jī)工程學(xué)原則人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)三.人體的施力a.人體的肌力及其影響因素1.人體主要部位的肌肉力量2.坐姿的手臂操作力3.立姿的手臂操縱力4.握力人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)人體主要部位的肌肉力量人體施力均來源于人體肌肉收縮所產(chǎn)生的力量，稱為肌力。決定肌力大小的主要生理因素是：①單條肌纖維的收縮力；②該部位肌肉中肌纖維的數(shù)量和體積；③肌肉收縮前的初長(zhǎng)度；④中樞神經(jīng)的機(jī)能狀態(tài)；⑤肌肉對(duì)骨骼發(fā)生作用的機(jī)械條件，等等。從上面所述可知，影響肌力大小的生理因素是復(fù)雜的。經(jīng)測(cè)定，20—30歲中等體力的男女青年主要部位的肌力數(shù)值如表5-4所示。一般女性的肌力比男性低20％～30％。右利者右手肌力比左手約高l0％；左利者左手肌力比右手約高6％～7％。人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)坐姿的手臂操作力對(duì)于中等體力的男子(右利者)，坐姿下手臂在不同角度、不同指向上的操縱力，可對(duì)照參看圖5-4和表5-5。人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)表5-5坐姿的手臂操縱力(中等體力的男子，右利者)分析表5-5中的數(shù)據(jù)，可以看出：①在前后方向和左右方向上，都是向著身體方向的操縱力大于背離身體方向的操縱力；②在上下方向上，向下的操縱力一般大于向上的操縱力。表5-5是測(cè)試右利男子所得數(shù)據(jù)，所以右手操縱力大于左手操縱力；對(duì)于左利者，情況應(yīng)該相反。人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)立姿的手臂操縱力立姿屈臂操縱力的一項(xiàng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5-5所示。實(shí)驗(yàn)研究了立姿屈臂從手鉤向肩部方向的操縱力與前臂、上臂問夾角的關(guān)系，從圖中可以看出：前臂上臂間夾角約為70。時(shí)，具有最大的操縱力。像風(fēng)鎬、鑿巖機(jī)之類需手持的較重器具，大型閘門開啟裝置等設(shè)施的設(shè)計(jì)時(shí)，都應(yīng)注意適應(yīng)人體屈臂操縱力的這種特性。人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)立姿屈臂操縱力的分布人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)立姿、前臂在水平面兩方向上的推力人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)握力在兩臂自然下垂、手掌向內(nèi)(即手掌朝向大腿)執(zhí)握握力器的條件下測(cè)試，一般男子優(yōu)勢(shì)手的握力約為自身體重的47％～58％；女子約為自身體重的40％～48％。但年輕人的瞬時(shí)最大握力常高于這個(gè)水平。非優(yōu)勢(shì)手的握力小于優(yōu)勢(shì)手。若手掌朝上測(cè)試，握力值增大一些；手掌朝下測(cè)試，握力值減小一些。人體所有的施力狀態(tài)下，力量的大小都與持續(xù)的時(shí)間有關(guān)。隨著施力持續(xù)時(shí)間加長(zhǎng)，力量逐漸減小。例如某些類型的肌力持續(xù)到4min時(shí)，就會(huì)衰減到最大值的1／4左右；且肌力衰減到最大值1／2所經(jīng)歷的持續(xù)時(shí)間，對(duì)多數(shù)人是基本相同的。人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)四.常用的手動(dòng)裝置一、按壓式操縱器二、轉(zhuǎn)動(dòng)式操縱器三、移動(dòng)、扳動(dòng)式操縱器人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)按壓式操縱器(一)按鈕和按鍵常見的小型按壓式操縱器是按鈕；多個(gè)連續(xù)排列在一起使用的按鈕又特稱為按鍵，因?yàn)槭褂脿顟B(tài)像鋼琴上的琴鍵。按鈕只有兩種工作狀態(tài)，如“接通”或“斷開”，“起動(dòng)”或“停車”等。2.轉(zhuǎn)動(dòng)式操縱器常用的手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)式操縱器有旋鈕、手輪、帶把手輪(搖把)等。3.移動(dòng)、扳動(dòng)式操縱器常用的手動(dòng)移動(dòng)、扳動(dòng)式操縱器有操縱桿、扳鈕開關(guān)、手閘和指撥滑塊等，下面只簡(jiǎn)要介紹操縱桿和扳鈕開關(guān)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)五.案例分析圖5－21手輪的造型方案(圖下方的數(shù)字為該形式手輪適合的直徑，單位：mm)人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)

合理的操作姿勢(shì)與體位(a)

合理的操作姿勢(shì)與體位操作手輪、帶柄手輪的適宜性、便利性與很多因素有關(guān)，如手輪位置的高低、中心軸在空間的方向、操作者的姿勢(shì)和體位等等，研究數(shù)據(jù)很豐富，此處不詳細(xì)介紹，設(shè)計(jì)中需要時(shí)可去查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料。下面通過圖5-22和圖5-23兩個(gè)例子，可以對(duì)此有所了解。圖5－22操作手輪的有利體位人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)合理的操作姿勢(shì)與體位(b)

圖5-22是立姿下操作手輪的有利體位。測(cè)試表明：離地面1000～1100mm的手輪有利于操作者施加較大的轉(zhuǎn)矩(圖5-22a)，在肩部高度推拉手柄的力量最大(圖5-22b)。圖5-23為操縱汽車轉(zhuǎn)向盤的情況，可以用來說明坐姿下手輪操作姿勢(shì)與操作力矩之間的關(guān)系。人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)圖5－23向盤的空間位置與操作姿勢(shì)a)小型車輛

b)一般車輛c)大型車輛人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)合理的操作姿勢(shì)與體位(c)圖5-23a是駕駛小型車輛，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩小，主要用前臂操作即可，因此可以采取舒適的后仰坐姿，轉(zhuǎn)向盤平面接近于鉛垂方向。圖5-23b是駕駛一般中型車輛，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩略大一些，需要用到肩部和上臂的部分力量參與操作，因此不宜采用較大角度的后仰坐姿，轉(zhuǎn)向盤平面與水平面在30°左右較為合適。圖5-22c是駕駛大型車輛，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩大，除肩部、上臂以外，有時(shí)還要用到腰部的力量參與操作，因此不能采取后仰坐姿，轉(zhuǎn)向盤平面應(yīng)接近在水平面方向，所在位置應(yīng)比較低。適宜于抓握操作