人机工程学 操纵装置设计ppt课件

.,第五章,操纵装置设计,.,第三节操纵装置设计中的人机学原则,.,.,.,.,.,.,.,肌肉的运动特征,收缩与放松,操作中人的动作类型,1.定位动作,人体朝着所要求的目标移动，并与目标相一致的动作。,2.反复动作,连续不断地重复相同的动作,3.连续动作,连续不断地进行控制。,4.逐次动作,各种基本动作按一定的顺序，有次序地进行的动作。,5.静态调整动作,在一定时间内，人体各部位保持在特定位置上的动作,视觉定位动作,盲目定位动作,控制操纵器的人动作特征,肌肉的部位力的大小,.,各种动作特征,a.反应时间与移动距离无关（4），第1次动作的时间随距离的增长而增加得较快，第2次随距离的增长而增加得较慢；,b.右手由左至右移动的动作时间最短；,c.伸手的动作要比弯肘的动作快。,人体各部位动作一次的最少平均时间（单位s）,1.视觉定位动作特征,J.S.Brown(布朗）实验证明：,移动距离与动作时间的关系,.,2.盲目定位动作特征,盲目定位动作离目标位置的差距（单位cm）,1）向左右方向定位时，盲目定位的准确性随着角度的增大而逐渐降低；,2）右边定位的准确性比向左边定位的略高；,3）下方定位的准确性比正中（与肩平）和上方的高定位的略高；,4）上方的定位准确性为最差。,2.反复动作特征,例如：人用小锤钉钉子：13次/s（最快）1.55次/s（一般）,.,1.不应超出人的用力限度,2.人的操纵力随人的施力部位、着力的空间位置、施力的时间不同而变化，且最大操纵力随持续时间的延长而降低。,3.一般不要使用最大的操纵力，但操纵力不宜太小，用力太小则操纵精度难于控制；,4.在不同的用力条件下，以使用最大肌力的一半和最大收缩速度的1/4操作，能量利用率最高，较长时间工作也不会疲劳；,5.为使必要的静态施力能保持较长时间而不疲劳，最好使其保持在人体最大肌力的15%-25%,平稳转动控制器的最大用力,.,特征编码与识别,形状编码,操纵器的形状和它的功能最好有逻辑上的联系，便于记忆；,应能在不同目视或戴着手套的情况下，单靠触觉也能分辨。,360度,方向,.,使各操纵器都有自己的特征和代号，以便操纵者迅速识别而不致混淆。,.,选择原则,.,受人的习惯因素影响很大-相合性,运动相合性,操纵器与显示器在运动方向上，要符合人的习惯定式。,如顺时针旋转或自下而上，人自然认为是增加的方向。,操纵与显示的相合性是影响人机系统运行效率和可靠性的重要因素。对于操纵与显示的相合性设计，应根据人机工程学原理和人的习惯定式等生理、心理特点，并遵循以下几条原则:,.,实验1200次,操纵器与显示器空间相合性好：减少错误次数；缩短操作时间；提高操作质量。,.,操纵器编码尽可能与显示器编码相一致,操纵显示的编码和编排相合的目的主要是减少信息加工的复杂性，从而提高工作效率。,最好的一种编码方式是操纵钮本身带有灯光信号，按下哪个钮，哪个钮的灯就亮。,.,灵敏度低的操纵器是指它的操纵位移量很大，但显示器的移动量却很小；,灵敏度高的操纵器则是它的位移量小，但显示量大。CD比高，,说明操纵显示系统灵敏度低，CD比低，灵敏度高。,对于最佳CD比选择往往是通过实验得出的，而没有一个理想的计算公式。,旋钮最佳CD比为0.20.8,操纵杆最佳CD比为2.54.0,.,第四节操纵器的布置控制台设计,.,操纵时上臂与前臂形成90度角利于推拉；,无手柄手轮的转动平面与前臂形成1060度角；,以前臂运动转动的带轮手轮转动平面与前臂形成1090度角；,直臂以手腕运动转动的带柄手轮，转动平面与前臂形成1045度角；,.,.,.,.,.,一、控制台的形式,控制台设计,.,控制台作业面,使操作者有良好的手-眼配合协调性。,显示器面板型式,对于大型控制室，设计成显式-控制分体式。,控制台上方干涉点的高度,对于分体式控制台，应注意显式面板的盲点。即需计算干涉点的高度:,h=,二、设计要点,控制器与显示器的布置必须位于作业者正常的作业空间范围内,作业者能,1.良好地观察必要的显示器,2.操作所有的控制器,3.舒适的作业姿势,.,坐姿低台式控制台,坐姿高台式控制台,坐立姿两用控制台,立姿控制台,三、常用的控制台设计,控制台在视线以下；控制面板斜角200,必须兼顾两种操作姿势的舒适性和方便性；在坐姿时应在操作台下设有踏脚板；可调高座椅；按立姿要求设计,在操作台下，不应设有踏脚板。,主显示器后倾100下方以较大倾角35面板安放操作器；应分主次布置,.,标准控制台的尺寸,.,电子化办公台的人体尺度,工作特点：长时间地面对显示屏进行工作。,设计要求：应符合人体各部位的尺寸，以避免工作人员肌肉、颈、背、腕关节疼痛等疾病,飞船控制室,高显示控制台,高速公路控制台,电子化办公台设计,.,电子化办公台的可调设计,在按人体平均尺寸值设计的情况下，必须给予可调节的尺寸范围。,调节方式：,高低、水平、倾角,电子化办公台的组合设计,单元系列、易于拆卸、便于装配、变动灵活。,组合形式：,.,演播厅,监测中心,广电系统控制室（台）,制作机房,.,高速公路总监控室,交警指挥中心,公安局指挥中心,其他组合控制室（台）,.,旋钮,供单手操纵的控制器，可做多圈运动，也可做小于360的转动和定位转动,类型,第五节常用操作器的人机学要素,旋转式操纵装置,.,.,均可作自由连续旋转，适合多圈操作的场合,根据用途的不同，手轮和摇把的大小差别很大,操作速度与其位置密切相关,摇杆,手转把手,.,旋转式控制器因其功能、形状和尺寸的不同，操纵力的大小亦不同，但每一个具体的控制器都有其适宜的用力。,人的扭力大小与身体所处的位置和姿势有很大的关系,用力特征,旋转式控制器的适宜用力,不同直径的手轮、摇把适宜扭力,.,旋转式控制器的外形是由其功能决定的，在此前提下，达到简洁、美观,形体和位置设计,旋转式控制器的的大小应根据使用手指和手的不同部位而定：,手轮和摇把适合作多圈运动,摇把的位置和安装高度,大力,.,新式摇把的造型和尺寸,.,汽车空调控制器,汽车空调控制器,大指拨控制器,移动式操纵装置,.,手柄,手握舒适防止手柄形状丝毫不差地贴合于手的握持部分，尤其不能紧贴掌心,施力方便根据手部的执握状况和用力大小选择手柄执握部分的直径和长度,不产生滑移，同时还需控制它的动作,当操作力较大，空间位置较远时，只能增加杠杆的长度,手柄的适宜用力,.,手握舒适，施力方便，不产生滑动，同时控制其动作。,形状设计,防止手柄丝毫不差的贴合受的握持部分，尤其不能紧贴掌心部分。,手柄,掌心部分肌肉最少；,指骨间肌和手指部分神经末梢满布的部位；,指球肌、大、小鱼际肌是肌肉丰满的部位，是手部的天然减振器。,手握住手柄掌心部分应有空隙，以减少压力和摩擦力的作用。,.,在确定手柄的尺寸时，主要依据手部的执握状态和用力大小，选择手柄的直径和长度，如下表所示：,.,操作杆,长度与操纵频率有很大关系-操纵杆越长，动作的频率越低,执握柄的直径粗细和扁形手柄的厚度不宜太小，过小会引起肌肉的过度紧张，增大疲劳,为节省手的运动、空间和操作的复杂形，可采用复合多功能操纵器,工作行程和操纵力：,.,操纵杆的长度与操纵的频率有关：,形状设计,操纵杆执握柄的尺寸,操作杆,复合多功能的操纵器：附设多种常用的开关。,减少手的运动,节省空间,减少操作的复杂性,.,操纵手柄的设计（以手动果汁机设计为例）,1.结构草图,2.泡沫模型,3.木制模型，并用不同力度来测试手柄,4图纸,5.完成结构和造型设计,.,用力较小一般只有1020N。,用力特征,形状设计,其尺寸形状应按手指的尺寸和指端弧形状设计，操纵舒适，中凹为主优。,按键形式,按压式操纵器,.,.,停止、断电红；起动、通电绿；（也可白、灰、黑色）,盲打者左右手分,.,.,.,.,目前常用的按压式操纵器,各种按钮,液膜按键,汽车空调控制器,.,.,应用人机工学的按压式操纵器,手掌握着的仿形状,按钮仿拇指的形状,.,骨、动脉、神经、韧带和肌腱。,手指由小臂的腕骨伸肌和屈肌通过腕道的腱控制；,腕骨和手臂的尺骨和桡骨相连，控制：,手握式工具设计,.,着力抓握：,抓握轴线与小臂几乎垂直，稍屈的手指与手掌形成夹握。,力与小臂平行（拉锯）,力与小臂成夹角（锤击、扭力）,精确抓握：,由手指和拇指的屈肌夹住。,一般用于控制性的工作（小刀、书写工具）,动作不应同时具有着力和控制两种性质，会加速疲劳，降低效率。甚至会产生多种上肢职业病。,.,一般原则,解剖学原则,避免静肌负荷：如上臂必须上举或长时间的抓握；长时间地在水平面上使用直杆工具。,保持手腕处于顺直状态：手腕顺直操作时，腕关节处于正中的放松状态，但当手腕处于掌屈、背屈或尺偏时，会产生腕部酸痛、握力减小等不适。,避免掌部组织受压力杆工具。,.,女：6080mm男：7090mm,.,.,.,利用虎口施力，避免掌部压力的把手设计,.,避免掌部组织受压力：防碍血液在尺动脉的循环，引起局部缺血，导致麻木、刺痛感。,避免手指重复动作：反复用食指操作扳机式控指器，会导致扳机指症状。,.,.,.,.,剪刀产品欣赏注意把手的设计,园艺剪刀,直径,取决于工具的用途和手的尺寸：,着力抓握：3040mm,精确抓握：816mm,.,手握姿式,用力,精确,按钮的设计,长度,取决于手掌宽度的尺寸：,掌宽：7197mm,把手长度：100125mm,.,.,.