手握式工具设计

手握式工具设计原则 设计原则（表述1）：
必须有效地实现预定的功能；
必须与操作者身体成适当比例，使操作者发挥 最大效率； 适当考虑性别、训练程度和身体素质的差异； 作业姿势不能引起过度疲劳。 所需开发及维护成本是合理的
一般原则（表述2）
1 手工具的大小、形状、表面状况应与人手的尺 寸和解剖条件适应。 2 使用时能保持手腕顺直；避免掌心受压过大； 尽量由手部大小鱼际肌、虎口等部位分担压力。 3 避免手指反复弯曲扳动操作；避免或减少肌肉 的“静态施力”。使用手工具时的姿势、体位应 自然、舒适，符合手和手臂的施力特性。 4 不能让同一束肌肉即进行精确控制，又出很大 力量。 5 注意照顾女性，左手优势者等群体的特性和需 要。
断面为圆形较舒适。圆形直径为30-40mm防止手 沿把手滑动，提供安全防护、增大施力、施力平行 于前臂。注意减少压迫手掌中心的压强
手电钻的人机关系框图
合理的手电钻持握方式
动作的经济与效率法则（重点）
动作的经济与效率法则又称动作经济原则 该罚则首先由Gilbreth(吉布尔雷斯）提出 后来由R.M.Barnes巴思斯）进行较好的改进与发 展，归纳为三大类共22条 这些原则是艺人的生理、心理特点为基础，以减 轻人在操作过程中的疲劳为目的而建立。 该院则不仅适用于工厂车间的作业、还适合用于 教育、医护、军事等各个领域。
THE END
谢谢观赏
手握工具使用不当所引起的上肢职业病
腱鞘炎--肌腱及鞘处发炎。 工具设计应避免操作时手腕尺偏掌屈和腕外转。 腕道综合症--腕道内腱鞘发炎、肿大，压迫正中神经，肌 肉萎缩。 工具设计应避免操作时非顺直的手腕状态
网球肘--肘部组织炎症，由手腕过度桡偏引起。 运动员，瓦工、木工、家庭主妇频繁屈伸手和 腕，易发生此病。 工具设计应避免操作时手腕过度桡偏。 扳机指--由手指反复弯曲动作引起的。 工具设计应避免操作时使拇指或采用指压板控 制。
3、设计工具和设备的原则
1）应尽量使用钻模、夹具或脚操纵的装置，将手 从所有加持工件中解放出来 2）尽可能将两种抑或多种工具结合为一种 3）在应用手指操作时，应按个手指的自然能力分 配负荷 4）工具中各种手柄的设计，应尽量增大与手的接 触面，以便施加较大的力 5）机器设备上的各种杠杆、手轮和摇把等的位置， 应尽量使作业者在使用时不改变或少改变身体的位 置，并应最大限度的使用机械力
解剖学因素
1）避免静肌负荷
当使用工具时，臂部必须上举或长时间抓握，会使肩、臂及手部 肌肉承受静负荷，导致疲劳，降低作业效率。
烙铁把手的设计
2）保持手腕处顺直状态
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、尺偏等别 扭的状态时，就 会产生腕部酸痛、 握力减小，如长 时间这样操作， 会引起腕道综合 症、腱鞘炎等症 状。
双把手工具（主要设计因素是抓握空间）：
双把手工具抓握空间与握力的关系
用手习惯和性别差异（双手交替使用工具可以减轻局部 肌肉疲劳）： 从不同性别来看，男女使用工 具的能力也有很大的差异。女 性约占人群的48%，其平均手 长约比男性短2cm,握力值只有 男性的2/3.上一张图片说明了 这点。因此在设计工具时，必 须充分考虑这一点。
手部肌肉（桡侧面）
桡腕关节横断面（掌心朝上）
腕关节的构造与定位使其只能在两个面动作，这两个面各成 90°。一面产生掌屈与背屈，第二个面产生尺偏和桡偏
肱二头肌与桡骨连接的情形 小臂的尺骨、桡骨和上臂的肱骨相连接。肱二头肌、肱机和肱桡肌 控制肘屈曲和部分腕外转动作 ，而肱二头肌是肘伸肌
●手指和手部活动 手指活动：伸屈、抓握 手部活动：偏屈、转动
避免掌部压力的把手设计
4）避免手指重复Biblioteka 作如果反复用食指操作 扳机式控制器时，就 会导致扳机指（狭窄 性腱鞘炎），扳机指 症状在使用气动工具 或触发器式电动工具 时常会出现。设计时 应尽量避免食指做这 类动作，而以拇指或 压板控制代替。
避免单小指（如食指）反复操作的设计
把手设计
把手设计参数：
直径（把手直径大小取决于工具的用途与手的尺寸）：着 力抓握30—40mm ；精密抓握8—16mm 长度（把手长度主要取决于手掌宽度）：掌宽一般在7179mm之间，把手长度应为100—125mm； 形状(指把手的截面形状）：圆形（着力抓握）、三角形或 矩形（防滑、放置稳定性）、丁字形、斜丁字形（螺丝起 子）等； 弯角：10度左右；
2、布置工作地点的原则
1）应该有固定工作地点，需要提供所需全部工具与材料 2）工具与材料应放在固定地方，减少寻找造成的人力和时 间的浪费 3）工具等应放在操作者最大工作范围内，避免放在正前方， 手移动次数越少越好 4）借助重力去传送物料，送到靠近使用的地方 5）工具和材料应按最佳动作顺序进行排列与布置 6）应尽量借助下滑运动传送物料，避免用手去处理 7）应提供充足的照明。提供与工作台高度适应的座椅，可 变换操作姿势（站、坐交替），具有舒适感 8）工作地点的环境色应与工作对象的颜色有一定的对比， 以减少眼睛疲劳
手握式工具设计
大纲
●人手解剖及其工具使用相关的疾患
●手握式工具设计原则
一般原则 解剖学因素 把手设计 色彩设计
●动作的经济与效率法则 ●手握式工具产品图展示
《论语。卫灵公》中名言：“工欲善其事， 必先利其器”。人类的进化史与手工工具的 创造息息相关，历史悠久。
人手解剖
人手是由骨、动脉、神 经、韧带和肌腱等组成 的复杂结构，如左图。 手指由小臂的腕骨伸肌 和屈肌控制，这些肌肉 由跨过腕道的腱连到手 指，而腕道由手背骨和 相对的横向腕韧带形成， 通过腕道的还有各种动 脉和神经。腕骨与小臂 上的桡骨及尺骨相连， 桡骨连向拇指一侧，而 尺骨连向小指一侧。
只考虑惯用右手者而设计的手电钻
手握式工具的色彩设计
工具的色彩对人的生理和心理有直接影响。色 彩与形态密不可分。虽然色彩并不能改变形态， 但是对整个工具的艺术造型效果有着极其重要 的作用。 （1）手握式工具的色彩过去以灰绿、灰蓝居 多，而今随着色彩研究的进步以及社会多样化 的需求，色彩的变化与选择大为丰富。高明度、 高彩度、套色等色彩设计被大量应用，打破了 灰色调的一统天下。 （2）色彩设计方面除满足标识、安全等目的 外，还必须考虑操作者在工作环境下心理调整 的需要以及提高生产能力。因此要把握分寸，
1、利用人体的原则
1）双手应同时开始，并同时完成动作 2）处休息时间外，双手不应同时闲着 3）双臂的动作应对称，方向应相反，并同步进行 4）尽量减少不必要的体力消耗为准则 5）应当利用力矩协助操作 6）动作应流畅，避免方向发生突然剧变 7）抛物线运动比受约束或受控制运动更快、更易、 更精确 8）动作要从容、自然、有节奏和规律，避免单调 9）作业时眼睛的活动应处于舒适的视觉范围，避免 常改视距
应用实例
手电钻是典型的电动手工具，在许多场合，操作者须手握电钻持续工作 较长时间，应充分考虑到人际关系之间的协调，其关系框图见右图
运动范围
重复作业 手电钻的 人机因素 肌肉紧张 施力 把手设计
操作活动应在手的最佳活动范围内完成，不得使操 作者过度伸展任何关节，施力时肘关节是直角
允许换手作业（左手人数约占总人数的10%），避 免疲劳 肘关节保持在身体两侧，避免静态施力。肌肉施力 不大于最大肌力的50. 避免冲击力，不得用手指是较大的力
●肌肉施力方式 静态施力：肌肉施力靠收缩产生，会使供血受阻，持续 时间不能太长等长（产生疲劳）。 动态施力：肌肉施力与放松是对物体交替进行的，使肌 肉有节奏的收缩与舒张力。
人手的抓握方式
人手具有极大的灵活性。从抓握动作来看，可分为着力 抓握和精确抓握。着力抓握时，可分为力与小臂平行 （如锯），与小臂成夹角（如锤击）及扭力（如使用螺 丝起子）。精确抓握时，工具由手指和拇指的屈肌夹住。 精确抓握一般用于控制性作业（如小刀、铅笔）。操作 工具时，动作不应同时具有着力与控制两种性质，因为 在着力状态让肌肉也起控制作用会加速疲劳，降低效率。
色彩过分刺激、炫目容易使人紧张、疲劳，造成 错误操作和事故；而色彩的一位单调则使人感觉 沉闷，使工作情绪低落，效率降低。 （3）选择色彩是特别要注意销售地区人群对颜 色的喜好和禁忌。 （4）为了减轻重量感有些工具可使用较浅的色 系。 （5）使用环境不理想的工具应采用纯度较低、 明度适中的中性色系。
把手弯曲式工具设计
一般认为，将工具的把手与工作部分弯曲10°左右，效 果最好。弯曲式工具可以降低疲劳，较易操作，对于腕 部有损伤者特别有利。
3）避免掌部组织受压力
操作手握式工具时，有时 常要用手施相当的力。设 计不当，会在掌部和手指 处造成很大的压力，妨碍 血液在尺动脉的循环，引 起局部缺血，导致麻木、 刺痛感等。好的把手设计 应该具有较大的接触面， 使压力能分布于较大的手 掌面积上，减小应力，或 者使压力作用于不太敏感 的区域，如拇指与食指之 间的虎口位。