人機工程學-操縱裝置與手工具ppt課件

1、,人 機 工 程 學,孫倫 溫州商學院藝術設計學院,1,第四章 操縱裝置與手工具,1、人體施力與運動輸出特性 2、操縱器的人機學原則 3、常用操縱器的人機學要素 4、手工具及人機學,2,導入,3,導入,4,導入,5,導入,6,導入,7,導入,課程收集 1、收集操縱裝置并進行簡單的分類 2、時間30分鐘/收集數(shù)量每組20個 3、PPT呈現(xiàn),8,第一節(jié) 人體施力與運動輸出特性,9,第一節(jié) 人體施力與運動輸出特性,一、人體的肌力及其影響因素,人體施力來源于肌肉收縮的力量，稱為肌力。 工作操縱力主要是臂力、握力、指力、腿腳力，有時也用腰力、背力等。 操縱力與施力的人體部位、施力方向和指向、體位姿勢、施

2、力位置、對速度、頻率、耐久性、準確性的要求等因素有關。,表5-5 身體主要部位肌肉能產(chǎn)生的力值 （單位：N）,1人體主要部位的肌肉力量,10,第一節(jié) 人體施力與運動輸出特性,一、人體的肌力及其影響因素,2坐姿的手臂操作力,圖5-4 坐姿手臂操縱力的測試方位和指向,11,第一節(jié) 人體施力與運動輸出特性,一、人體的肌力及其影響因素,3立姿的手臂操縱力,立姿屈臂操縱力的分布,a）前后方向的推拉 b）左右方向的推拉,瞬間向后拉的力比連續(xù)操作向后拉的力要大很多 向內(nèi)推的力比向外拉的力,12,第一節(jié) 人體施力與運動輸出特性,一、人體的肌力及其影響因素,4握力,男子優(yōu)勢手的握力約為自身體重的4758；女子約

3、為自身體重的4048。 所有肌力均隨施力持續(xù)時間加長而逐漸減小。例如某些肌力持續(xù)4分鐘，會衰減到1/4左右；肌力衰減到1/2所持續(xù)時間，對多數(shù)人是基本相同的。,13,第一節(jié) 人體施力與運動輸出特性,一、人體的肌力及其影響因素,5坐姿的腳蹬力,有座椅靠背的支撐，可以發(fā)揮較大的腳蹬操縱力。,與鉛垂線約成70方向是最適宜的腳蹬方向。此時的膝部略有上抬，大小腿在膝部的夾角在140-150之間。 從俯視的方向來看，腿的腳蹬方向偏離正前方15以上，操縱力就明顯減小，靈敏度也降低。,14,第一節(jié) 人體施力與運動輸出特性,二、反應時和運動時,反應時 指從刺激呈現(xiàn)到人開始作出外部反應的時間間隔，也稱反應潛伏期。

4、 影響反應時的有人體主觀因素，和外界刺激客觀因素。,15,第一節(jié) 人體施力與運動輸出特性,二、反應時和運動時,1簡單反應時、辨別反應時與選擇反應時,簡單反應時最短，辨別反應時次之，而選擇反應時因既要辨別刺激種類，又要確定相應的反應形式，時間最長。,16,第一節(jié) 人體施力與運動輸出特性,三、肢體的運動輸出特性,（一）運動速度與頻率,1人體運動部位、運動形式與運動速度,表5-11 完成一次動作的最少平均時間（單位：ms）,17,第一節(jié) 人體施力與運動輸出特性,三、肢體的運動輸出特性,（一）運動速度與頻率,2運動方向與運動速度,肢體在不同方向上的運動快慢有所差異。,右手在水平面內(nèi)8個方向上運動時間的

5、對比,18,第一節(jié) 人體施力與運動輸出特性,三、肢體的運動輸出特性,（一）運動速度與頻率,3運動軌跡與運動速度,人手水平運動快于鉛垂運動；前后運動快于左右運動；往下快于往上；順時針轉快于逆時針。 人手向里拉準確度高于往外推。右利者右手向右快于左手向左，左利者有對應的特性。 單手可在此手一側60內(nèi)自如運動；雙手在左右各30內(nèi)自如運動。正中方向及附近單、雙手運動最自如。,19,第一節(jié) 人體施力與運動輸出特性,三、肢體的運動輸出特性,（一）運動速度與頻率,4運動頻率,表格中是一般人運動能達到的限值，適宜的工作操作頻率應小于這些數(shù)值，長時間工作的操作頻率應該更小。,表5-12 人體各部位的最高運動頻率

6、 （單位：次/s）,20,第一節(jié) 人體施力與運動輸出特性,三、肢體的運動輸出特性,運動準確性的影響因素,運動速度與準確性,A點可以兼顧準確性與運動速度,21,第一節(jié) 人體施力與運動輸出特性,三、肢體的運動輸出特性,運動準確性的影響因素,運動方向與準確性,觸碰次數(shù) 247 202 45 32,22,第二節(jié) 操縱器的人機學原則,23,第二節(jié) 操縱器的人機學原則,（一）操縱器的類型,1按操控方式分,可分為手動、腳動、聲控操縱器等操控類型。 也可以分為直動、遙控操縱器等操控方式。,2按操控運動軌跡分,旋轉式操縱器： 如旋鈕、搖柄、十字把手、手輪等。 移動式操縱器： 如操縱桿、手柄、推扳開關等。 按壓式

7、操縱器： 如按鈕、按鍵等。,3按操控功能分,分為開關式、轉換式、調(diào)節(jié)式操縱器等類型。,一、操縱器的類型與選用,24,第二節(jié) 操縱器的人機學原則,（二）操縱器的選用,一、操縱器的類型與選用,25,第二節(jié) 操縱器的人機學原則,（二）操縱器的選用,一、操縱器的類型與選用,如何選擇操縱裝置？ 操作要求，一般應遵循如下幾個原則: 快速、精細的操作，主要采用手動或指動控制器。用力的操作應采用手臂及下肢控制。 手動控制器應安排在容易接觸到和易看到的空間。 按鈕的間距應為15mm，各手控制器的間距不小于50mm。 手撳按鈕、旋鈕適用于費力小、移動幅度不大及高精度的階梯式或連續(xù)式調(diào)節(jié)。 長臂桿、手柄、手輪、踏板

8、則適用于費力、幅度大和低精度的操作。,26,第二節(jié) 操縱器的人機學原則,一、操縱器的類型與選用,（二）操縱器的選用,27,第二節(jié) 操縱器的人機學原則,三、操縱器的形狀和式樣,28,第二節(jié) 操縱器的人機學原則,三、操縱器的形狀和式樣,29,第二節(jié) 操縱器的人機學原則,三、操縱器的形狀和式樣,尺寸形狀適合手腳尺寸及解剖學條件。 操作力、操作方向、速度、行程、準確度控制要求，與人出特性適應。 不同操縱器易于識別，避免互相混淆。 操作體位合理，減輕疲勞和厭倦感。 操縱器與顯示器有正確的互動協(xié)調(diào)關系；且與人的自然行為傾向一致。 形狀美觀、式樣新穎，結構簡單。合理設計多功能操縱器。,30,第二節(jié) 操縱器的

9、人機學原則,三、操縱器的形狀和式樣,手動操縱器的握持位應為圓滑的形狀，以求握持牢靠、方便、無不適感。手掌按壓的操縱器表面，采用蘑菇形球面凸起形狀。手指按壓的表面要有適合指形的凹陷輪廓。按鈕應為圓形或矩形，按鍵應為矩形。,31,第二節(jié) 操縱器的人機學原則,四、操縱器的尺寸和操作行程,操縱器上握持、觸壓、抓捏、摳挖部位的尺寸，與手腳尺寸適應；操作行程，與人的關節(jié)、肢體活動范圍適應。,（左） 手輪輪緣直徑2530mm；（依據(jù)“手長”）手輪一次轉動角度不超過120。適宜在90（右） 操縱桿球形桿端球徑3250mm：長度150250mm的短操縱桿，左右轉動角度不大于45，前后轉動角度不大于30；長度50

10、0700mm的長操縱桿，轉動角度1015。,32,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,33,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,一、按壓式操縱器,（一）按鈕和按鍵,按鈕常見；多個連續(xù)排列在一起的按鈕稱為按鍵。主要人機學參量有：截面尺寸、操縱力（按壓力）和工作行程。,表5-19 按鈕按鍵的人機學參量（摘自GB/T 147751993）,34,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,一、按壓式操縱器,（一）按鈕和按鍵,35,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,一、按壓式操縱器,（一）按鈕和按鍵,設計注意事項,按鈕顏色的選取。 用作兩種工作狀態(tài)轉換的按鍵，附加顯示當前狀態(tài)的信號燈。 表面形狀、觸感、凸起高度、間距等都影

11、響按鍵的使用。,36,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,一、按壓式操縱器,（一）按鈕和按鍵,設計注意事項舉例,表面形狀、觸感、凸起高度、間距等都影響按鍵的使用,37,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,一、按壓式操縱器,（一）按鈕和按鍵,設計注意事項舉例,按鈕的安置是否適合操作手型,38,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,一、按壓式操縱器,（一）按鈕和按鍵,提問：鍵盤涉及到哪些人機工程學問題？,39,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,一、按壓式操縱器,（一）按鈕和按鍵,1、按鍵回彈性 2、按鍵表面的設計 3、按鍵的排布,40,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,一、按壓式操縱器,（一）按鈕和按鍵,41,第三

12、節(jié) 常用操縱器的人機學要素,一、按壓式操縱器,（一）按鈕和按鍵,案例：鍵盤,字符和按鍵的排布,“柯蒂（Qwerty）”鍵盤存在三方面的宜人性缺陷。,打英文讀物左右手負擔比例為 57:43，對人群多數(shù)的“右撇子”不利。,A、S、I、O等常用字母由不靈活的小指、無名指敲擊，分配不合理。, 頂行的E、U、I、O屬常用字母，要移動手部才能敲擊，費時，不便。,1932年就有Dvorak的改進鍵盤問世，由于人們的“慣性”而未能流行。,42,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,一、按壓式操縱器,（一）按鈕和按鍵,案例：鍵盤,操作尺側偏與手腕傷害,鍵盤一字形橫向排列，操作時手腕尺側偏，易引起疾患。克羅沫（Kroe

13、mer）于1972年提出了改進設計“K鍵盤” 。,圖5-26 傳統(tǒng)鍵盤與K鍵盤,43,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,一、按壓式操縱器,（一）按鈕和按鍵,案例：鍵盤,44,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,一、按壓式操縱器,（一）按鈕和按鍵,案例：鍵盤,45,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,一、按壓式操縱器,（一）按鈕和按鍵,案例：鍵盤,46,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,二、轉動式操縱器,（一）旋鈕,其形狀可分為圓形、多邊、指針旋鈕和手動轉盤等。 ()適于微調(diào)，()力量可大些，()旋鈕上帶有指示刻度線。 圓形旋鈕需要做出齒紋、刻痕，使旋鈕可以施加足夠的轉動力矩。,47,第三節(jié) 常用操縱器的人

14、機學要素,二、轉動式操縱器,（一）旋鈕,48,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,二、轉動式操縱器,（一）旋鈕,指針式旋鈕：旋鈕帶有指針的形狀，當旋轉旋鈕時，可靠指針確定旋鈕的位置?？傻玫捷^精確的調(diào)節(jié)。設計時應突出指針的形狀，以便使操作者了解旋鈕的最終位置。參考尺寸如圖。,49,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,二、轉動式操縱器,（二）手輪與帶柄手輪,50,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,二、轉動式操縱器,（三）手柄形狀,1、設計合理的操縱手把，主要考慮以下幾個方面： 手把形狀應與手的生理特點適應 手把形狀應便于觸覺對它進行識別。,51,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,二、轉動式操縱器,（三）手柄形

15、狀,設計手的接觸物時應避免將受力集中于掌心和指骨肌，防止受壓受震而引起難于治愈的痙攣，至少也減少了手的疲勞和操作不準。,52,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,二、轉動式操縱器,（三）手柄形狀,53,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,二、轉動式操縱器,（三）操縱桿,操縱桿不宜用作連續(xù)控制或精細調(diào)節(jié)，常用于及格工作位置的轉換操作。其有點是可以獲得較大的杠桿比，用于克服大阻力的操縱。,1、形態(tài)和尺寸 操作阻力大時用長操縱桿，操作頻率高用短操縱桿。 2、行程與扳動角度 操縱桿的人機學原則是：操作時只用手臂而不移動身軀。,54,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,二、轉動式操縱器,（三）操縱桿,3、操縱桿的安

16、裝位置 坐姿狀態(tài)下，腰肘部高度操作最有力，當操縱力較小時，上臂自然下垂位置的斜向操作更為輕松。,55,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,三、腳動操縱器,有腳踏板和腳踏鈕兩種，宜在坐姿下操作，用于下列兩情況： 操縱工作量大，只用手操作難以完成任務； 操縱力大，如超過50N且需連續(xù)操作，或間歇操作但操縱力更大。,56,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,三、腳動操縱器,1. 腳踏板,腳踏板可分雙腳操作和單腳操作。雙腳操作的腳踏板主要有往復式和回轉式；單腳操作的腳踏板是直動式，分腳踏式和腳踩式。,57,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,三、腳動操縱器,1. 腳踏板,坐姿：腳踏板典型的例子，如汽車的制動踏板。

17、這種踏板人腿與腳的舒適角度為90度，其位置有三種。,34,a)是座位較高，小腿與地面幾乎垂直的情況，腳的下壓力不能超過90N； b)是座位較低，小腿傾斜的情況，此時踏力不能超過180N； c)是座位很低，小腿較平的情況，此時一般蹬力能達到600N。,58,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,三、腳動操縱器,1. 腳踏板,站姿：若是站立操作，則腳踏板的高度不得超過地面25cm，最佳為20cm或稍小些。立姿、坐姿、立坐交替操作時的腳踏板設計參數(shù)，可供選用。,59,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,三、腳動操縱器,2. 腳踏紐,在某種情況，當手操作不便時，可采用腳踏鈕來代替手動按鈕的迅速操作。圖為常用腳踏

18、鈕的尺寸供參考。 腳踏鈕的主要一般僅限于開或關的簡單操作，操作空間過小情況下使用。,60,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,三、腳動操縱器,3腳動操縱器的操縱力,為避免無意的誤碰觸發(fā)，腳動操縱器的操縱力不應太小（表5-21）。,61,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,四、操縱裝置編碼,編碼是使一類事物中的個體具有特征或特定代號，以互相區(qū)別，避免混淆。,1形狀編碼,形狀對其功能有隱喻、暗示。 照明不良時也能分辨，戴薄手套時能靠觸覺辨別。,62,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,四、操縱裝置編碼,2大小編碼（尺寸編碼）,通過操縱器尺寸的差異來使之互相易于區(qū)別。,大小編碼一般只能分為大、中、小3個檔級。,

19、3色彩編碼,一般只用紅、黃、藍、綠及黑、 白等有限幾種色彩用于色彩編碼。,4位置編碼,把操縱器安置在不同位置，以避免混淆。 最好不用眼看能伸手舉腳操作而不錯位。,色彩編碼,位置編碼,63,第三節(jié) 常用操縱器的人機學要素,控制器的設計有以下幾個基本的要求： 1）任何控制器，都要適應人體生理特征的要求。如控制器的安裝位置、排列方式、操縱速度和操縱力的大小都要符合人體的生理特征，以便使操作者都能舒適而滿意的進行操作。 2）控制器要與設備系統(tǒng)的工作狀態(tài)結合起來。控制器的運動方向應和顯示器指針或設備的運動方向相適應，并使之符合人的習慣。如設備某部分是上下直線運動時，此部分的控制器的操作方向也應上下直線運

20、動；又如汽車的方向盤操作的方向與汽車轉彎的方向應該是一致的。 3）控制器的形態(tài)應體現(xiàn)其操作方式，以利于辨認。 4）控制器的造型設計要求外形尺寸大小適當，適應人體生理恃點，而且造型應美觀大方，且便于操縱。 5）操縱中的握、動等動作都是人與物接觸的過程，從關心人的角度來考慮，我們還是以手動控制器和腳動控制器為主來進行設計探討。,64,第四節(jié) 手工具及人機學,65,第四節(jié) 手工具及人機學,一、手工具設計的人機學因素,（1）手指和手部的活動 手指伸開、握攏靠肌肉拉力現(xiàn)實，因此，手掌面表層多為“屈肌”；手背面表層多為“伸肌” 。,66,第四節(jié) 手工具及人機學,一、手工具設計的人機學因素,（1）手指和手部

21、的活動 手指伸開、握攏靠肌肉拉力現(xiàn)實，因此，手掌面表層多為“屈肌”；手背面表層多為“伸肌” 。,67,第四節(jié) 手工具及人機學,二手工具的一般人機學要求,手工具的大小、形狀、表面狀況與人手的尺寸和解剖條件適應。 使用時能保持手腕順直；避免掌心受壓過大；盡量由手部的大小魚際肌、虎口等部位分擔壓力。 避免手指反復的彎曲扳動操作；避免或減少肌肉的“靜態(tài)施力”。使用手工具的姿勢、體位自然、舒適，符合手和手臂的施力特性。 工具使用中不能讓同一束肌肉既進行精確控制，又出很大的力量；即負擔準確控制的肌肉，和負擔較大出力的肌肉應互相分開。 注意照顧女性、左手優(yōu)勢者等群體的特性和需要。,68,第四節(jié) 手工具及人機

22、學,三幾種手工具,69,第四節(jié) 手工具及人機學,三幾種手工具,a）用傳統(tǒng)鉗把 手腕尺側偏 b）改進設計后手腕順直,圖6-4 尖嘴鉗：傳統(tǒng)設計與改進設計,工人們長期使用后的結果,（一）鋼絲鉗等雙握把工具,70,第四節(jié) 手工具及人機學,三幾種手工具,雙握把工具的抓握空間,適合女性的抓握空間60-80mm 適合男性的抓握空間70-90mm,71,第四節(jié) 手工具及人機學,三幾種手工具,（二）旋擰工具的握把,螺釘旋具握把應做出光滑圓潤不硌手的凹凸紋槽。 好把手應減小掌心受壓，讓大、小魚際肌承受較大的壓力?！盎⒖凇碧幤べ|(zhì)堅韌，可承受較大力量。右圖所示的改進旋具，旋擰力矩大，操作方便，抓握更輕松。,72,第四節(jié) 手工具及人機學,三幾種手工具,（三）其他幾種手工具,1避免手指反復的彎曲扳動操作,73,第四節(jié) 手工具及人機學,三幾種手工具,（三）其他幾種手工具,指屈肌與指伸肌的力量較小，頻繁用力影響它的靈活性；長期使用手指彎曲扳動工具，會導致手指的疾患。,1避免手指