人机工程学设计原则

手工工具设计,第二讲 人机工程学设计原则,一般设计原则1.它必须有效地实现预定功能。例如一把斧子必须将其最大动能转入斩切作业，利索地劈开木头纤维，并抽出斧头；,2.它必须与其使用者身体成适当比例，使人力作业效率最大。,3.它必须按照作业者的力度和工作能力来设计，因此要适当考虑性别、年龄、训练程度、身体素质的差异性；,4.它不应引起过度疲劳，即不应引起作业者采取不寻常的作业姿势或动作而消耗更多的体能。,5.它必须以一些形式向其使用者提供一些感官反馈，如压感、一定的振动、触感、温度等形式。6.它所需要的开发资本和维护成本应当是合理的。,考虑生理因素,1.避免静态肌肉施力当需要臂部较长时间握持工具时，肩部、臂部和手部的肌肉可能处于静态负载，将导致疲劳和作业效能下降，长时间作业，也会导致前臂疼痛。使肘部角度基本保持在90度，可以解决该问题,2.避免不协调的腕部方位腕部偏离偏离其中位后，手的持握力将有减损。而且别扭的手部方位将导致手部疼痛。,2.避免不协调的腕部方位腕部偏离偏离其中位后，手的持握力将有减损。而且别扭的手部方位将导致手部疼痛。,腕部处于平直和弯曲状态,两种状态下的实验比较,3.避免掌部组织受压如作业者的掌心或者手指受到了相当大的压力，严重时可能引起肌肉萎缩。,1979年的水龙头。拧动旋扭时，掌心极易产生压痛。,改进方式：应适当设计工具把手，加大其与手部的接触面积，分散压力。,4.避免手指重复地动作手指如果长时间的按压开关，将产生静态肌肉负载，也会导致手指疲劳，降低灵活度。,拇指开关 凹陷的指压板开关,作业空间和工位相关的综合因素,讨论工具设计和使用原则时，还要结合特定的任务、作业姿势、工位及其空间等因素综合加以考察。 当 工位、作业空间和作业姿势等发生变化时，要对工具的定位加以重新考虑和调整。,持握类型和持握姿势,人手的灵巧性可以用抓握（power grip)(即用力持握）和精密持握（precision grip)两类持握动作来概括。,把手设计,（1）直径。研究表明，对于方盒物体上的把手，31mm38mm的直径有利于保持最大握力。对于操纵活动，采用22mm的直径最好。对于抓握，把手直径为30-40mm, 并以40mm为最好。,（2）长度。把手长度一般应保证四个手指能够握持。把手长度至少应有100mm,为120mm时能舒服地握持。在设计中应有针对性地加以应用,（3）形状。研究表明，把手形状更多的与作业任务和作业动作的类型息息相关，并不总是要使用圆形断面。比如施加推力时，使用三角形断面的把手最好，采用高宽比为0.67到0.8的方形断面对很多任务都是不错的。,可以使把手的形状与手部的轮廓、形状相适配，但是 要考虑到不同的使用者手部尺寸差异性很大。,还可以在把手末端作限位形体处理，可以防止手从把手上滑脱。,对于特定的作业任务，有时还有一些把手形式。,（4）角度。研究表明，适当的把手角度设计有利于保持腕部平直，避免损伤。总的原则是，在正常情况下，“抓握中心线”应该与前臂轴线呈大约70度的夹角。,使工具弯曲，而不是使手腕弯曲。,双把手手工工具设计,对于钳子等双把手工具，抓握跨距是最为重要的要素。研究表明，当两只把手平行时，抓握跨距为约45mm50mm时握力最大，当它们呈八字形时，跨距在约75mm80mm时握力最大。,总之，在人机工