人體工程學(xué)操作供參習(xí)

1、頁眉內(nèi)容第五章操作裝置設(shè)計本章重難點分析本章重點在于了解掌握手足尺寸與人體關(guān)節(jié)活動；控制器的類型以及其選擇標(biāo)）隹；控制器設(shè) 計中的人機因素；把握控制器的編碼方法，如：形狀編碼、大小編碼、位置編碼等；要還介紹了 一些典型控制器的設(shè)計以及握按鈕、開關(guān)、方向盤以及操縱桿等的設(shè)計方法。人體的施力與運動輸出特性作為高起專學(xué)生了解的內(nèi)容不做要求。第五章操作裝置設(shè)第一節(jié)手足尺寸與人體關(guān)節(jié)活動一、人體手足尺寸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，然后操縱機器的運行。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

2、縱裝置和器物設(shè)計中人的因素，主要是指手腳的操縱特 性，包括人體手腳尺寸、肢體的施力與運動特性等，因此本章首先給出有關(guān)這方面的基本知識。人體手足尺寸是操縱器尺寸設(shè)計的基本依據(jù)。GB /T 10000 -1988給出了中國成年人的手 部基本尺寸，和足部基本尺寸，參看圖5-1、表5-1和圖5-2、表5-2。圖5-1人體手部尺寸圖5-2人體足部尺寸表5-1人體手部尺寸 （單位：！ ）表5-2人體足部尺寸 （單位：！ ）二、人體關(guān)節(jié)的活動.手部關(guān)節(jié)活動范圍手部的關(guān)節(jié)活動可分為腕關(guān)節(jié)活動和指關(guān)節(jié)活動兩種類型。腕關(guān)節(jié)主要有兩個自由度的活動：向手心或手背方向的轉(zhuǎn)動，分別稱為掌側(cè)屈、背側(cè)屈， 參看圖5-32;向

3、拇指或小手指方向的轉(zhuǎn)動，分別稱為橈側(cè)偏、尺側(cè)偏（兩根前臂骨中大拇指 一側(cè)的那一根叫橈骨”小手指一側(cè)的那一根叫尺骨”橈側(cè)偏、尺側(cè)偏的名稱即由此而來）， 參看圖5-3b。腕關(guān)節(jié)雖能繞中指方向軸線作一點小角度的轉(zhuǎn)動，但很費力，實際上主要由小臂 轉(zhuǎn)動來完成這樣的活動。圖5-3中標(biāo)注了經(jīng)實驗測定的幾個可達(dá)，的參考數(shù)據(jù)，需要注意的是： 人雖然能夠活動到這個限度，但在接近此限度的狀態(tài)下工作卻是勞累的，時間長了還容易致傷， 應(yīng)該避免。圖5-3腕關(guān)節(jié)的活動范圍a）掌側(cè)屈和背側(cè)屈b）橈側(cè)偏和尺側(cè)偏與手掌相連的指關(guān)節(jié)有兩個自由度的活動：手指握拳或伸開的伸屈活動；指間張開或并攏的 張合活動。不與手掌相連的指關(guān)節(jié)只能作

4、伸屈活動。.人體的其他關(guān)節(jié)活動人體全身還有其他很多關(guān)節(jié)，這些關(guān)節(jié)的最大活動范圍和能輕松舒適調(diào)節(jié)的范圍參看表5- 3。表列數(shù)值適用于一般情況。年歲較高者，或衣著較厚者，關(guān)節(jié)活動范圍有所減少。人體可以 大體看作是由多個關(guān)節(jié)連接而成的一個連環(huán)結(jié)構(gòu)，正像腰關(guān)節(jié)總的轉(zhuǎn)動角度是由幾對腰椎骨間的 轉(zhuǎn)角累加的結(jié)果，全身各部位能夠達(dá)到的活動角度，也是各有關(guān)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度累加的結(jié)果。表5 -3人體主要關(guān)節(jié)的最大活動范圍和能舒適調(diào)節(jié)的范圍關(guān)節(jié)身體部位活動方式最大角度/（）最大活動范圍/（）舒適調(diào)節(jié)范圍/（）低頭、仰頭+ 40-35 75+ 12一-25頸關(guān)節(jié)頭至軀干左歪、右歪+ 55-55 1100左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)+ 55

5、-55 11001頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容胸關(guān)節(jié) 腰關(guān)節(jié)軀干前彎、后彎 左彎、右彎 左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)+ 100 - 50+ 50 - 50+ 50 - 50150100100000髖關(guān)節(jié)大腿至髖關(guān)節(jié)前彎、后彎外拐、內(nèi)拐+ 120 - 15+ 30 - 15135450 (+851100)0膝關(guān)節(jié)小腿對大腿前擺、后擺+ 0-351350 (-95 - 120 )腳關(guān)節(jié)腳至小腿上擺、下擺+ 11015555+ 85 + 95髖關(guān)節(jié) 小腿關(guān)節(jié) 腳關(guān)節(jié)腳至軀干外轉(zhuǎn)、內(nèi)轉(zhuǎn)+ 110 - 70180+ 0一+15肩關(guān)節(jié) （鎖骨）上臂至軀干外擺、內(nèi)擺 上擺、下擺 前擺、后擺+ 180 - 30+ 180 - 45+ 14

6、0 - 402102251800(+ 15 + 35)+ 40 + 90肘關(guān)節(jié)下臂至上臂彎曲、伸展+145145+ 851110腕關(guān)節(jié)手至上臂外擺、內(nèi)擺 彎曲、伸展+ 30 - 20+ 75 - -605013500肩關(guān)節(jié)，下臂手至軀干左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)+ 130 - 120250-30 - 60注釋見一第二節(jié)人體的施力與運動輸出特性一、人體的肌力及其影響因素.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： 單條肌纖維的收縮力；該部位肌肉中肌纖維的數(shù)量和體積；肌肉收縮前的初長度；中樞 神經(jīng)的機能狀態(tài)；肌肉對骨骼發(fā)生作用的機械條件，等等。從上面所

7、述可知，影響肌力大小的生理因素是復(fù)雜的。經(jīng)測定，2030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。表5-4身體主要部位肌肉能產(chǎn)生的力值肌肉的部位力/N肌肉的部位力/N男女男女手臂肌肉左370200手臂伸直時的肌肉左210170右390220右230180肱頭肌左280130拇指肌肉左10080右290130右12090手臂彎曲時的肌肉左280200背部肌肉（軀干曲伸的肌肉）1220710右290210一般女性的肌力比男性低20%30%。右利者右手肌力比左手約高10%;左利者左手肌力 比右手約高6%7%。在工作和生活中，人們使用器械、操縱機器所使用的力稱為操縱力。操縱力主要是肢體的

8、臂 力、握力、指力、腿力或腳力，有時也用到腰力、背力等軀干的力量。操縱力與施力的人體部位、 施力方向和指向（轉(zhuǎn)向），施力時人的體位姿勢、施力的位置以及施力時對速度、頻率、耐久性、2頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容準(zhǔn)確性的要求等多種因素有關(guān)，詳盡全面的描述是很復(fù)雜的。各國人機學(xué)工作者對此進行過大量 測定研究，積累了大量數(shù)據(jù)資料。下面依次簡介的坐姿的手臂操縱力、立姿的手臂操縱力和坐姿 腳蹬力，僅是操縱力中與操縱裝置設(shè)計關(guān)系較為密切的部分。.坐姿的手臂操作力對于中等體力的男子（右利者），坐姿下手臂在不同角度、不同指向上的操縱力，可對照參 看圖54和表55。圖5-4坐姿手臂操縱力的測試方位和指表55坐姿的手臂操縱力（

9、中等體力的男子，右利者）手臂的角度/ （）拉力/N推力/N左手右手左手右手向后向前18022523518622515018624513718612015718611815790147167981571576010811898向上向下18039595978150697878881207810898118907888981186069887888向內(nèi)側(cè)向外側(cè)18059883959150698839691208898496990697859696078885978分析表5-5中的數(shù)據(jù)，可以看出：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；在上下方向上，向下的操縱力一般

10、大于向上的操縱力。表5-5 是測試右利男子所得數(shù)據(jù)，所以右手操縱力大于左手操縱力；對于左利者，情況應(yīng)該相反。.立姿的手臂操縱力立姿屈臂操縱力的一項測試實驗結(jié)果如圖5-5所示。實驗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，具有3頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容最大的操縱力。像風(fēng)鎘、鑿巖機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)計時，都 應(yīng)注意適應(yīng)人體屈臂操縱力的這種特性。在圖5-6a所示立姿、前臂基本水平的姿勢下，男子、女子的平均瞬時向后的拉力分別可 達(dá)約690N和380N ;男子連續(xù)操作的向后拉力約為300N ;向前的推力比向后的拉力

11、小一些。 在圖5-6b所示內(nèi)外方向的拉推，則向內(nèi)的推力大于向外的拉力，男子平均瞬時推力可達(dá)約 395N。圖5-5立姿屈臂操縱力的分布圖5-6立姿、前臂在水平面兩方向上的推拉力a）前后方向的推拉b）內(nèi)外方向的推拉.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試，一般男子優(yōu)勢手 的握力約為自身體重的47%58%;女子約為自身體重的40%48%。但年輕人的瞬時最大握 力常高于這個水平。非優(yōu)勢手的握力小于優(yōu)勢手。若手掌朝上測試，握力值增大一些；手掌朝下 測試，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)的時間有關(guān)。隨著施力持續(xù)時間加長，力量逐 漸減小。例如某些類型的肌

12、力持續(xù)到4皿5時，就會衰減到最大值的1/4左右；且肌力衰減到 最大值1 / 2所經(jīng)歷的持續(xù)時間，對多數(shù)人是基本相同的。.坐姿的腳蹬力在有靠背的座椅上，由于靠背的支撐，可以發(fā)揮較大的腳蹬操縱力。腳蹬操縱力的大小與施 力點位置、施力方向有關(guān)，一項實測的結(jié)果見圖5-7。該圖是坐姿下不同側(cè)視體位腳蹬力的分 布情況；由于靠背對接近水平的施力方向能提供最有利的支撐，所以能夠達(dá)到最大的腳蹬操縱力。 但工作時把腳舉得過高，腿部肌肉將難以長久堅持；因此實際上圖5-7中粗線箭頭所畫、與鉛垂 線約成70的方向才是最適宜的腳蹬方向。此時大腿并不完全水平，而是前端膝部略有上抬，大 小腿在膝部的夾角在140-150之間。

13、從俯視的方向來看，腿的蹬踩方向偏離正前方15以上， 腳蹬操縱力就大幅度減小，操作靈敏度也明顯降低。圖5-7坐姿下不同側(cè)視體位的腳蹬力二、反應(yīng)時和運動時從汽車駕駛者發(fā)現(xiàn)障礙，到完成一定操作，例如轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤急速轉(zhuǎn)向避讓，或腳踩制動器立 即制動，這段時間實際上由兩個時間段構(gòu)成：第一個時間段是感知的時間，稱為反應(yīng)時；第二個 時間段是動作的時間，稱為運動時。人機系統(tǒng)中其他各種操作的時間均由這樣兩部分構(gòu)成。（一）反應(yīng)時4頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容反應(yīng)時指從刺激呈現(xiàn)，到人開始作出外部反應(yīng)的時間間隔，也稱為反應(yīng)潛伏期。這實際是如 下知覺過程所經(jīng)歷的全部時間：感覺器官接收外界刺激，刺激經(jīng)由傳人神經(jīng)傳至大腦神經(jīng)中樞， 神經(jīng)

14、中樞綜合處理發(fā)出反應(yīng)指令，指令經(jīng)由傳出神經(jīng)傳至肌肉，直至肌肉收縮開始反應(yīng)運動。影響反應(yīng)時的有人的主體因素，也有刺激的各種客體因素，分述如下：1.簡單反應(yīng)時、辨別反應(yīng)時與選擇反應(yīng)時如果呈現(xiàn)的刺激只有一個，要求接受刺激者作出的反應(yīng)也是一個，且兩者都是固定不變的， 這種條件下的反應(yīng)時稱為簡單反應(yīng)時。如果呈現(xiàn)的刺激可能多于一種，要求刺激接受者只對其中 特定刺激作出反應(yīng)，而對其他刺激不作反應(yīng)，目即將出現(xiàn)哪種刺激事先并不知道，這種條件下的 反應(yīng)時稱為辨別反應(yīng)時。如果可能呈現(xiàn)的刺激不止一種，要求接受刺激者對不同的刺激作出一一 對應(yīng)的不同反應(yīng)，目即將出現(xiàn)哪種刺激事先并不知道，這種條件下的反應(yīng)時稱為選擇反應(yīng)時。

15、三種反應(yīng)時中，簡單反應(yīng)時最短，辨別反應(yīng)時次之，而選擇反應(yīng)時因為既要辨別刺激種類， 又要確定相應(yīng)的反應(yīng)形式，所以時間最長。辨別反應(yīng)時和選擇反應(yīng)時都隨可能呈現(xiàn)的刺激數(shù)目增 多而延長。表5-6是刺激數(shù)目對辨別反應(yīng)時影響的一項測試結(jié)果。表5-6關(guān)于辨別反應(yīng)時與刺激數(shù)目相關(guān)性的一項測試結(jié)果刺激數(shù)目12345678910辨別反應(yīng)時/ms1873163644344855325706036196222.刺激類型與反應(yīng)時反應(yīng)時隨刺激類型即接受刺激的感覺器官不同而不同。各種感覺器官對應(yīng)的簡單反應(yīng)時一般范圍見表5-7。表5-7各種刺激類型（感覺器官）的簡單反應(yīng)時范圍刺激類型觸覺（觸壓、冷熱）聽覺（聲音）視覺（光色）

16、嗅覺（物質(zhì)微粒）味覺（唾液可溶物）深部感覺 （撞擊、重力）感覺器官皮膚、皮下組織耳朵眼睛鼻子舌頭肌肉神經(jīng)和關(guān)節(jié)簡單反應(yīng)時/ ms110, 230120160150200210390330F004001000從表5-7可以看出，觸覺、聽覺和視覺反應(yīng)時比較短，味覺和深部感覺反應(yīng)時比較長。另外 觸覺反應(yīng)時與接受刺激的人體部位有關(guān)，臉部、手指的反應(yīng)時短，腿部腳部的反應(yīng)時長。味覺反 應(yīng)時中，對咸、甜、酸的反應(yīng)時分別約為308ms、446ms和536ms ,而對苦的反應(yīng)時則長得多， 約為 1082ms。3.刺激強度與反應(yīng)時人的聽覺能夠感受到的最弱的聲音稱為聽閾芍其實任何一種外界刺激都要達(dá)到一定的強度 才能

17、被人感受到，這一強度下的刺激量值稱為該種感覺的感覺閾值。反應(yīng)時與刺激的強度有關(guān)， 一般的變化規(guī)律是：刺激很弱、剛剛達(dá)到閾值的條件下，反應(yīng)時比正常值長得多；隨著刺激強度 加大，反應(yīng)時逐漸縮短，但變化越來越??；到達(dá)一定的刺激強度以后，反應(yīng)時就基本穩(wěn)定不再縮 短了。對比表5-8中不同強度聲刺激的反應(yīng)時，可以看出這一變化規(guī)律。表5-8刺激強度與反應(yīng)時的關(guān)系刺激類型刺激強度簡單反應(yīng)時/ms剛超過閾值779聽覺聲刺激較弱的強度184中等強度119視覺光刺激弱光照 強光照2051624.刺激的對比度與反應(yīng)時5頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容除了刺激本身的強度以外，反應(yīng)時還受刺激量值與背景量值對比度的影響，這種對比度常直 接

18、關(guān)系到刺激的可辨性。例如同樣的聲刺激，因背景噪聲的強度、頻率不同而有不同可辨性，反 應(yīng)時也隨之不同。視覺刺激中，刺激顏色與背景色的對比影響刺激的可辨性，因而也影響反應(yīng)時， 一項測試結(jié)果見表5-9。從表5-9可以看出，紅一橙顏色對比下反應(yīng)時較長，原因不難理解， 是因為這兩種刺激的對比較弱。表5-9顏色對比對反應(yīng)時的影響顏色對比白一黑紅一綠紅一黃紅一橙簡單反應(yīng)時/ms197208217246影響反應(yīng)時的其他刺激因素還有：刺激持續(xù)的時間，是否有預(yù)備信號等。5.人的主體因素與反應(yīng)時影響反應(yīng)時的人的主體方更有先天性的個體差異，當(dāng)時的狀況和培訓(xùn)造成的差異等幾方氤 先天性的個體差異來源于素質(zhì)、性別、個性等因

19、素；當(dāng)時狀況指年齡、健康狀況、疲勞狀況、情 緒、生理節(jié)律等狀態(tài)；培訓(xùn)對反應(yīng)時的影響更是明顯，駕駛汽車、打字、速記等工作都可以通過 培訓(xùn)減少反應(yīng)時，從而有效地提高工作效率。（二）運動時運動時指從人的外部反應(yīng)運動開始到運動完成的時間間隔。運動時的時間組成，也包含著神 經(jīng)傳導(dǎo)時間、肌肉活動時間及兩者交互的時間等部分。由于知覺和運動是人體兩種性質(zhì)不同的過 程，所以反應(yīng)時和運動時之間沒有顯著的相關(guān)性。運動時隨著人體運動部位、運動形式、運動距 離、阻力、）隹確度、難度等的不同而不同，影響因素非常多。通常作為人體功能基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行 測試的，只是最簡單的運動，例如用手按壓或觸摸身體前方不遠(yuǎn)的某物、某點；而這對于

20、操縱裝 置設(shè)計的應(yīng)用顯然是不夠的。實際操縱運動的情況很復(fù)雜，各種不同的操作類型和操作要求，運 動部位、形式、距離、阻力、要求的隹確度、難度都不相同，例如單單就旋轉(zhuǎn)旋鈕而言，由于旋 鈕尺寸、阻力、安放位置、要求調(diào)節(jié)隹確度等條件不同，操作運動時間就大有差異。所以各種操 作運動的時間一般不作為人體功能基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、而屬于操縱設(shè)計中肢體運動輸出數(shù)據(jù)的范圍。 三、肢體的運動輸出特性（一）運動速度與頻率與肢體運動速度、頻率有關(guān)的因素較多，下面就人體運動部位、運動形式、運動方向、阻力 （阻力矩）、運動軌跡等因素的影響，各舉一些實測數(shù)據(jù)的例子來作簡要說明。.人體運動部位、運動形式與運動速度表5 -10給出了主要人

21、體部位完成一次簡單運動最少平均時間的參考數(shù)據(jù)。從這些數(shù)據(jù)的 對比，可以了解人體不同部位、不同形式和條件下運動時間的相對差異。但與具體運動距離、運 動角度、阻力、阻力矩有關(guān)的運動時間數(shù)據(jù)，尚需查閱詳盡的資料或進行實測研究。表5 -10人體完成一次動作的最少平均時間人體運動部位運動形式和條件最少平均時間/ms直線運動抓取70手曲線運動抓取220極微小的阻力矩旋轉(zhuǎn)220有一定的阻力矩旋轉(zhuǎn)720向前方、極小阻力踩踏360腿腳向前方、一定阻力踩踏720向側(cè)方、一定阻力踩踏7201460軀干向前或后彎曲7201620向左或右側(cè)彎12606頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容.運動方向與運動速度由于人體結(jié)構(gòu)的原因，人的肢體在某

22、些方向上的運動快于另一些方向。一個測試實驗的情況 和結(jié)果如圖5-8所示：從水平平面上某定點起始，用右手向8個方向上的8個等距離的點運動; 8個方向分別是：從正右方的0方向開始，每隔45作為一個方向。測定不同方向上的平均運動 時間，成比例地以到中心點的距離用黑圓點標(biāo)定在該方向上，得到8個黑點；這8個點可連接 成一個橢圓，橢圓的短軸大約在55235的方向上，長軸大約在145。325的方向上，如圖 5-8中兩條互相垂直的虛線所標(biāo)示。這表明，右手在55。235。方向，即在右上一左下”方向運 動較快；而在145。325方向，即在左上一右下”方向運動較慢。應(yīng)該說，這一結(jié)果從生物力 學(xué)來看是不難理解的。圖5

23、 -8右手在水平面內(nèi)8個方向上運動時間的對比.運動負(fù)荷與運動速度肢體各種運動的速度都隨運動中阻力的增大而減小。表5-11所列數(shù)據(jù)是反映這種關(guān)系的 一個例子：掌心向上持握一個物體，在物體的三個不同質(zhì)量等級下，測定記錄手掌旋轉(zhuǎn)一定角度 所需要的時間。表5 -11 不同持握質(zhì)量芳掌的轉(zhuǎn)動角度與轉(zhuǎn)動時間（住3位：ms )持握的質(zhì)量/kg30。60。90。120。150。180。0.91101501902402903401.04.51602303103804605504.611630044058073087010204.運動軌跡與運動速度基于人體構(gòu)造的原因，運動軌跡對運動速度的影響有以下幾點：1）人手在

24、水平面內(nèi)的運動快于鉛垂面內(nèi)的運動；前后的縱向運動快于左右的橫向運動；從上往下的運動快于從下往上；順時針轉(zhuǎn)向的運動快于逆時針轉(zhuǎn)向。）人手向著身體方向的運動（向里拉）比背離身體方向的運動（向外推） 準(zhǔn)確度高。多 數(shù)右利者右手向右的運動快于左手向左運動，多數(shù)左利者左手向左的運動快于右手向右運動。3）單手可以在此手一側(cè)偏離正中60。的范圍之內(nèi)較快地自如運動，見圖5-9a;而雙手同 時運動，則只在正中左右各30。的范圍以內(nèi)能較快地自如運動，見圖5-9b。當(dāng)然，正中方向及 其附近是單手和雙手能較快自如運動的區(qū)域，見圖5-9c。圖5 - 9單手與雙手能較快自如運動的區(qū)域）連續(xù)改變方向的曲線運動快于突然改變方

25、向的折線運動。.運動頻率人體各部位的運動頻率也是人機工程設(shè)計關(guān)注的數(shù)據(jù)。表5-12是人體不同部位、幾種常用操作動作能夠達(dá)到的最高頻率。表列數(shù)據(jù)對應(yīng)的條件是：運動阻力（或阻力矩）極 為微小，運動行程（或轉(zhuǎn)動角度）很小，由優(yōu)勢手或優(yōu)勢腳進行測試。表列數(shù)據(jù)是一般人運動能 達(dá)到的上限值，工作時適宜的操作頻率應(yīng)該小于這個數(shù)值，長時間工作的操作頻率只能更小。表5 -12人體各部位的最高運動頻率（單位：次/ s）運動部位運動形式最高頻率運動部位運動形式最高頻率小指敲擊3.7手旋轉(zhuǎn)4.8無名指敲擊4.1前臂伸屈4.7中指敲擊4.6上臂前后擺動3.7食指敲擊4.7腳以腳跟為支點蹬踩5.7手拍打9.5腳抬放5.8

26、7頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容手 | 推壓 |6.7| （二）運動）隹確性及其影響因素.運動準(zhǔn)確性隹確性是人體運動輸出質(zhì)量的重要指標(biāo)。隹確地操作是人機系統(tǒng)正常運行的基本要求；快速 操作只有在隹確的前提才有意義。操作運動隹確性要求主要包括以下幾個方面：運動方向的隹 確性；運動量（操縱量），如運動距離、旋轉(zhuǎn)角度的隹確性；操作運動速度的隹確性（一般 操作都要求實現(xiàn)平穩(wěn)的速度變化，跟蹤調(diào)節(jié)操作則要求更隹確的操作速度）；操縱力的隹確性 （在有一定阻力或阻力矩的操作中，隹確的操縱量通常依賴隹確的操縱力才能達(dá)到）。.運動隹確性的影響因素除了人們種種先天性的個體差異、當(dāng)時的健康和覺醒水平、培訓(xùn)練習(xí)狀況以外，運動隹確性 與

27、運動本身的速度、方向、位置、動作類型等因素有關(guān)，下面僅就部分因素作簡略的說明。（1）運動速度與隹確性隨著運動速度加快，隹確性通常將會降低。但兩者的變化一般呈 圖4 10所示的速度隹確性特性曲線關(guān)系：在曲線A點的附近，運動速度變化對隹確性的影 響很小，因此降低速度對提高隹確性并無明顯作用。速度高到一定數(shù)值以后，圖5-10的曲線 下降明顯，表明運動隹確性加速降低。因此在圖5-10中A點附近選點，能兼顧到速度和隹確性 兩方面的要求。圖5-10運動速度一隹確性特性曲線（2）運動方向與隹確性 圖5-11是關(guān)于手臂運動方向?qū)看_性影響的一個實測例子：讓 受試者手握細(xì)桿沿圖示的幾種槽縫中運動，記錄細(xì)桿觸碰槽

28、壁的次數(shù)，觸碰次數(shù)多表示細(xì)桿在槽 中運動隹確性低。在同樣的測試設(shè)置下，四種運動方向的觸碰次數(shù)已標(biāo)注在圖5-11a、b、c、 d各分圖下面，觸碰次數(shù)之比為247:202:45: 32?？梢娛直墼谧笥曳较虻倪\動隹確性高，上 下方向次之，而前后方向的運動隹確性差，而且互相對比的差別是相當(dāng)明顯的。圖5-11手臂運動方向?qū)看_性影響的一個實例（3）動作類型與隹確性使用操縱器和工具可能有各種不同的動作類型，由于解剖學(xué)的特 點，肢體控制不同類型動作的隹確性、靈活性是不同的。圖5-12給出了優(yōu)劣不同的三組對比： 上面三個圖所示操作的隹確性，均優(yōu)于對應(yīng)的下圖。圖5-12a上圖為在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動操作，其隹確性優(yōu)于

29、下圖所畫的在鉛垂面內(nèi)的轉(zhuǎn)動操作；圖5 -12b上圖為對水平面的按壓操作，其隹確性優(yōu)于下圖所畫對鉛垂面的按壓操作；圖5-12。上 圖為手握彎曲把手由大小臂控制的繞軸轉(zhuǎn)動，其隹確性優(yōu)于下圖所畫手抓球體由手腕控制的繞軸 轉(zhuǎn)動。隹確性隨動作類型而不同的現(xiàn)象很多，圖5-12所示只是其中的少數(shù)幾個示例。圖5-12隹確性隨動作類型不同的例子（4）運動量與隹確性隹確性一般還與運動量大小有關(guān)，例如手臂伸出和收回的移動量較 ?。ㄈ?00mm以內(nèi)）時，常有移動距離超出的傾向，相對誤差較大；移動量較大時，則常有移 動距離不足的傾向，相對誤差較小。旋轉(zhuǎn)運動量與隹確性的關(guān)系與此類似。第三節(jié)操縱器設(shè)計的人機學(xué)原則一、操縱器

30、的類型與選用操縱器又稱為操縱裝置、控制器、控制裝置。（一）操縱器的類型操縱器種類很多，為便于分析研究，可以從不同的角度進行分類，簡述如下。.按操控方式分可以分為手動操縱器、腳動操縱器、聲控操縱器等操控類型。也可以分為直動操縱器、遙控操縱器等操控方式。.按操控運動軌跡分手動操縱器按操控運動的軌跡，可分為：8頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容旋轉(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。.按操控功能分一般分為開關(guān)式操縱器、轉(zhuǎn)換式操縱器、調(diào)節(jié)式操縱器、緊急停車操縱器等類型。（二）操縱器的選用原則GB /T 14775-1993操縱器一般

31、人類工效學(xué)要求給出的操縱器選用原則如下：1）手控操縱器適用于精細(xì)、快速調(diào)節(jié)，也可用于分級和連續(xù)調(diào)節(jié)。2）腳控操縱器適用于動作簡單、快速、需用較大操縱力的調(diào)節(jié)。腳控操縱器一般在坐姿有 靠背的條件下選用。二、操縱器設(shè)計的一般人機學(xué)原則這里先簡要分幾條概述操縱器設(shè)計的一般人機學(xué)原則，關(guān)于其中每一條較詳細(xì)的內(nèi)容，在下 面或在具體講述各種操縱器時再作進一步說明。1）操縱器的尺寸、形狀，應(yīng)適合人的手腳尺寸及生理學(xué)解剖學(xué)條件。2）操縱器的操作力、操作方向、操作速度、操作行程（包括線位移行程和角位移行程）、 操作準(zhǔn)確度控制要求，都應(yīng)與人的施力和運動輸出特性相適應(yīng)。3）在有多個操縱器的情況下，各操縱器在形狀、尺

32、寸大小、色彩、質(zhì)感以及安置位置等方 面，盡量給予明顯區(qū)別，使它們易于識別，以避免互相混淆。4）讓操作者在合理的體位下操作，考慮操縱器操作的依托支撐要求，減輕操作者疲勞和單 調(diào)厭倦的感覺。5）操縱器的操作運動與顯示器或與被控對象，應(yīng)有正確的互動協(xié)調(diào)關(guān)系。此種互動關(guān)系應(yīng) 與人的自然行為傾向一致。6）形狀美觀、式樣新穎，結(jié)構(gòu)簡單。合理設(shè)計多功能操縱器，如帶指示燈的按鈕，能把操 縱和顯示功能結(jié)合起來等。三、操縱器的形狀和式樣1）手動操縱器上手的握持部位應(yīng)為端部圓滑的圓柱、圓錐、卵形、橢球等便于抓握的形狀， 橫截面為圓形或橢圓，表面不得有尖角、銳棱、缺口，以求得持握牢靠、方便、無不適感。用手 掌按壓操作

33、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35mm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）。2）腳控操縱器不應(yīng)使踝關(guān)節(jié)在操作時過分彎曲，腳踏板與地面的最佳傾角約為30,操作 時腳掌宜與小腿接近垂直，踝關(guān)節(jié)的活動范圍不大于25 （參看后面圖5-29a、圖5-30、圖5 -34 ）o3）操縱器的式樣應(yīng)便于使用，便于施力。

34、例如操縱阻力較大的旋鈕，其周邊不宜為光滑的 表面，而應(yīng)制成棱形波紋或壓制滾花（參看后面圖5-19）o4）有定位或保險裝置的操縱器，其終點位置應(yīng)有標(biāo)記或?qū)ｉT的止動限位機構(gòu)。分級調(diào)節(jié)的 操縱器還應(yīng)有中間各擋位置的標(biāo)記，以及各擋位置的定位、自鎖、連鎖機構(gòu)，以免工作中的意外 觸動或振動產(chǎn)生誤操作。5）操縱器的形狀最好能對它的功能有所隱喻、有所暗示（參看后面圖5-13）,以利于辨 認(rèn)和記憶。這屬于造型語義方面的要求和課題。四、操縱器的尺寸和操作行程9頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容操縱器尺寸與人體尺寸的適應(yīng)性主要包括兩個方面：第一，操縱器上，人的手腳握持、觸壓、 抓捏、摳挖部位的尺寸，應(yīng)與人的手腳尺寸相適應(yīng)，需參照GB

35、 /T 10000 -1988中國成年人 人體尺寸、68 /T 16252-1996成年人手部號型等國標(biāo)進行設(shè)計。第二，操縱器的操作行 程，例如按鈕、按鍵的按壓距離，旋鈕、轉(zhuǎn)向盤、手輪的轉(zhuǎn)動角度，扳鈕開關(guān)、操縱桿的線位移 和角位移等，應(yīng)與人的關(guān)節(jié)活動范圍、肢體活動范圍相適應(yīng)，需參照GB /T 13547 -1992工 作空間人體尺寸、68 /T 14775 -1993操縱器一般人類工效學(xué)要求等綜合類國標(biāo)，還可 參考一些專門行業(yè)的國標(biāo)、行業(yè)的技術(shù)標(biāo)）隹和人體功能方面的文獻(xiàn)資料。操縱器上與人體尺寸有關(guān)的上述兩個方面，也可以說前者是操縱器上與手腳直接接觸部位的 靜態(tài)尺寸”后者則是肢體操作操縱器時的動

36、態(tài)尺寸”下面舉例說明。對圖5-13a所示雙手 扶輪緣的手輪轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向把）來說，手握部位的輪緣直徑優(yōu)選值為2530mm，其依據(jù)是人手 部尺寸中的手長”這種手輪一次手握連續(xù)轉(zhuǎn)動的角度一般宜在90以內(nèi)，最大不得超過120, 其依據(jù)則是關(guān)節(jié)活動范圍或肢體活動范圍。對圖5-13b所示的操縱桿來說，手握部位的球形桿 端球徑常取值為32-50mm，其依據(jù)是人手抓握多大的物體較為舒適并能較自如地施力。而操 縱桿的適宜動態(tài)尺寸是：對于長度150250mm的短操縱桿，在人體左右方向的轉(zhuǎn)動角度不 宜大于45,前后方向的轉(zhuǎn)動角度不宜大于30;對于長度500-700mm的長操縱桿，轉(zhuǎn)動角度 適宜值為10-15,其依據(jù)便是人的肢體活動范圍。圖5-13操縱器尺寸與人體尺寸的關(guān)系幾種常用操縱器的尺寸和操作行程數(shù)據(jù)，將結(jié)合具體操縱器在稍后介紹。五、操縱器的識別編碼編碼（coding）是指特定信號的系統(tǒng)表示或符合定義規(guī)則的信號其他設(shè)定值。通俗地說，對 一類事物進行編碼，就是使其中每一事物具有特征或給予特定代號，以互相區(qū)別，避免混淆。常用的操縱器編碼方式有：形狀編碼、大小編碼、色彩編碼、操作方法編碼、位置編碼、符 號編碼等。.形狀編碼使不同功能的操縱器具有各自不同、鮮明的形狀特