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第九章控制器设计中的人的因素 第九章控制器设计中的人的因素 2 2020 3 6 第一节控制器概述 控制器概念控制器分类 第九章控制器设计中的人的因素 3 2020 3 6 控制器概念 控制器 用以将人的控制信息传递给机器的装置人能通过触觉 本体感觉 视觉从控制器接受完成作业所需的反馈信息 控制器构成了人机系统的又一人机界面例子 按钮 板钮开关 手柄 旋钮等 第九章控制器设计中的人的因素 4 2020 3 6 控制器分类 根据操作所用身体部位根据输入信息的特点根据运动方式 第九章控制器设计中的人的因素 5 2020 3 6 根据操作所用身体部位手控制器动作灵活 精细 准确 变化多足控制器手的负荷过重 需要大力气操作言语控制器不需要辨认 使用方便 不妨碍手的操作 第九章控制器设计中的人的因素 6 2020 3 6 根据输入信息的特点离散位选控制器调出有限的确定的几种状态 状态变化是跃变式的连续调节控制器在一个连续体上调节 状态变化是平滑 渐进的 如追踪活动控制状态少于25种 需要输入数字 字母或开关是否等信息 使用离散位选控制器 第九章控制器设计中的人的因素 7 2020 3 6 根据运动方式平移控制器旋转控制器考虑控制与显示 控制与系统输出的运动兼容 第九章控制器设计中的人的因素 8 2020 3 6 控制器的分类 第九章控制器设计中的人的因素 9 2020 3 6 第二节控制器的一般设计要求 充分考虑人的因素考虑人的操作速度和准确性特点 人的用力能力 人体的动态和静态尺寸及生物力学特性等因素 第九章控制器设计中的人的因素 10 2020 3 6 主要内容 控制器编码控制器的一般设计问题具体控制器的设计 第九章控制器设计中的人的因素 11 2020 3 6 控制器的编码 控制器的编码以适宜的刺激作代码标志控制器的功能特点对具有多个控制器的系统 为了提高控制器的可辨性 应该对控制器进行编码 不仅能提高操作绩效 防止误操作 减少训练时间七种编码方式 位置 标记 颜色 形状 表纹 大小 操作方法 第九章控制器设计中的人的因素 12 2020 3 6 编码方式的选择取决以下几种条件 1 操作者使用控制器的任务要求 2 辨认控制器的速度和准确性要求 3 该种编码在其他系统中使用的程度 4 需要编码的控制器的数目 5 照明条件 6 可用的控制板空间 第九章控制器设计中的人的因素 13 2020 3 6 A 形状编码形状编码是将不同用途的控制器 设计成不同的形状 以此使各控制器彼此之间不易混淆 它虽然可以通过视觉辨认 但主要用于触觉辨认 采用形状编码应注意以下几点 第九章控制器设计中的人的因素 14 2020 3 6 控制器的形状应尽可能反映控制器的功能 即有意义或形状上的联系 使操作者由控制器的形状联想到该控制器的用途图为美国空军飞机所使用的控制器形状编码 例如起落架控制器形状与其功能相联系 在紧急情况下 可大为减少因错误控制器而造成的飞行事故 第九章控制器设计中的人的因素 15 2020 3 6 控制器的形状应使操作者在无视觉指导下 仅凭触觉也能分辨不同的控制器 编码所选用的各种形状不宜过分复杂詹金斯 Jenkins 1974年通过实验 得出两组每组各8个凭触觉即可辨认的手柄形状 如图所示 第九章控制器设计中的人的因素 16 2020 3 6 应使用操作者在戴手套的情况下 也可以通过触摸而区分不同的控制器 图为享特 D P Hunt 通过实验在31种旋钮形状中筛选出的三类16种适合于不同情况的识别效果好的用于形状编码的旋钮 其中 A类 图4 5a 适用于作360 以上的连续转动或频繁转动 钮偏转的角度位置不同有重要的信息意义 B类 图4 5b 适用于旋转调节范围不超过或极少超过360 的情况下 钮偏转的角度位置可提供重要信息 C类 图4 5c 旋转调节范围不宜超过360 钮的偏转位置可提供重要信息 例如用以指示刻度或状态 第九章控制器设计中的人的因素 17 2020 3 6 控制器的表面纹理可以通过触觉加以辨认 因此用不同的表面纹理对控制器进行编码 布瑞德内 Bradley 对光滑的 带槽纹的和压花纹的三类9种不同表面纹理的旋钮进行了实验研究 研究结果表明 人在无视觉指导下 三类旋钮之间不会发生混淆 但在三种带槽纹的旋钮之间 三种压花纹的旋钮之间则有不同程度的混淆 因此 研究者认为 光滑的 带槽纹的和压花纹的三类表面纹理可用作控制器的纹理编码 如电话机上数字5键 计算机键盘上的F J键都属于这类编码的控制器 B 表面纹理编码 第九章控制器设计中的人的因素 18 2020 3 6 大小编码是通过控制器的尺寸大小不同来分辨控制器 因此 通常在尺寸上分为大 中 小三档 超过三种就不容易辨识 控制器大小之间的尺寸级差必须达到触觉的识别阈限 大小编码不如形状编码有效 C 大小编码 第九章控制器设计中的人的因素 19 2020 3 6 布瑞德内通过实验研究发现 旋钮直径相差达1 2in 约12 5mm 厚度相差达3 8in 约9 5mm 时 人即可通过触觉非常准确地加以分辨 他建议使用三类表面质地 光滑的 有凹槽的和有凸隆的 三种直径 3 4 11 4 13 4in 约19 31 8和44 5mm 和两种厚度 3 8 3 4 约9 5 19cm 结合 设计18种可供触觉分辨的旋钮 控制器的大小编码不如形状编码那么有效 并且需要占用较大的空间 大小编码最好与形状编码组合使用 第九章控制器设计中的人的因素 20 2020 3 6 位置编码是根据控制器在产品面板或控制台上的位置的不同来分辨控制器的 它们的位置可通过视觉或动觉辨认 为了减少使用时的搜寻时间 应该使操作者在没有视觉辅助尺寸能准确操纵控制器 一项实验研究结果表明 在无视觉指导下 水平排列的肘节开关 间距为25mm时 摸错的百分率约为40 而垂直排列时 同样间距 摸错的百分率只有大约17 由图可知 肘节开关垂直排列比水平排列时正确识别率高 一般肘节开关垂直排列 间距超过130mm时 仅凭触觉 摸错的百分率很低 而水平排列时 间距至少应为200mm 或再大一些 如果控制器可按顺序操作 垂直路线自上而下排列 水平路线应自左而右排列 D 位置编码 第九章控制器设计中的人的因素 21 2020 3 6 将不同功能的控制器 涂以不同的颜色 以示彼此之间的区别 称为颜色编码 颜色编码分为两种形式 其一是对一个控制器用一种颜色相互区分 这适合于控制器比较少的产品 其二是把功能相近或功能上有一定联系的控制器放置某一颜色区域内 作为控制器使用功能的区分 这种情况适合于控制器较多的产品 由于颜色只能凭借视觉分辨 因此使用颜色编码方式时 控制器必须安装在操作者视线可以达到的位置上 而且应有良好的环境照明条件 用作代码的颜色所具有的标准意义 如紧急关闭控制器采用红色 颜色编码最好与其他编码方式如形状编码 大小编码等结合使用 以提高控制器的可分辨性 E 颜色编码 第九章控制器设计中的人的因素 22 2020 3 6 在不同控制器的上方或旁边 标注不同的文字或符号 通过这些文字或符号标示控制器的使用功能 即为标记编码 如计算机显示器的色彩 对比度等的调节旋钮 如计算机显示器的色彩 对比度等的调节旋钮 它是一种简单而又应用很普遍的编码方式 采用这种编码方式 需要有良好的照明条件 同时还需要占有一定的控制面板 采用标记编码时应注意 标记要简明 通用 尽可能不使用抽象符号 标记应清晰 可读 标记位置应有规则性 并在操纵时标记在祖母范围内 尽量把标记放在控制器上方 应有良好的周围照明条件允许可使用局部照明或者采用自发光标记 F 标记编码 第九章控制器设计中的人的因素 23 2020 3 6 对不同的控制器在操纵过程中 给予不同的声音由声音区别不同控制器 在使用中予以区分 如电话电话机上每一个数字键都有不同的声音 声音编码也不能单独使用 同样需要与其他编码方式结合使用 G 声音编码 第九章控制器设计中的人的因素 24 2020 3 6 综上所述 控制器编码设计应满足的基本要求是 所用代码首先应该是可觉察格可辨认的 重要的控制器应与其他控制器在编码上应予以突出 为便于对编码所标志的的控制功能的理解 代码应具有与功能概念上的兼容 以及功能意义 为了促进编码的记忆和减少习惯的干扰 尽量采用标准化的代码 第九章控制器设计中的人的因素 25 2020 3 6 二 控制器的一般设计问题 2 1控制器的外形结构2 2控制器的阻力2 3操作信息反馈2 4防止控制器的偶发启动 第九章控制器设计中的人的因素 26 2020 3 6 控制器的大小与其使用目的和使用方法有密切关系 控制器的尺寸设计不仅应当与操纵控制器的身体部位尺寸相适应 而且还必须最大限度地适合于人的使用 操作者的操作方式 对于手动控制器 不同的操作方式要求不同的控制器尺寸 而操作方式则取决于手的哪一部分操纵控制器 图4 7手操纵控制器的六种方式 用手指指尖推压的按钮 操纵力是通过手指施加于控制器的 其直径至少应与手指指尖等宽 约10mm 需要用手握住进行操纵的手柄 其直径过小 容易引起肌肉过度紧张 直径过大 则手难于握牢 实验结果表明 手柄直径为50mm时 手和手柄的接触面积以及握力的发挥都有是最为理想的 2 1控制器的外形结构 第九章控制器设计中的人的因素 27 2020 3 6 手动控制器的形状设计应考虑手的生理特点 指还应肌 大鱼际肌和小鱼际肌是手掌上肌肉最丰富的部位 而掌心是肌肉最少的部位 指骨间肌则是布满神经末梢的部位 见图4 8a 手柄形状应使手柄被握住的部位与掌心和指骨间肌之间留有空隙 以改善掌心和指骨间肌集中受力状态 保证手掌血液循良好 神经不受过强压迫 据此 图4 8中的 三种形状的手柄 适用于持续用力时间较长的操作 三种手柄形状适用于瞬间操作或施力不大时的操作 第九章控制器设计中的人的因素 28 2020 3 6 控制器的形状设计 应使操纵控制器的过程中 手腕与前臂尽可能在纵向形成一条直线 保持手腕的挺直状态 避免手腕弯曲 对于使用手指指尖按压的控制器 其按压面的形状应呈凹形 而使用手掌按压的控制器 其按压面的形状则应呈凸形 使之适合于指尖和手掌的操作 控制器的形状影响到抓握和操纵控制器的姿势 别扭的姿势容易引起肌肉疲劳或增加操作难度 因此 控制器形状应该有利于控制器 舒适 方便和灵活地操纵 第九章控制器设计中的人的因素 29 2020 3 6 控制器的表面质地可以是光滑的也可以是有花纹的光滑的表面在操作时容易改变手在控制器上的位置 在用力操作时也容易引起手滑脱有纹理的控制器表面可产生一定的摩擦阻力 有利于操作和防止手滑动 纹理的排列应与用力方向成合理的角度以确保施力有效 且纹理也不应过分粗糙 以手使用舒适和良好的手感为宜 第九章控制器设计中的人的因素 30 2020 3 6 不论手动控制器还是脚动控制器都应有一定的操作阻力 操作阻力的作用 在于提高操作的准确性 平稳性和速度以及向操作者提供反馈信息 以判断操纵是否被执行 同时防止控制器被意外碰撞而引起的偶发启动 因而控制器应根据操作要求选择适宜的阻力 控制器的操作阻力主要有静摩擦力 弹性阻力 粘滞阻力和惯性等4种 静摩擦力适宜于不连续控制 弹性阻力和粘滞阻力可提供操纵反馈信息 帮助操作者提高控制的准确度 适宜于连续控制 惯性可用于准确度要求不高的控制 如家用电器的音量调节 2 2控制器的阻力 第九章控制器设计中的人的因素 31 2020 3 6 不同类型控制器所需的最小阻力 第九章控制器设计中的人的因素 32 2020 3 6 操作阻力的大小与控制器的类型 安装位置 运动距离 使用频率 持续时间 施力方向等因素有关 操作阻力大小的选择 不宜过小也不宜过大 阻力过小 起不到上述有益于控制的作用阻力过大则影响操作速度和容易引起肢体的疲劳一般操作阻力的最大值应使大多数操作者的都能操作 即可按第5百分位操作者的用力能力来设计 以保证绝大多数操作者操作时不感到困难 操作阻力的变化应大于操纵者辨认阻力的差别阈 第九章控制器设计中的人的因素 33 2020 3 6 控制器的4种阻力的特性 第九章控制器设计中的人的因素 34 2020 3 6 设计控制器时 应考虑通过一定的操作信息反馈方式 使操作者获得关于操作控制器结果的信息 以便使操作者及时纠正执行的错误信息 视觉操作反馈信息可通过设置的显示器获得 例如操作到位时信号灯发光或操作到位时显示屏提示操作已经执行 也可通过操作阻力的变化获得 此时 阻力的变化应大于操作者辨认用力的差别阈值 还可通过操作者的眼睛 手 手臂 肩 脚 腿等感受到的位移或压力来获得 以及耳朵听到的机器发出的声音的变化获得 2 3操作信息反馈 第九章控制器设计中的人的因素 35 2020 3 6 偶发启动 在操作过程中 由于操作者的无意碰撞或牵拉控制器或外界振动等而引起的控制器的偶发启动 即在不必要的时候意外地驱动了控制器 防止控制器偶发启动的7种办法 可供设计控制器时选用 避免发生这类错误 2 4防止控制器的偶发启动 第九章控制器设计中的人的因素 36 2020 3 6 将控制器安装在陷入控制板的凹槽内 在控制器上加保护罩 如 手机翻盖 将控制器安装在不易被碰撞的位置上 使控制器的运动方向向着最不可能发生意外用力的方向 第九章控制器设计中的人的因素 37 2020 3 6 操作者必须连续作两种操作运动 才能使控制器被启动 而后一种操作运动与前一种操作运动的方向不同 以此将控制器锁定在位置上 一组控制器必须按正确的顺序操作时才能被启动 使控制器彼此之间具有联锁作用 如配电柜上的油开关和刀闸开关的操作顺序联销 适当增大控制器的操作阻力 以上七种方法各有利弊 酌情选用 第九章控制器设计中的人的因素 38 2020 3 6 控制器的设计要充分满足操作者在产品使用过程中能安全 准确 迅速 舒适地操作 因而设计时应考虑操作者的体形和生理 心理特征 以及人的能力限度 使控制器的形状 大小等都具有宜人性和人的施力特征 三 具体控制器的设计 第九章控制器设计中的人的因素 39 2020 3 6 3 1控制器设计的基本要求3 2手动控制器的设计3 3脚动控制器的设计3 4控制 显示的相合性3 5控制器设计与选择的人机原则 第九章控制器设计中的人的因素 40 2020 3 6 控制器应根据人体测量数据 生物力学以及人体运动特征进行设计 对于控制器的操纵力 操纵速度 安装位置 排列布置等 应按总体操作者中第5百分位操作者的能力来设计 使控制器适合于大多数人的使用 对要求快速而准确的操作 应设计和选用手指或手操纵的控制器 如按钮 按键 手闸 杠杆键 拨动或摆式控制器等 对于用力较大的操作 则应设计成手臂或下肢操纵的控制器 3 1控制器设计的基本要求 第九章控制器设计中的人的因素 41 2020 3 6 控制器的运动方向应与预期的功能和产品的被控方向一致 如控制器向上扳动或顺时针方向转动 从功能角度看 应表示向上 按通 或加强 从机器设备被控角度看 应表示机器设备向上运动或向右转动 当产品运行为上下直线运动时 控制器也应作上下直线运动 当产品转圈时 控制器宜采用手轮 如汽车转弯 应采用圆形方向盘 第九章控制器设计中的人的因素 42 2020 3 6 应尽量利用控制器的结构特点 如利用弹簧 杠杆原理等 或利用操作者身体部位的重力进行控制 对于连续性或重复性的操作 应使身体用力均匀 而不应只集中于某一部位用力 以减轻疲劳和避免产生单调厌倦感 尽量设计和选用多功能控制器 以节省空间并减少手的运动和加强视觉辨认 如计算机的多功能鼠标和游戏操纵杆等 第九章控制器设计中的人的因素 43 2020 3 6 旋钮是一种应用广泛的手动控制器 旋钮具用手指的拧转来达到控制的 根据功能要求 旋钮一般分为以下三类 第一类适用于作360 以上旋转 其转动位移并不具有位置信息意义 第二类适用于调节控制 转动角度范围不超过360 第三类旋钮是在每一转动位置具有重要的信息意义选择开关 根据形状 可分为圆形 多边形 指针形和手动转盘等 3 2手动控制器的设计 3 2 1旋钮 第九章控制器设计中的人的因素 44 2020 3 6 旋钮的大小应使手指和手与其轮缘有足够的接触面积 便于手捏紧和施力以及保证操作的速度和准确性 因此 旋钮的直径不宜太小 但也不宜太大 布瑞德内通过实验研究发现 不论对正常的轴摩擦力还是较大的轴摩擦力 旋钮的直径以50mm为最佳 当旋钮直径偏离最佳值时 转动旋钮的时间将随轴摩擦力的增加而明显增加 为了使手操纵旋钮时不打滑 常把手操作部分的钮帽做成各种齿纹 以增强手的握执力 第九章控制器设计中的人的因素 45 2020 3 6 这种旋钮多呈圆柱状或圆锥台状 钮帽边缘有各种槽纹 常用于需要连续旋转一圈或一圈以上 定位精度要求不高的场合 连续旋转旋钮的设计参数如下 2 3个手指操作的旋钮 直径10 30mm 长度15 25mm 手掌操作的旋钮 直径35 75mm 长度30 50mm 旋钮的最大操纵力矩为0 78N m 大旋钮的操纵力矩为3 14N m 操作阻力矩为0 034 0 49N m 圆形旋钮在功能允许的情况下 可做成同心多层旋钮 这样做既节省空间 操作也方便 但要设计合理 避免无意操作 这种旋钮可做成两级或三级 当同心成层旋钮为三级时 可采用布德内提出的最佳尺寸 中级旋钮的直径为38 1 63 5mm A 圆形旋钮 第九章控制器设计中的人的因素 46 2020 3 6 第九章控制器设计中的人的因素 47 2020 3 6 三级旋钮三个圆形旋转表面之间的距离应大于19 2mm 且下级旋钮的厚度应大于6 4mm 如图4 13所示 为防止无意驱动 同心成层旋钮还应具有足够的摩擦阻力 第九章控制器设计中的人的因素 48 2020 3 6 这种旋钮一般用于不需连续旋转 旋转定位精度不高 调节范围不足一圈地方 B 多边形旋钮 第九章控制器设计中的人的因素 49 2020 3 6 这种旋钮可具有3 24个控制位置 调节范围不足一圈 在调节过程中 刻度盘不动 通过旋转指针形状的钮 确定旋钮的旋转位置 如电表上的调节旋钮 其特点是读数定位迅速 指针旋钮的设计 旋钮长度L最小为25mm 宽度b最大为25mm高度h为12 5 75mm 阻力为3 3 13 3N C 指针式旋钮 第九章控制器设计中的人的因素 50 2020 3 6 指针旋钮应采用弹性阻力 并通过阻力的变化 即旋转旋钮时 阻力增大 旋钮到达控制位置时 阻力变小 提供反馈信息 也可通过操纵到位时发出的卡嗒声提供反馈信息 手动转盘式旋钮与指针式旋钮具有相同的功能 它与指针式旋钮的不同点仅在于 它是以指针不动而转动刻度盘 来达到预定控制位置的 第九章控制器设计中的人的因素 51 2020 3 6 按钮也称为按键 揿钮 按钮是用手指或工具按压进行操作 图4 16步话机上部分按钮 按其外表面来分类 可分为 圆柱形 方形 椭圆形和其它形状等按用途可分为代码钮 包括数字与符号钮 功能钮和间隔钮三种按接触情况可分为接触式和非接触式 如光电开关等 优点是节省空间 便函于操作和记忆 按钮或按键是仅在一个方向操作的控制器 按钮的尺寸 主要根据人的手指端尺寸确定 用拇指操作的按钮 其最小直径建议采用19mm 用其他手指尖操作的按钮 其最小直径建议采用10mm 如果根据四个手指宽度的平均值 且整个指尖都按压在按钮上 一般圆弧形按钮直径以8 18mm为宜 矩形按钮以10 10 10 15或15 20mm为宜 按钮高出盘面5 12mm 按钮的升降行程3 6mm 按钮之间的间隔距离一般为12 5 25mm 最小不得小于6mm 3 2 2按钮或按键 第九章控制器设计中的人的因素 52 2020 3 6 按钮应采用弹性阻力 阻力的大小取决于用哪个手指操作 有关研究结果表明 用食指尖操作的按钮 阻力为2 8 11N 用拇指操作的按钮 阻力为2 8 22N 各手指均可操作的按钮 阻力为1 4 5 6N 按钮的阻力不宜太小 以防被无意驱动 第九章控制器设计中的人的因素 53 2020 3 6 按钮可用卡嗒声或阻力的变化向操纵者提供到位反馈信息 也可通过指示灯提供反馈信息 使用指示灯的效果通常与同时亮着的灯的数目成反比 即同时亮着的灯越多 对操作者的意义越小 现在使用按键最多的地方是各种计算机的键盘 通过键盘人们把文字和数字信息输入计算机 并操纵计算机进行工作 人们使用键盘的最高击键速度可以达到期15次 s 一个熟练的使用者平均击键速度为5次 s 由于大量信息需键盘输入计算机 因此 键盘的设计应考虑人手指按压键盘的力度 回弹时间及使用频度 手指移动距离等 如图4 17所示 这种QWERTY键盘几乎成了所有英文键盘的布局标准 它设有功能键 F1 F12 字母键区 数字键区 分列的光标控制键和特殊功能键区 第九章控制器设计中的人的因素 54 2020 3 6 按钮的颜色主要根据使用功能选定 例如 红色按钮表示 停止 断电 或发生事故 起动 通过 首先选用绿色按钮 也允许使用白色 灰色或黑色按钮 对于连续按压后改动功能的按钮 如第一次按压为 启动 接着第二次按压为 停止 则忌用绿 红色 应采用黑色 白色或灰色 按下为开 抬起为停的或级进的按钮 宜采用黑色 忌用红色 单一功能的复位 可用蓝 黑 白或灰色按钮 对同时具有 停止 或 断电 功能的采用红色按钮 第九章控制器设计中的人的因素 55 2020 3 6 扳动开关一般只有开和关两种功能 但可分为两种控制位置 开和关 和三种控制位置 关 低速 高速 对于有两种控制位置的扳动开关 其位移量 最小为30 最大为120 理想的为120 对于有三种控制位置的肘节开关 其位移量 最小为18 最大为60 理想的为25 扳动开关的其他设计参数参考图4 19 d为3 25mm L为12 5 50mm 操作阻力 对于小开关 为2 8 4 5N 对于大开关 为2 8 11N C 扳动开关 第九章控制器设计中的人的因素 56 2020 3 6 控制杆是一种需要用较大的力操纵的控制器 控制杆的运动多为前后推拉 左右推拉或作圆锥运动如汽车变速杆 因而其需占用较大的操作空间 适用于小范围内的速度调节 控制杆的长度根据设定的位移量和操纵力决定 当操纵角度较大时 控制杆端部应设置球状手把 球状手把用指尖抓住时 其直径为12 5mm 用手握住时 其直径为12 5 25mm 最大不超过75mm 控制杆的操纵角度以30 60 为宜 一般不超过90 见图4 20 控制杆的位移量随控制杆的运动方向不同而不同 当控制杆前后运动时 最大为350mm 控制杆左右运动时 最大为950mm 控制杆的最小阻力 用手指操作时为3N 用手操作时为9N 最大阻挠力 用手指操作时为9N 用手操作时如表4 10所示 D 控制杆 第九章控制器设计中的人的因素 57 2020 3 6 对于需要使用很大力量操纵的控制杆 为便于施力 手把的位置 对于立姿作业应与肩同高 对于坐姿作业应与肘同高 并应在操作者臀部和脚部设置支撑 如图4 19所示 在操作过程中 应尽量减少身体的扭转 第九章控制器设计中的人的因素 58 2020 3 6 表4 10控制杆的最大阻力 第九章控制器设计中的人的因素 59 2020 3 6 手柄是一种杆式控制器 一般采用的手柄具有弹性阻力 当操作它时 产生位移 手松开后它自动返回 手柄具有快速回转和连续调节的特点 适用于大范围的精调和粗调 其控制定位不好掌握 手柄的形状和尺寸 可参考图4 22 轻载荷或高速旋转时 d为13 25mm 手柄的操作阻力与其旋转半径和转速有关 对于作高速回转运动的手柄 当旋转半径L为12 5 75mm时 阻力为8 8 22N 当旋转半径为125 200mm时 阻力为22 44N 在0 5 1r min之间作精确定位时 阻力为 2 3 8 8N 35N 手柄设计要求主要是手握舒服 用力方便 不产生滑动 手握部分可设计成自转 操作手柄时 操纵力的大小与手柄距地面的高度 操纵方向 使用左右手不同等因素有关 如表4 11所示 表4 12为操纵速度与手柄长度的关系 由表可知 手柄长度为60mm时 可获得最大转速 E 手柄 第九章控制器设计中的人的因素 60 2020 3 6 表4 11手柄适宜操纵力 表4 12手柄操频率与手柄长度关系 第九章控制器设计中的人的因素 61 2020 3 6 转轮的功能相当于旋钮或曲柄 但它的转动力量较旋钮和曲柄大 故适宜于要求控制力量较大场合 转轮可连续旋转 因此操作时没有明确的定位位置 常用作汽车 轮船的驾驶方向盘 也用于机械设备的控制 见图4 23 转轮可单手操作或双手操作 当单手操作时 其直径最小为50mm 最大为110mm 当双手操作时 其直径最小为180mm 最大为530mm 轮圈直径为19 50mm 为便于施力 可在其边缘刻上手指状凹槽 转轮的操作阻力 单手操作时 为22 133N 双手操作时为22 220N 转轮 手柄的适宜安装位置和旋转半径之间的关系 如表4 13所示 表列安装位置如图4 24所示 F 转轮 第九章控制器设计中的人的因素 62 2020 3 6 第九章控制器设计中的人的因素 63 2020 3 6 表4 13转轮 手柄的适宜安装位置和尺寸 表4 13转轮 手柄的适宜安装位置和尺寸 第九章控制器设计中的人的因素 64 2020 3 6 脚操纵的控制器主要有两种形式 脚踏板和脚踏钮 脚踏板的形式又分为直动式 摆动式和回转式脚控制器常用于以下情况 需要连续进行操作 而用手又不方便的场合 无论连续性控制还是间歇性控制 其操纵力超过50 150N的情况 手的控制工作量太大 不适宜完成控制任务的场合 当操纵力超过49 147N 或操纵力小于49N但需要连续操作时 宜选用脚踏板 对于操纵力较小 且不需要连续控制时 宜选用脚踏钮或脚踏开关 3 3脚动控制器的设计 第九章控制器设计中的人的因素 65 2020 3 6 第九章控制器设计中的人的因素 66 2020 3 6 表4 14脚操纵器适宜用力的推荐值 第九章控制器设计中的人的因素 67 2020 3 6 直动式脚踏板有以鞋跟为转轴和脚悬空的两种 以鞋跟为转轴的踏板如汽车的油门踏板 如图4 27 A 脚踏板 第九章控制器设计中的人的因素 68 2020 3 6 脚悬空的踏板如汽车的制动踏板 这种脚踏板的位置有3种 图4 28a表示座位较高 小腿与地面夹角很大 脚的下压力不能超过90N 图4 28b表示座位较低 小腿与地面夹角较图4 28a小 此时脚的蹬力不能超过180N 图4 28c表示座位很低 此时小腿较平 一般蹬力能达600N 由图可知 脚踏板与珍保持适宜的位置关系 有利于人向踏板施力 第九章控制器设计中的人的因素 69 2020 3 6 当需要大的操纵力时 踏板的安装高度应与座椅面同高或略低于座椅面高 如图4 29所示 两受力点 图中用表示 的连线基本平行于椅面 座椅靠背与受力点连线成80 膝关节角成135 155 脚与小腿成90 且脚踏板偏离人体正中矢状面应不超过75 125mm 第九章控制器设计中的人的因素 70 2020 3 6 脚踏板须有一定的操纵阻力 以便向操作者提供反馈信息 并防止踏板被无意操作 最大阻力应根据第5百分位操作者的用力能力设计 最小阻力的设计 必须考虑不操作时操作者的脚是否放在脚踏板上 若需要将脚放在脚踏板上 则踏板的初始阻力至少应能承受操作者腿的重量 踏板的外形尺寸 主要取决于工作空间和踏板间距 但必须保证脚与踏板有足够的接触面积 保证操纵的可靠性 踏板的操纵位移应适量 位移量过小 不足以提供操作反馈信息 位移量过大 则易于引起操作者的疲劳或影响操作活动 表4 15为美国推荐的踏板设计参数 可供实际设计参考 第九章控制器设计中的人的因素 71 2020 3 6 表4 15脚踏板设计参数推荐值 第九章控制器设计中的人的因素 72 2020 3 6 脚