人机工程学-操纵装置与手工具ppt课件

提问：键盘涉及到哪些人机工程学问题？
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第三节 常用操纵器的人机学要素
一、按压式操纵器
（一）按钮和按键
1、按键回弹性 2、按键表面的设计 3、按键的排布
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第三节 常用操纵器的人机学要素
一、按压式操纵器
（一）按钮和按键
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第三节 常用操纵器的人机学要素
一、按压式操纵器
（一）按钮和按键 案例：键盘
字符和按键的排布 “柯蒂（Qwerty）”键盘存在三方面的宜人性缺陷。 ①打英文读物左右手负担比例为 57:43，对人群多数的“右撇子”不利。 ②A、S、I、O等常用字母由不灵活的小指、无名指敲击，分配不合理。 ③ 顶行的E、U、I、O属常用字母，要移动手部才能敲击，费时，不便。 1932年就有Dvorak的改进键盘问世，由于人们的“惯性”而未能流行。
二、转动式操纵器
（三）手柄形状
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设计手的接触物时应避 免将受力集中于掌心和 指骨肌，防止受压受震 而引起难于治愈的痉挛， 至少也减少了手的疲劳 和操作不准。
DU1MDY2NA==.html?spm=a2h0k.819
1407.0.0&from=s1.8-1-
1.2&f=26553773
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第三节 常用操纵器的人机学要素
一、按压式操纵器
（一）按钮和按键 案例：键盘
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第三节 常用操纵器的人机学要素
一、按压式操纵器
（一）按钮和按键 案例：键盘
运动部位形式最高频率运动部位运动最高频率小指敲击37手旋转48无名指敲击41前臂伸屈47中指敲击46上臂前后摆动37食指敲击47脚脚跟为支点蹬踩57手拍打9558手推压67精选第一节人体施力与运动输出特性三肢体的运动输出特性运动准确性的影响因素运动速度与准确性a点可以兼顾准确性与运动速度精选第一节人体施力与运动输出特性三肢体的运动输出特性运动准确性的影响因素运动方向与准确性触碰次数24720245精选第二节操纵器的人机学原则精选第二节操纵器的人机学原则一操纵器的类型1
人机工程学
孙伦 温州商学院艺术设计学院
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第四章 操纵装置与手工具
1、人体施力与运动输出特性 2、操纵器的人机学原则 3、常用操纵器的人机学要素 4、手工具及人机学
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课程收集 1、收集操纵装置并进行简单的分类 2、时间30分钟/收集数量每组20个 3、PPT呈现
按钮按键的人机学参量（摘自GB/T 14775—1993）
基本尺寸/mm
操纵力/N 工作行程/mm
直径d（圆形） 边长a×b
（矩形）
3～5 10 12 15
10×5 12×7 18×8 20×12 18～30
1～8 8～35
＜2 2～3 3～5 4～6 3～8
50
10～50
5～10
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第三节 常用操纵器的人机学要素
5.8
手 /推压
6.7
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第一节 人体施力与运动输出特性
三、肢体的运动输出特性
运动准确性的影响因素 ①运动速度与准确性
A点可以兼顾准确性与运动速度
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第一节 人体施力与运动输出特性
三、肢体的运动输出特性
运动准确性的影响因素 ②运动方向与准确性
触碰次数
247
202
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①操纵器上握持、触压、抓捏、抠挖部位的尺寸，与手脚尺寸适应； ②操作行程，与人的关节、肢体活动范围适应。
（左）
手轮轮缘直径25～30mm；（依据“手长”） 手轮一次转动角度不超过120°。适宜在 90° （右）
操纵杆球形杆端球径32～50mm： 长度150～250mm的短操纵杆， 左右转动角度不大于45°， 前后转动角度不大于30°； 长度500～700mm的长操纵杆， 转动角度10°～15°。
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第二节 操纵器的人机学原则
三、操纵器的形状和式样
手动操纵器的握持位应为圆滑的形 状，以求握持牢靠、方便、无不适感。 手掌按压的操纵器表面，采用蘑菇形球 面凸起形状。手指按压的表面要有适合 指形的凹陷轮廓。按钮应为圆形或矩形， 按键应为矩形。
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第二节 操纵器的人机学原则
四、操纵器的尺寸和操作行程
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第一节 人体施力与运动输出特性
一、人体的肌力及其影响因素
5．坐姿的脚蹬力 有座椅靠背的支撑，可以发挥 较大的脚蹬操纵力。
• 与铅垂线约成70°方向是最适宜的脚 蹬方向。此时的膝部略有上抬，大小 腿在膝部的夹角在140-150°之间。
• 从俯视的方向来看，腿的脚蹬方向偏 离正前方15°以上，操纵力就明显减 小，灵敏度也降低。
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第三节 常用操纵器的人机学要素
一、按压式操纵器
（一）按钮和按键 案例：键盘
操作尺侧偏与手腕伤害 键盘一字形横向排列，操作时手腕尺侧偏，易引起疾患。 克罗沫（Kroemer）于1972年提出了改进设计“K键盘” 。
图5-26 传统键盘与K键盘
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一、按压式操纵器
（一）按钮和按键
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第三节 常用操纵器的人机学要素
一、按压式操纵器
（一）按钮和按键
设计注意事项 ①按钮颜色的选取。 ②用作两种工作状态转换的按键，附加显示当前状态的信号灯。 ③表面形状、触感、凸起高度、间距等都影响按键的使用。
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第三节 常用操纵器的人机学要素
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第一节 人体施力与运动输出特性
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第一节 人体施力与运动输出特性
一、人体的肌力及其影响因素
1．人体主要部位的肌肉力量
人体施力来源于肌肉收缩的力量，称为肌力。 工作操纵力主要是臂力、握力、指力、腿脚力，有时也用腰力、背力等。
操纵力与施力的人体部位、施力方向和指向、体位姿势、施力位置、对 速度、频率、耐久性、准确性的要求等因素有关。
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第三节 常用操纵器的人机学要素
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第三节 常用操纵器的人机学要素
一、按压式操纵器
（一）按钮和按键
按钮常见；多个连续排列在一起的按钮称为按键。主要人机学参量有：截面尺寸、操 纵力（按压力）和工作行程。
表5-19 操纵器及 操作方式
按钮 用食指按压
按钮 用拇指按压
按钮 用手掌按压
（二）操纵器的选用
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第二节 操纵器的人机学原则
三、操纵器的形状和式样
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第二节 操纵器的人机学原则
三、操纵器的形状和式样
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第二节 操纵器的人机学原则
三、操纵器的形状和式样
①尺寸形状适合手脚尺寸及解剖学条件。 ②操作力、操作方向、速度、行程、准确度控制要求，与人出特性适应。 ③不同操纵器易于识别，避免互相混淆。 ④操作体位合理，减轻疲劳和厌倦感。 ⑤操纵器与显示器有正确的互动协调关系；且与人的自然行为倾向一致。 ⑥形状美观、式样新颖，结构简单。合理设计多功能操纵器。
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第二节 操纵器的人机学原则
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第二节 操纵器的人机学原则
一、操纵器的类型与选用
（一）操纵器的类型
1．按操控方式分 可分为手动、脚动、声控操纵器等操控类型。 也可以分为直动、遥控操纵器等操控方式。
2．按操控运动轨迹分 旋转式操纵器： 如旋钮、摇柄、十字把手、手轮等。 移动式操纵器： 如操纵杆、手柄、推扳开关等。 按压式操纵器： 如按钮、按键等。
• 手动控制器应安排在容易接触到和易看到的空间。 • 按钮的间距应为15mm，各手控制器的间距不小于50mm。 • 手揿按钮、旋钮适用于费力小、移动幅度不大及高精度的阶 梯式或连续式调节。
• 长臂杆、手柄、手轮、踏板则适用于费力、幅度大和低精度 的操作。
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第二节 操纵器的人机学原则
一、操纵器的类型与选用
• 瞬间向后拉的力比连续操作向后拉的力要大很多 • 向内推的力＞比向外拉的力
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立姿屈臂操纵力的分布
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第一节 人体施力与运动输出特性
一、人体的肌力及其影响因素
4．握力
• 男子优势手的握力约为自身体重的 47﹪～58； 女子约为自身体重的40﹪～48﹪。
• 所有肌力均随施力持续时间加长而 逐渐减小。 例如某些肌力持续4分钟，会衰减 到1/4左右；肌力衰减到1/2所持续 时间，对多数人是基本相同的。
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第一节 人体施力与运动输出特性
三、肢体的运动输出特性
（一）运动速度与频率
1．人体运动部位、运动形式与运动速度
表5-11 完成一次动作的最少平均时间（单位：ms）
人体运动部位 手
运动形式和条件
直线运动 抓取 曲线运动 抓取 极微小的阻力矩 旋转 有一定的阻力矩 旋转
最少平均时间
70 220 220 720
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第一节 人体施力与运动输出特性
二、反应时和运动时
反应时
• 指从刺激呈现到人开始作出外部反应的时间间隔，也称反应潜伏期。 • 影响反应时的有人体主观因素，和外界刺激客观因素。
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第一节 人体施力与运动输出特性
二、反应时和运动时
1．简单反应时、辨别反应时与选择反应时
简单反应时最短，辨别反应时次之，而选择反应时因既要辨别刺激种类， 又要确定相应的反应形式，时间最长。
③单手可在此手一侧60°内自如运动；双手 在左右各30°内自如运动。正中方向及附近单、 双手运动最自如。
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第一节 人体施力与运动输出特性
三、肢体的运动输出特性
（一）运动速度与频率 4．运动频率
表格中是一般人运动能达到的限值， 适宜的工作操作频率应小于这些数值， 长时间工作的操作频率应该更小。
(a)圆形
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(c)指针形
(b)多边形 (d)转盘
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第三节 常用操纵器的人机学要素
二、转动式操纵器
（一）旋钮
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第三节 常用操纵器的人机学要素
二、转动式操纵器
（一）旋钮 指针式旋钮：旋钮带有指针的形状，当旋转旋钮时，可靠指针确定旋
钮的位置。可得到较精确的调节。设计时应突出指针的形状，以便使操作 者了解旋钮的最终位置。参考尺寸如图。
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第三节 常用操纵器的人机学要素
二、转动式操纵器
（二）手轮与带柄手轮
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第三节 常用操纵器的人机学要素
二、转动式操纵器
（三）手柄形状
1、设计合理的操纵手把，主要考虑以下几个方面： ➢手把形状应与手的生理特点适应 ➢手把形状应便于触觉对它进行识别。
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第三节 常用操纵器的人机学要素
腿脚 躯干
向前方、极小阻力 踩踏 向前方、一定阻力 踩踏 向侧方、一定阻力 踩踏
向前或后 弯曲 向左或右 侧弯
Hale Waihona Puke 360 720 720～1460
720～1620 1260
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第一节 人体施力与运动输出特性
三、肢体的运动输出特性
（一）运动速度与频率 2．运动方向与运动速度 肢体在不同方向上的运动快慢有所差异。
一、按压式操纵器
（一）按钮和按键 设计注意事项举例 ③表面形状、触感、凸起高度、间距等都影响按键的使用
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第三节 常用操纵器的人机学要素
一、按压式操纵器
（一）按钮和按键 设计注意事项举例 ④按钮的安置是否适合操作手型
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第三节 常用操纵器的人机学要素
一、按压式操纵器
（一）按钮和按键
表5-5 身体主要部位肌肉能产生的力值 （单位：N）
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第一节 人体施力与运动输出特性
一、人体的肌力及其影响因素
2．坐姿的手臂操作力
图5-4 坐姿手臂操纵力的 测试方位和指向
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第一节 人体施力与运动输出特性
一、人体的肌力及其影响因素
3．立姿的手臂操纵力
a）前后方向的推拉
b）左右方向的推拉
3．按操控功能分 分为开关式、转换式、调节式操纵器等类型。
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第二节 操纵器的人机学原则
一、操纵器的类型与选用
（二）操纵器的选用
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第二节 操纵器的人机学原则
一、操纵器的类型与选用
（二）操纵器的选用
如何选择操纵装置？ 操作要求，一般应遵循如下几个原则: • 快速、精细的操作，主要采用手动或指动控制器。用力的操 作应采用手臂及下肢控制。
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第三节 常用操纵器的人机学要素
一、按压式操纵器
（一）按钮和按键 案例：键盘
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第三节 常用操纵器的人机学要素
二、转动式操纵器
（一）旋钮 其形状可分为圆形、多边、指针旋钮和手动转盘等。 (ａ)适于微
调，(ｂ)力量可大些，(ｃ)旋钮上带有指示刻度线。 圆形旋钮需要做出齿纹、刻痕，使旋钮可以施加足够的转动力矩。
表5-12 人体各部位的最高运动频率 （单位：次/s）
运动部位/形式
小指 /敲击 无名指 /敲击 中指 /敲击 食指 /敲击
最高 频率
3.7 4.1 4.6 4.7
运动部位/运动
手 /旋转 前臂 /伸屈 上臂 /前后摆动 脚/脚跟为支点蹬踩
最高 频率
4.8 4.7 3.7 5.7
手 /拍打
9.5 脚 /抬放
右手在水平面内8个方 向上运动时间的对比
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第一节 人体施力与运动输出特性
三、肢体的运动输出特性
（一）运动速度与频率 3．运动轨迹与运动速度
①人手水平运动快于铅垂运动；前后运动快 于左右运动；往下快于往上；顺时针转快于逆时 针。
②人手向里拉准确度高于往外推。右利者右 手向右快于左手向左，左利者有对应的特性。