人機工程學應用與實訓課件

人機工程學應用與實訓手動裝置設計手的尺寸與人體關節(jié)活動手動裝置設計的人機工程學原則人體的施力與運動輸出特性常用手動裝置的設計案例分析人機工程學應用與實訓一.手的尺寸與人體關節(jié)活動1手的尺寸2人體關節(jié)活動人機工程學應用與實訓人在感知顯示裝置傳示的信息以后，經大腦分析，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、設施也多由手腳使用。因此，操縱裝置和器物設計中人的因素，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。1.手的尺寸人機工程學應用與實訓人機工程學應用與實訓人機工程學應用與實訓2.人體關節(jié)活動手部關節(jié)活動范圍a手部的關節(jié)活動可分為腕關節(jié)活動和指關節(jié)活動兩種類型。腕關節(jié)主要有兩個自由度的活動：①向手心或手背方向的轉動，分別稱為掌側屈、背側屈，參看圖5-3a；②向拇指或小手指方向的轉動，分別稱為橈側偏、尺側偏。人機工程學應用與實訓腕關節(jié)的活動范圍人機工程學應用與實訓手部關節(jié)活動范圍(b)與手掌相連的指關節(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節(jié)只能作伸屈活動。人機工程學應用與實訓手動操縱器按操控運動的軌跡，可分為：旋轉式操縱器：如旋鈕、搖柄、十字把手、手輪(轉向盤)等。移動式操縱器：如操縱桿、手柄、推扳開關等。按壓式操縱器：如按鈕、按鍵等。用手掌按壓操作的操縱器的表面，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。按鈕的水平截面應為圓形或矩形，按鍵應為矩形。矩形按鈕和直徑3～5mm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、轉換開關的柄部應為圓柱形、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)。

二.手動裝置設計的人機工程學原則人機工程學應用與實訓三.人體的施力a.人體的肌力及其影響因素1.人體主要部位的肌肉力量2.坐姿的手臂操作力3.立姿的手臂操縱力4.握力人機工程學應用與實訓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生的力量，稱為肌力。決定肌力大小的主要生理因素是：①單條肌纖維的收縮力；②該部位肌肉中肌纖維的數量和體積；③肌肉收縮前的初長度；④中樞神經的機能狀態(tài)；⑤肌肉對骨骼發(fā)生作用的機械條件，等等。從上面所述可知，影響肌力大小的生理因素是復雜的。經測定，20—30歲中等體力的男女青年主要部位的肌力數值如表5-4所示。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l0％；左利者左手肌力比右手約高6％～7％。人機工程學應用與實訓人機工程學應用與實訓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5-4和表5-5。人機工程學應用與實訓表5-5坐姿的手臂操縱力(中等體力的男子，右利者)分析表5-5中的數據，可以看出：①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；②在上下方向上，向下的操縱力一般大于向上的操縱力。表5-5是測試右利男子所得數據，所以右手操縱力大于左手操縱力；對于左利者，情況應該相反。人機工程學應用與實訓立姿的手臂操縱力立姿屈臂操縱力的一項測試實驗結果如圖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、上臂問夾角的關系，從圖中可以看出：前臂上臂間夾角約為70。時，具有最大的操縱力。像風鎬、鑿巖機之類需手持的較重器具，大型閘門開啟裝置等設施的設計時，都應注意適應人體屈臂操縱力的這種特性。人機工程學應用與實訓立姿屈臂操縱力的分布人機工程學應用與實訓立姿、前臂在水平面兩方向上的推力人機工程學應用與實訓握力在兩臂自然下垂、手掌向內(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。隨著施力持續(xù)時間加長，力量逐漸減小。例如某些類型的肌力持續(xù)到4min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所經歷的持續(xù)時間，對多數人是基本相同的。人機工程學應用與實訓四.常用的手動裝置一、按壓式操縱器二、轉動式操縱器三、移動、扳動式操縱器人機工程學應用與實訓按壓式操縱器(一)按鈕和按鍵常見的小型按壓式操縱器是按鈕；多個連續(xù)排列在一起使用的按鈕又特稱為按鍵，因為使用狀態(tài)像鋼琴上的琴鍵。按鈕只有兩種工作狀態(tài)，如“接通”或“斷開”，“起動”或“停車”等。2.轉動式操縱器常用的手動轉動式操縱器有旋鈕、手輪、帶把手輪(搖把)等。3.移動、扳動式操縱器常用的手動移動、扳動式操縱器有操縱桿、扳鈕開關、手閘和指撥滑塊等，下面只簡要介紹操縱桿和扳鈕開關的設計要點。人機工程學應用與實訓五.案例分析圖5－21手輪的造型方案(圖下方的數字為該形式手輪適合的直徑，單位：mm)人機工程學應用與實訓

合理的操作姿勢與體位(a)

合理的操作姿勢與體位操作手輪、帶柄手輪的適宜性、便利性與很多因素有關，如手輪位置的高低、中心軸在空間的方向、操作者的姿勢和體位等等，研究數據很豐富，此處不詳細介紹，設計中需要時可去查閱有關文獻資料。下面通過圖5-22和圖5-23兩個例子，可以對此有所了解。圖5－22操作手輪的有利體位人機工程學應用與實訓合理的操作姿勢與體位(b)

圖5-22是立姿下操作手輪的有利體位。測試表明：離地面1000～1100mm的手輪有利于操作者施加較大的轉矩(圖5-22a)，在肩部高度推拉手柄的力量最大(圖5-22b)。圖5-23為操縱汽車轉向盤的情況，可以用來說明坐姿下手輪操作姿勢與操作力矩之間的關系。人機工程學應用與實訓圖5－23向盤的空間位置與操作姿勢a)小型車輛

b)一般車輛c)大型車輛人機工程學應用與實訓合理的操作姿勢與體位(c)圖5-23a是駕駛小型車輛，轉向盤的轉矩小，主要用前臂操作即可，因此可以采取舒適的后仰坐姿，轉向盤平面接近于鉛垂方向。圖5-23b是駕駛一般中型車輛，轉向盤的轉矩略大一些，需要用到肩部和上臂的部分力量參與操作，因此不宜采用較大角度的后仰坐姿，轉向盤平面與水平面在30°左右較為合適。圖5-22c是駕駛大型車輛，轉向盤的轉矩大，除肩部、上臂以外，有時還要用到腰部的力量參與操作，因此不能采取后仰坐姿，轉向盤平面應接近在水平面方向，所在位置應比較低。適宜于抓握操作