第五章人体运动与操纵装置设计

1、范晓伟案例案例课课 程程 目目 的的 人机工程学的理论和方法为设计中考虑人机工程学的理论和方法为设计中考虑“人的因素人的因素”提供人体尺度数据；为设计中提供人体尺度数据；为设计中“机的功能机的功能”合理性提供科合理性提供科学依据；为设计中考虑学依据；为设计中考虑“环境因素环境因素”提供设计准则；为提供设计准则；为“人人- -机机- -环境环境”系统设计提供整体思路；为系统设计提供整体思路；为“以人为核心以人为核心”的设计思想提供可行方法。通过本课程的学习，培养学生的设计思想提供可行方法。通过本课程的学习，培养学生把人机环境系统作为一个统一的整体来研究，以创造把人机环境系统作为一个统一的整体来研

2、究，以创造适合于人操作的机械设备和作业环境，使人机环境系适合于人操作的机械设备和作业环境，使人机环境系统相协调，从而获得系统的最高综合效率，培养统相协调，从而获得系统的最高综合效率，培养“以人为以人为本本”的设计价值观的设计价值观。案例案例案例案例5.1 人体运动与操作动作 人机系统中, 操纵装置(又称控制装置、调节装置)是指通过人的动作(直接或间接)来使机器起动、停车或改变运行状态的各种元件、器件、部件、机构以及它们的组合等环节。其基本功能是把操作者的响应输出转换成机器设备的输入信息, 进而控制机器设备的运行状态。 操纵装置的设计, 应使操作者能在其一个作业班次内,安全、准确、迅速、舒适、方

3、便地持续操纵而不产生早期疲劳。为此, 设计者必须充分考虑人体的体形、尺度、生理特点、运动特征和心理特性、以及人的体力和能力的限度, 才能使所设计的操纵装置达到高度的宜人化。5 51 11 1 人体运动人体运动人体的运动系统包括骨、骨连结和肌肉。人体的运动系统包括骨、骨连结和肌肉。1 1骨的功能骨的功能骨骼构成人体的支架，有支持和支撑的功能。骨骼构成人体的支架，有支持和支撑的功能。骨是人体活动的杠杆，肌肉牵引骨产生运动骨是人体活动的杠杆，肌肉牵引骨产生运动 。骨有保护功能。骨有保护功能。骨有造血功能。骨有造血功能。 5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作人体骨骼简图人体骨骼简图5.1 人体

4、运动与操作动作人体运动与操作动作骨杠杆的作用骨杠杆的作用5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作2 2 关节运动关节运动 角度运动角度运动 旋转运动旋转运动 环转运动环转运动垂直轴垂直轴Vertical arrow矢状面矢状面 saggital plane额状面额状面 Coronal plane水平面水平面horizon plane额状轴额状轴Coronal arrow矢状轴矢状轴Sagittal arrow5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作（1）角度运动：相邻骨产生角度增大或减少的运动 关节沿额状轴：角度减小为屈，角度增加为伸； 关节沿矢状轴：向正中面移动为内收，远离正中面 移

5、动为外展；5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作（2 2）旋转运动：骨绕垂直）旋转运动：骨绕垂直轴的运动称为旋转运动轴的运动称为旋转运动由前向内：旋内；由前向内：旋内；由前向外：旋外。由前向外：旋外。（3 3）环转运动：整根骨头绕通过上端点并）环转运动：整根骨头绕通过上端点并与骨成与骨成 一定角度的旋转运动一定角度的旋转运动5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作3 3 肌肉的运动特征肌肉的运动特征 肌肉和骨、骨连接组成运动器官，在神经肌肉和骨、骨连接组成运动器官，在神经系统的指挥下，以及在循环系统等的配合系统的指挥下，以及在循环系统等的配合下共同完成运动作用下共同完成运动作用 肌肉

6、的状态：收缩和放松肌肉的状态：收缩和放松5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作5 51 12 2 操作中人的动作类型操作中人的动作类型1动作定位术语 正中线、 上、下：头部、足底 前、后：腹部、背部 近端和远端：靠近/远离躯干 桡侧和尺侧：前臂的外侧/内侧 腓侧和胫侧：小腿的外侧/内侧 浅和深：靠近/远离皮肤或器官表面5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作2 2动作分类动作分类1 1、定位动作、定位动作2. 重复动作重复动作 3. 连续动作连续动作 4. 逐次动作逐次动作5. 5. 静态调整动作静态调整动作5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作2 2动作分类动作分类 1. 1

7、. 定位动作定位动作朝着所要求固定目标动作。朝着所要求固定目标动作。 分为视觉定位动作和盲目定位动作，如指计分为视觉定位动作和盲目定位动作，如指计算机屏幕上一个字和敲击键盘上相应的键。算机屏幕上一个字和敲击键盘上相应的键。 5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作视觉定位动作：视觉定位动作： 视觉定位动作时间与距离的关系视觉定位动作时间与距离的关系 不同部位每动作一次所需要的平均时间不同部位每动作一次所需要的平均时间盲目视觉定位动作：盲目视觉定位动作： 盲目定位动作离目标位置的差距盲目定位动作离目标位置的差距5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作盲目定位运动的准确性，它要求人们在没有

8、视觉帮助的条件下，根据对运动轨迹的记忆。2. 2. 重复动作：重复动作： 连续不断从事相同的动作，如钉钉子；连续不断从事相同的动作，如钉钉子；3. 3. 连续动作：连续动作： 包括一系列定位动作连续进行控制，如打字；包括一系列定位动作连续进行控制，如打字； 4. 4. 逐次动作：逐次动作： 各种动作按照一定顺序，有次序的进行，如用各种动作按照一定顺序，有次序的进行，如用带锯切一块木板；带锯切一块木板；5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作5. 静态调整动作： 将物体提持在空间的任意一点的动作，如手工焊接。5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作5 51 13 3 操作动作的分析方法操

9、作动作的分析方法1 1作业动作分析方法作业动作分析方法 （1 1）操作图分析法）操作图分析法 （2 2）小动作图分析方法）小动作图分析方法 （3 3）工人活动程序图分析法）工人活动程序图分析法 （4 4）工作图分析方法）工作图分析方法5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作2 2拟定更好的分析方法拟定更好的分析方法（1 1）调查研究发现问题）调查研究发现问题 目的，为什么，不做会如何，能否改革，令手艺目的，为什么，不做会如何，能否改革，令手艺差和经验少的人也能胜任，在哪里做，其他地方差和经验少的人也能胜任，在哪里做，其他地方是否会更经济，什么时间做等。是否会更经济，什么时间做等。（2 2）

10、深入生产现场拟定更好的操作方法）深入生产现场拟定更好的操作方法 取消不必要的重复操作；改变不合理的工艺顺序；取消不必要的重复操作；改变不合理的工艺顺序；简化必要的工序简化必要的工序5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作5 51 14 4 动作经济性原则动作经济性原则目标：减少操作疲劳，提高工作效率，缩短操作时间。原则：1）关于人体动作的使用与动作的安排、工作的顺序、操纵装置和设备设计有关。采取的措施如：使工作有节奏、改善动作的过渡、缩短操作距离；双手同时操作，使身体平衡。5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作关于人体动作的使用关于人体动作的使用 两手同时操作，动作对称，同时动作；两

11、手同时操作，动作对称，同时动作； 动作简单实用；动作简单实用； 合理利用惯性力；合理利用惯性力； 连续曲线和弹道曲线运动动作为佳；连续曲线和弹道曲线运动动作为佳； 动作尽可能轻松、自然而有节奏。动作尽可能轻松、自然而有节奏。 5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作2 2）工作场所的布置）工作场所的布置3 3）工具及设备的设计）工具及设备的设计5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作工作场所的布置工作场所的布置 工具、材料应置于固定场所和工作者身边；工具、材料应置于固定场所和工作者身边； 工具、材料按照最佳工作顺序排列；工具、材料按照最佳工作顺序排列； 材料供给应尽量利用重量运输；材料

12、供给应尽量利用重量运输； 视觉舒畅；视觉舒畅； 工作空间和工作台尺寸合适，工作者有良好姿势。工作空间和工作台尺寸合适，工作者有良好姿势。5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作工作场所的布置（工程设备操作室）5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作工作场所的布置（包装生产线）5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作工具及设备的设计工具及设备的设计 除手工作外，也采用夹具和脚踏工具，推荐组合除手工作外，也采用夹具和脚踏工具，推荐组合工具；工具； 工具、材料和操作装置应处在使操作者少改变操工具、材料和操作装置应处在使操作者少改变操作姿势的地方，尽量采用机械力；作姿势的地方，尽量采用机械

13、力； 手指的负荷应当按照生理机能分配；手指的负荷应当按照生理机能分配； 尽量使操纵器和手接触面积增大，利于握牢，但尽量使操纵器和手接触面积增大，利于握牢，但是必须避免对组织的过大压力和不舒适的姿势。是必须避免对组织的过大压力和不舒适的姿势。5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作工具及设备的设计工具及设备的设计5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作工具及设备的设计工具及设备的设计5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作对手掌来说，最自然的形态就是半握拳状态5.1 人体运动与操作动作人体运动与操作动作 手腕的仰俯主要依靠腕骨来完成。当手腕呈“仰起”状态时，仰角在15度-30度之间是

14、最舒适的状态，超出这个范围，会导致前臂肌肉处于拉伸状态，而且也会导致血流的不畅。1、人体的运动系统由 、 和 三部分构成。2、举例盲目定位的例子。3、观察p157图5-24、动作的经济原则是指什么？5.2 操纵装置的人机学问题操纵装置的人机学问题请尽可能多地列请尽可能多地列举出你所知道的举出你所知道的操纵装置，画或操纵装置，画或写在纸上！写在纸上！手动操纵器和脚动操纵器手动操纵器和脚动操纵器5 52 21 1 操纵控制器的类型和选择操纵控制器的类型和选择1 1 操纵控制器的类型操纵控制器的类型 按人体操作的部位不同：按人体操作的部位不同： 手动控制器和脚动控制器手动控制器和脚动控制器5.2 操

15、纵装置的人机学问题操纵装置的人机学问题手轮酚醛树脂制成，手柄可转动， 双幅条手轮 手轮材料用ABS铸成，手柄可转动 变压器式指示灯按钮 直接式指示灯按钮 凸头变压器指示灯式按钮 蘑菇头变压器指示灯式按钮 2 2位和位和3 3位长柄选择开关位长柄选择开关 2 2位和位和3 3位短柄选择开关位短柄选择开关 SB360SB360系列计数旋钮系列计数旋钮 十字把十字把舵轮舵轮S30JLK-4801PS30JLK-4801P一体化操纵杆一体化操纵杆 伦敦消息：英国医生警告称，长时间使用震动式游戏手柄玩电脑游戏，将会严重损害手部肌肉的健康。据英国医学杂志报道，某位岁的男孩每天玩游戏的时间超过了个小时，震动

16、式游戏手柄导致他的手部肌肉酸痛，表面红肿。在年，医生们发现某些工人在长时间接触震动物体后，会得“手臂震动综合症”；该疾病已经被列为“职业病”之一。医生们建议，游戏迷最好不要长时间使用震动式手柄。 高压高压 低压低压 隔离刀闸隔离刀闸曲架(刀闸)开关 杠杆式减压阀脚动控制器脚动控制器脚踏钮脚踏板膝控制器按功能不同：按功能不同： 开关控制器：如按钮、踏板、手柄、摇柄开关控制器：如按钮、踏板、手柄、摇柄 转换控制器：如手柄、选择开关、选择旋钮转换控制器：如手柄、选择开关、选择旋钮 调整控制器：如手柄、旋钮、操纵盘调整控制器：如手柄、旋钮、操纵盘 紧急停车控制器：红色蘑菇形按钮紧急停车控制器：红色蘑菇

17、形按钮5.2 操纵装置的人机学问题2 2 操纵控制器的选择操纵控制器的选择5.2 操纵装置的人机学问题操纵装置的人机学问题按功能选择按功能选择启动启动不连续调解不连续调解 定量调解定量调解 连续控制连续控制 输入数据输入数据控制装控制装置名称置名称按按 钮钮钮子开关钮子开关旋钮选择开关旋钮选择开关踏踏 钮钮手手 轮轮操操 纵纵 杆杆旋旋 钮钮曲曲 柄柄键键 盘盘踏踏 板板控制器的选择控制器的选择1 1、人的操纵能力、人的操纵能力 2 2、操作装置本身、操作装置本身使用情况的比较使用情况的比较按工作要求选择按工作要求选择工作精度工作性质操纵力大小523 控制器设计的一般要求 任何控制器都要适合人

18、体特征的要求，如操纵力、操纵速度、安装位置、排列布置等。 机器和人体姿态位置、操纵力、速度等匹配控制器设计的一般要求 控制器要与设备系统的工作状态结合起来控制器要与设备系统的工作状态结合起来 控制器要易于辨认控制器要易于辨认 尽量使用自然的控制动作或借助操作者身体部位尽量使用自然的控制动作或借助操作者身体部位的重力进行控制，保证力反馈的感觉的重力进行控制，保证力反馈的感觉 在许可条件下，尽量设计多功能控制器。在许可条件下，尽量设计多功能控制器。 控制器的造型设计，要求尺寸大小适当、形状美控制器的造型设计，要求尺寸大小适当、形状美观大方、式样新颖、结构简单，并做到操作简便、观大方、式样新颖、结构

19、简单，并做到操作简便、省力，给人舒服的感觉。省力，给人舒服的感觉。 由于人的错误判断、错误操作所引起的事故率： 汽车 90% 喷气式飞机 50-60% 化学工业 30% 国外统计：58-78%的事故是由于对人机系统中人的因素估计不足造成的。5.2 操纵装置的人机学问题可能产生的操作错误可能产生的操作错误错误类型错误类型 置换错误：不同功能的控制器放置换错误：不同功能的控制器放在一起，相互关系却不易辨别。在一起，相互关系却不易辨别。某车辆的雨刷和前灯开关混淆。某车辆的雨刷和前灯开关混淆。 调节错误：调节控制开关时，调调节错误：调节控制开关时，调错开关位置。例如车床进给量调错开关位置。例如车床进给

20、量调节容易出错。节容易出错。5.2 操纵装置的人机学问题操纵装置的人机学问题逆转错误：操作方向与实际需要操作的方向相反。逆转错误：操作方向与实际需要操作的方向相反。如某冲压机手柄上抬，压头下压。如某冲压机手柄上抬，压头下压。无意的操作错误：忘记复位或固定，操作不小心等。无意的操作错误：忘记复位或固定，操作不小心等。如某冲压机按钮阻力太小如某冲压机按钮阻力太小 。5.2 操纵装置的人机学问题操纵装置的人机学问题5 52 24 4 设计时要注意的几项人机因素设计时要注意的几项人机因素 1 1控制控制- -显示比显示比: :控制器的操作量和显示量的比控制器的操作量和显示量的比 B=C/DB=C/D

21、B B 控制控制- -显示比；显示比；C C 控制器的移动量或转动量；控制器的移动量或转动量；D D显示器的显示量显示器的显示量4525高C/D比，低灵敏度，适合精调低C/D比，高灵敏度，适合粗调粗调和精调粗调和精调5.2 操纵装置的人机学问题操纵装置的人机学问题B B很小时，称为高灵敏度控制很小时，称为高灵敏度控制显示系统，控制显示系统，控制器只要稍微动一下就会出现较大的显示量。器只要稍微动一下就会出现较大的显示量。B B很大时，称为低灵敏度控制很大时，称为低灵敏度控制显示系统，调整显示系统，调整其小显示偏差就需大幅度调节控制量；其小显示偏差就需大幅度调节控制量；操纵操纵-显示运动相合性设计

22、显示运动相合性设计显示显示操纵操纵运动方向相互适应符合人的习惯操纵与显示的相合性原则操纵与显示的相合性原则 机器、设备的显示装置与操纵装置在很多情况下有联用关系，这种显示与操纵之间的联用关系称为“操纵-显示”的相合性。 相合性人机原理：1、运动相合性 根据人的生理与心理特征，人对操纵器与显示器的运动方向有一定的习惯定式 。2、空间相合性 操纵器和显示器配合使用时，操纵器应该与其相联系的显示器紧密布置在一起，操纵器一般布置在显示器的下方或右方。 相合性原则：（1）操纵器右移或右旋时，水平式代表的是指针向右移，垂直式代表的是指针应朝上移动；（2）操纵器朝上或朝前移动时，显示器指针必须朝上或向右移动

23、；（3）操纵器右移或顺时针转动时，表示被控量增加，显示器应显示出增加；（4）如果采用指针固定式显示器，则操纵器右移时，表盘应左移，而显示刻度应从左至右表示数值增加，以保证操纵器右移时度数增加的相应关系；（5）操作器朝上、朝前和向右移动时，显示器应显示度读数增加，或者开关进入“开”的位置，反之亦然。2 2控制器编码控制器编码 减少操作错误的一个方法是把控制器进行编码，减少操作错误的一个方法是把控制器进行编码，使每个控制器都有自己的特征或代号，使操作者使每个控制器都有自己的特征或代号，使操作者确认而不易混淆。确认而不易混淆。 编码类型：形状编码、大小编码、位置编码、颜编码类型：形状编码、大小编码、

24、位置编码、颜色编码、标号编码色编码、标号编码形状编码形状编码 控制器的形状与它的功能有逻辑上的联系，以便于形象记忆； 控制器的形状应能在不用视觉或有必要戴手套的情况下，凭触觉也可分辨清楚。形状编码形状编码(a)和和 (b) 类旋纽适合作类旋纽适合作360度度以上旋转操作以上旋转操作连续转动；连续转动；(c) 类旋纽适合类旋纽适合360度以内旋转操度以内旋转操作作断续转动；断续转动；(d)类适合作定位指示调节类适合作定位指示调节受受位置限制。位置限制。大小编码（尺寸编码）大小编码（尺寸编码） 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区别。者能分辨出其功能

25、直接的区别。 分为大、中、小三种尺寸的旋钮分为大、中、小三种尺寸的旋钮。 操纵器采用大小编码时，一般说来，操纵器采用大小编码时，一般说来，大操作器的尺寸要比小操纵器的大大操作器的尺寸要比小操纵器的大20%20%以上，才有准确操纵的把握。以上，才有准确操纵的把握。5.2 操纵装置的人机学问题操纵装置的人机学问题位置编码位置编码：利用按照位置的不同来区分操作器。 常用于脚踏板编码。垂直布置的操作准确性优于水平布置，间距以12cm左右为好。如汽车上离合器踏板、制动器踏板、加速踏板。颜色编码颜色编码：利用色彩来区分操作器。 需要照明条件，种类不宜太多。一般只有红、橙、黄、蓝、绿及黑白几种色彩。标号编码

26、标号编码：利用操纵器上标注的文字符号来区分操作器。如各种电子产品的键盘5.2 操纵装置的人机学问题操纵装置的人机学问题5.2 操纵装置的人机学问题操纵装置的人机学问题符号编码机床面板机床面板3 3控制器动作方向与系统反应的关系控制器动作方向与系统反应的关系 应当使控制器的操作方向同系统过程的变化方向一致。应当使控制器的操作方向同系统过程的变化方向一致。 使控制器操作和功能之间有逻辑上的联系，有利于操使控制器操作和功能之间有逻辑上的联系，有利于操作人员的记忆和辨认，提高操作效率。作人员的记忆和辨认，提高操作效率。 目的达到使用方便、一学就会、一用就灵目的达到使用方便、一学就会、一用就灵 。5.2

27、 操纵装置的人机学问题操纵装置的人机学问题 控制器和显示器的布置一般方法有： 按重要程度布置 按使用频率布置 按使用顺序布置 按功能分组布置即把最重要的控制器布置在最佳操作区域内，依次类推；把最重要的显示器布置在最佳的视域内，依次类推。控制器和显示器的布置方法： 控制器和显示器的布置一般方法有： 按重要程度布置 按使用频率布置 按使用顺序布置 按功能分组布置即把经常使用的控制器布置在最佳操作区域内，把需要经常认读的显示器配置在最佳视区内。 控制器和显示器的布置一般方法有： 按重要程度布置 按使用频率布置 按使用顺序布置 按功能分组布置即把控制器的操作顺序按人习惯动作(如水平方向习惯从左到右等)

28、的顺序进行配置。例如五位数值输入旋钮，为了与数值对应，就需要由右向左使五个旋钮分别代表个位、十位、百位、千位和万位。同时也把显示器的认读顺序按人的视感觉习惯顺序进行配置(如水平方向习惯从左到右，圆周方向习惯于按顺时针方向等)。 控制器和显示器的布置一般方法有： 按重要程度布置 按使用频率布置 按使用顺序布置 按功能分组布置显示器和控制器可以按照功能进行布置，相关的显示器和控制器布置在相互对应的位置形成功能组。 1、控制器和显示器配合得是否合理，将直接影响信息传递的速度和质量。控制器与显示器的配置遵循原则： 空间一致性 运动一致性 概念一致性 通用定型性是指显示器与控制器在空间相互位置关系的一致

29、性。最好控制器就放置在显示器对应位置的下方或右方。控制器和显示器配合 1、控制器和显示器配合得是否合理，将直接影响信息传递的速度和质量。控制器与显示器的配置遵循原则： 空间一致性 运动一致性 概念一致性 通用定型性其一是仪表指针（当表盘为固定时）或者表盘（当指针固定时）运动的方向与控制器操纵运动方向的一致；其二是运动方向所表示的增或减与观念上对增或减理解的一致。这两方面在实际设计中常常是互相关联的。 1、控制器和显示器配合得是否合理，将直接影响信息传递的速度和质量。控制器与显示器的配置遵循原则： 空间一致性 运动一致性 概念一致性 通用定型性指其编码的意义要与其作用一致，例如用表示危险的红色来

30、标明制动和停止，用表示安全的绿色来标明运动和通过等。 1、控制器和显示器配合得是否合理，将直接影响信息传递的速度和质量。控制器与显示器的配置遵循原则： 空间一致性 运动一致性 概念一致性 通用定型性通用定型就是人长期形成的共同习惯，也称习惯定型。如收音机顺时针旋转表示音量增大；电闸向上推表示“接通”、向下表示“断开”；汽车的离合器踏板在“左”，制动器踏板在“右”等。 机器设备上使用的旋钮，一般都是顺时针转动表示数值增大，逆时针转动表示数值减小，倘若颠倒过来进行设计，就很容易产生误操作，甚至引发事故。控制器的操作方向都要同指示器指示方向一致控制器的操作方向都要同指示器指示方向一致5.2 操纵装置

31、的人机学问题操纵装置的人机学问题控制器数量较多时，按功能进行组合，分区分类布置。控制器数量较多时，按功能进行组合，分区分类布置。5.2 操纵装置的人机学问题操纵装置的人机学问题控制器布置方案分析控制器布置方案分析差错率差错率0%差错率差错率11%差错率差错率10%差错率差错率6%左图四种炉灶方案比较；右图有什么变化；估计一下它们的差别。左图四种炉灶方案比较；右图有什么变化；估计一下它们的差别。5.2 操纵装置的人机学问题操纵装置的人机学问题531 手的运动特征1手的基本动作 握住动作；运物动作；定位动作；装配动作；应用（工具或设备）动作；分离动作（拆卸）；预定动作；放松动作；伸手动作（移空）；

32、恒持动作。5.3 手的运动特征和手动控制器的设计握住动作握住动作 5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的尺寸和活动范围手的尺寸和活动范围5.3 手的运动特征和手动控制器的设计2手的运动速度和习惯1）手在垂直面比水平面的快，准确度也较高2）从上往下比从下往上快；3）在水平方向前后比左右运动速度快4）右手比左手快；右手向右比向左运动快。5）手朝身体方向的运动比离开身体方向的运动快，但后者精度高。6）手从下往上和离开身体的运动速度最慢7）单手在外侧60度左右的直线方向和双手在外侧30度左右进行的直线运动速度最快，效果最好。5.3 5.3 手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计

33、8）一般手的运动速度和准确度成正比；最大速度同动作负荷成反比，到达最大速度所需要的时间同动作的负荷成正比。9）开始或停止一项动作所需的时间通常不受距离长短的影响。10）顺时针操作动作比逆时针方向快。11）两手动作的频率随动作性质的不同而不同12）从准确度和速度来看，单手操作比双手操作好。5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计动作频率和动作性质的关系动作频率和动作性质的关系动 作 种 类最 大 频 率右 手左手旋转（r/s）4.84.0推压（次/s)6.75.3打击（次/s）5146.55.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计3 3手的操纵力

34、手的操纵力 手的操纵力与手的操纵力与人体姿势人体姿势、着力部位着力部位、用力方向用力方向和和用力用力方式方式有关。有关。（1 1）坐姿操作的操纵力坐姿操作的操纵力 左手力量小于右手；左手力量小于右手； 手臂处于侧面下方时，推、拉力量都较弱，但向上手臂处于侧面下方时，推、拉力量都较弱，但向上 向下的力量却较大；向下的力量却较大； 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 内力量则大于向外的力量。内力量则大于向外的力量。5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计

35、坐姿手臂在不同角度和方向上的操纵力（坐姿手臂在不同角度和方向上的操纵力（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向内侧向外侧180609040601507090407012090100507090708050706080906080（2）立姿操作的操纵力 手臂的最大拉力产生在肩的下方180和肩的上方0的方向上。同样，推

36、力最大的方向是产生在肩的上方0方向上。 所以，以推拉形式操纵的控制装置，安装在这两个部位时将得到最大的操纵力。 5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计（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时最大握力有560N，左手有430N。握力与手的姿势和持续时间有关，当持续一段时间后，握力显著下降，如保持lmin后，右手平均握力约280N，左手约250N。5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计（4）拉力和推力 在站姿手臂水平向前自然伸直的情况下，男子平均瞬时拉力为703N，女子平均瞬时拉力为386N。当手作前

37、后运动时，瞬时最大拉力可达1100N，连续操作的拉力最大约300N。 当手作左右方向运动，最大的推力约400N。（5）扭力 直立：男子389+130N；女子204+80N 屈身：男子555+249N；女子272+141N 弯腰：男子962+342N；女子425+200N（6）肘弯曲的操纵力手用力的一般规律手用力的一般规律 朝向身体的拉力比离开身体的推力大；左右方向推拉时，推力较拉力大 坐着拉力较站着拉力大 瞬时力比持续用力大 手的拉力大于手的握力和提力5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计5 53 32 2 手动控制器的设计手动控制器的设计 常有的手动控制器： 旋钮

38、、按键、扳动开关、杠杆操纵器、转轮、 曲柄、手柄5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计 旋钮是用手指捏住拧转来实现控制的，可以旋转一圈(360)，一圈以上或不满一圈，可以连续多次旋转，也可以定位旋转。 分为圆形旋钮、多边形旋钮、指针形旋钮和手动转盘等。5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计1、旋钮同心成层旋钮注意避免无意碰触同心成层旋钮注意避免无意碰触5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计操纵力与旋钮设计尺寸关系操纵力与旋钮设计尺寸关系直径和高度直径和高度5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控

39、制器的设计2、按键(1) 按键类型 形状：圆柱形键、方形键、弧形键 用途：代码键、功能键、间隔键 开关接触情况：接触式、非接触式(2) 按键尺寸 注意手指尺寸和指端弧形设计 圆形键尺寸8-18mm, 方形键10-20mm, 突出键盘面高度为5-12mm,升降行程3-6mm,键与键空隙不少于0.6mm。5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计(3)按键的颜色 表示“停止”“断电”功能的用红色键； 表示“启动”“通电”功能的用绿色键或白、灰、黑键。 连续按压改变功能的键用黑、灰色键，忌用红色和绿色。 按下为

40、开、抬起为停或递进的用黑色，忌用红色。 单一功能的复位用蓝色、黑色、白色或灰色键，同时具有“停止”“断电”功能的应用红色键。5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计按键设计中的人机工学问题按键设计中的人机工学问题 按钮的颜色。 按钮在完成两种状态转换，应附加当前状态指示灯。 按钮表面形状、触感、凸起高度、间隔等都需要加以考虑。 按钮的安置应考虑操作时的手型。5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计按键设计中的人机工学问题按键设计中的人机工学问题5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计计算机键盘上的人机工学问题计算机键

41、盘上的人机工学问题1. 字符和按键的排布 常用的是“QWERTY”键盘； 左右手负担比例为57：43，对大多数人不利。 “A” “S” “I” “O”等间没有分配给中、食指。 顶行字母过多5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计2. 2. 操作的尺侧偏和手腕损害操作的尺侧偏和手腕损害5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计3 3 扳动开关扳动开关 一般用于快速接通、断开和快速就位的场合。特点：操作简单、动作迅速。

42、钮子开关，滑动开关，棒形开关，船形开关，推拉式开关。5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计船形开关：翻转速度最快船形开关：翻转速度最快 5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计4 杠杆操纵器 一般机械操作的杠杆操纵器有前后左右进退的功能。 操纵角度3060度为佳，不宜超过90度。 汽车上变速杆是典型杠杆操纵器。5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计5 5 转轮转轮 转轮的功能相当于旋钮和曲柄，但是转动力量较大。适用单手和双手操作，可以做连续性回转。转轮直径15-52cm，握把直径 20-30mm。单手操作的操纵力

43、为20-130N,双手操纵力不超过250N。5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计6 曲柄 具有快速回转和连续调节的特点。 把柄直径一般为25-75mm. 适用于操纵力较大的场合。5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计7 手柄 一般单手紧握进行操作。 可以单独使用也可以与其他控制器配合使用。 机床用于进刀手柄。5.3手的运动特征和手动控制器的设计手的运动特征和手动控制器的设计5 54 4 脚的运动特征和脚动控制器的设计脚的运动特征和脚动控制器的设计 汽车的离合器踏板，刹车踏板以及加工机床的脚踏控制器等。 脚踏板，脚踏钮 脚的运动 脚操作时

44、，其运动主要是膝关节的运动和脚掌的运动。围绕膝关节的额状轴，小腿可以做屈伸运动。5 54 4 脚的运动特征和脚动控制器的设计脚的运动特征和脚动控制器的设计5 54 41 1脚的运动特征脚的运动特征 2 脚的出力 脚的出力同人的姿势、脚的位置和方向有关。坐姿有靠背支撑时产生最大的力。立姿时脚的用力比坐姿脚的用力大。一般坐姿时右腿的最大力平均可达2620N,左腿最大力可达2410N。 据测定膝部伸展角度在130150度和160180度时，脚的出力最大。5 54 4 脚的运动特征和脚动控制器的设计脚的运动特征和脚动控制器的设计5 54 4 脚的运动特征和脚动控制器的设计脚的运动特征和脚动控制器的设计

45、 2 2 脚的出力脚的出力 脚的伸出力大于屈曲力；脚的伸出力大于屈曲力； 右脚力大于左脚力；右脚力大于左脚力； 男的脚力大于女的脚力。男的脚力大于女的脚力。5 54 4 脚的运动特征和脚动控制器的设计脚的运动特征和脚动控制器的设计5 54 42 2脚动控制器的选用和设计脚动控制器的选用和设计1、何时选用脚动控制器 只有当脚动控制器优于手动控制器时才采用 需要连续进行操作，而用手不太方便的场合； 无论连续操作或间断操作，操纵力较大的情况； 手控制的工作量过大，不能完成控制任务时。5 54 4 脚的运动特征和脚动控制器的设计脚的运动特征和脚动控制器的设计2 采用何种脚动控制器 脚踏板、脚踏钮和脚动

46、开关 操纵力大于50-150N,或操纵力小于50N但需要连续操作，选用脚踏板。 操纵力较小且不需要连续操作，选用脚踏钮和脚踏开关。5 54 4 脚的运动特征和脚动控制器的设计脚的运动特征和脚动控制器的设计脚踏板、脚踏钮和脚动开关脚踏板、脚踏钮和脚动开关5 54 4 脚的运动特征和脚动控制器的设计脚的运动特征和脚动控制器的设计3何种姿态 站姿和坐姿比，尽量采用坐姿操作，这样不但身体容易保持平衡，而且容易出力。坐椅有靠背，单脚操作时，另一只脚也应有靠板。 右脚和左脚比，在用力大小、速度和准确度方面，一般右脚均优于左脚。对于频繁操作、容易疲劳，而且不重要的情况，考虑双脚交替操作。 脚掌和脚趾比，操作

47、力大时采用脚掌着力，操纵里较小或需要快速连续操作时，脚趾着力，脚后跟保持不动。5 54 4 脚的运动特征和脚动控制器的设计脚的运动特征和脚动控制器的设计4 脚动控制器的设计脚动控制器的设计脚踏板，脚踏钮脚踏板，脚踏钮 （1 1）脚踏板）脚踏板分为直动式、往复式和回转式。分为直动式、往复式和回转式。直动式、往复式运动范围受限，故不做精密控制用。直动式、往复式运动范围受限，故不做精密控制用。回转式运动范围大，加适当机构可以做精密控制用。回转式运动范围大，加适当机构可以做精密控制用。5 54 4 脚的运动特征和脚动控制器的设计脚的运动特征和脚动控制器的设计各种踏板的效率各种踏板的效率a 时间最短，时

48、间最短，b、, c、 e 其次，其次，d 最长，比最长，比a长长34%。5 54 4 脚的运动特征和脚动控制器的设计脚的运动特征和脚动控制器的设计（2）脚踏钮 用手不方便的情况下，脚踏钮是取代手按钮的一种控制器。但是空间需要较大。脚踏板常设计成长方形。踏板脚踏板常设计成长方形。踏板下的舒适角不大于下的舒适角不大于2020o o，一般控，一般控制在制在1515o o左右，每脚与人的中线左右，每脚与人的中线叉开叉开1010o o1515o o为宜。为宜。5 54 4 脚的运动特征和脚动控制器的设计脚的运动特征和脚动控制器的设计542脚动控制器的布置 脚动操作器布置要求省力而又舒适。脚动操作器布置要求省力而又舒适。 人正坐操作时，脚踏板应在正中面所在位置上。一人正坐操作时，脚踏板应在正中面所在位置上。一般偏离人体正中面不超过般偏离人体正中面不超过7.512.5cm坐姿脚的作业范围坐姿脚的作业范围C脚踏钮脚踏钮D-5 54 4 脚的运动特征和脚动控制器的设计脚的运动