人机系统安全设计

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• 另一种是开关踏板(冲床、剪床上的踏板)。
(1)调节踏板
• 调节踏板有以脚后跟为转轴的(如汽车的加速踏板,见图 6.25a)和脚悬空(见图6.26)的两种。
• 脚踏板常设计成长方形。踏板下的舒适角不大于20o,踏板 安置位置离正中矢状面100∽180mm的范围内为宜,每脚 与人的中线叉开10o~15o为宜(见图6.25b) 。
• 据有关实验研究资料确定的各种手控操纵装 置与人体尺度有关的尺寸参数见表6.20;
• 尺寸含义见图6.16。
表6.20 手控操纵装置与人体尺度有关的尺寸参数
表6.20 手控操纵装置与人体尺度有关的尺寸参数
三 控制装置的设计 (1)控制装置设计的一般要求
2)控制器操纵方向应与预期的功能方向和机器 设备的被控制方向一致。向上扳或顺时针方向转动
按压式控制装置设计 1、按钮
• 按钮有三个主要参数:直径、作 用力及移动距离。
按钮直径
• 按钮尺寸大小,即圆截面的直径d,或矩形截面的
两个边长 a×b,应与相关的人体操作部位(如
手指)的尺寸相适应。
• 一般圆弧形钮直径以8—18mm为宜,矩形按钮以 (10×10)、(10×15)或(15×20)mm为宜,按钮应高 出盘面5—12mm,行程为3—6mm,按钮间距一般 为12.5—25mm,最小不得小于6mm。
① 从功能角度:向上扳或顺时针方向转动意味 着向上或加强
② 从被控设备角度:设备运动方向将向上运动 或向右运动。
如铲车的升降控制器是上下操纵 的;当被控元件转动时,控制器 宜采用手轮,如汽车转弯,宜采 用圆形方向盘。
三 控制装置的设计 (1)控制装置设计的一般要求
3)控制装置要利于辨认和记忆。 控制装置在外形、大小和颜色上进行区别 有明显的标志,并力求与其功能有逻辑上的联系 这样,控制装置无论数量,排列布置及操作顺序
(2)控制装置设计时应该考虑的因素
• 4)使用部位的尺寸和结构
• 不同的操纵器,由于压或握的用力方式不同,操 纵件的尺寸和形状不同。
• 首先取决于控制装置上手或脚使用部位的尺寸, • 其次需要根据操纵时是否戴手套,或作业时鞋的
形式来决定放宽的尺寸。
旋转式控制装置的设计
• 常用的手动转动式操纵器有旋钮、转轮、 手柄和曲柄、按钮、按键、杠杆等。
• 1)手控操纵器适用于精细、快速调节,也 可用于分级和连续调节
• 2)脚控操纵器适用于动作简单、快速、需 用较大操纵力的调节。脚控操纵器一般在 坐姿有靠背的条件下选用。
二 控制装置的用力特征
• 控制装置的形状、大小、位置、运动状态和操 纵力等,都要符合人的生理、心理特性,以保 证操作时的舒适和方便。
• 各类控制装置中,操纵动作需由人施加适当的 力和运动才能实现。所设计的控制装置的操纵 力不应超出人的用力限度,并使操纵力控制在 人施力适宜、方便的范围内,以保证操作质量 和效率。
二 控制装置的用力特征
• 应注意以下3个方面:
• 1、适宜的操纵力 • 2、适宜的阻力 • 3、适宜的反馈
二 控制装置的用力特征
6.2.2 控制装置设计
新课导入
• 控制器是操作者用以控制机器运 行状态的装置或部件,是联系人 和机的重要部件之一。
• 生产中的许多事故都是因控制器 设计未充分考虑人的因素所致。
• 费茨和琼斯在1947年分析了飞行 驾驶中出现的460个操作失误, 发现其中68%的错误是由于控制 器设计不当引起的。
• 作用力
对于单指按钮的阻力,大拇
指按钮可取为2.94~19.6N,其他手指按钮
可取为1.47~5.89N,按钮阻力不宜太小,
以免误碰就会起作用。
• 移动距离 按钮的移动距离不宜太小, 太小会不安全。一般情况下大型按钮移动
的距离也应大一些。
图6.23 产品上按钮的安置是否得当
按键
脚动控制装置的设计
• 另一类来自机的反馈信息。主要有:仪表显示、 光显示、振动变化、音响显示、操纵阻力。
(2)控制装置设计时应该考虑的因素
• 2)控制装置的适宜用力
• 操纵阻力不能过小,用力太小则操纵精度难以控制, 人不能从操纵力中得到有关操纵量的反馈信息,不利 于正确操纵。
• 阻力也不能过大,否则会使控制器的动作不灵敏,难 以驾驭,而且也会使操纵者提前产生疲劳。
① 应根据人体生物力学特性,按操作人员的中下 限能力进行设计,使控制装置能适合大多数人 的操作能力。
② 快速准确的操作,应采取手动控制或指动控制 装置,如按钮、转动式开关等;用力较大的操 作,应设计为手臂或下肢操作的控制装置,如 手柄、曲柄、转轮等。
③ 操纵装置的大小必须与人手尺寸相适应,以 使操纵准确无误、灵活方便、舒适而高效。
• 在设计大小时必须考虑操作者有效用力范围(表6.22)及 其合理尺寸,使之手握舒服,用力有效不产生滑动。
• 表6.22 手柄的适宜用力
移动、扳动式控制装置的设计 1、操纵杆
6.19 坐姿下的短操纵杆操作
6.20 手腕易达的转动角度
移动、扳动式控制装置的设计 2、扳动开关
• 扳动开关只有开和关两种功能。扳动开Biblioteka Baidu具有操 作简便,动作迅速的优点。
二 控制装置的用力特征
• 2、适宜的阻力
• 只求快而精度不高的工作,操纵力应越小越好 • 操纵精度要求高,控制装置应具有一定的阻力 • 对于脚动控制装置,操纵过程中为防止脚动控
制装置被无意碰移或误操作,脚动控制装置应 设计一个起动阻力,它至少应超过脚休息时脚 动控制装置的承受力。
二 控制装置的用力特征
• 可用来表示系统的灵敏度高低。
操纵杆移动20mm,显示器目标位 移5mm,其控制显示比: C/D = 20/5=4;(精调) 当旋钮转动1个单位,指示器指针 移动5个单位,则C/D =1/5=0.2。
图6.36 C/D与调节 时间的关系
图6.36
(2)控制装置设计时应该考虑的因素
• 1)控制信息的反馈 • 2)控制装置的适宜用力 • 3)控制装置的运动 • 4)使用部位的尺寸和结构
(2)控制装置设计时应该考虑的因素
• 1)控制信息的反馈
• 人在操纵控制装置时,需要通过一定的反馈来获 得有关操纵的信息。有两类反馈信息,
• 一类来自人体自身的反馈信息,如眼睛观察手脚 的位移,手、臂、肩或脚、腿、臀感受的位移或 压力信息。
• 按钮直径大于15mm时,可将顶部做成球面线凹坑 ,以便于手感定位。
• 若按钮的关系重大,为防止疏忽,可将按钮设置 在一凹坑中。这时按钮直径应不小于25mm,若需 戴手套操作,则按钮直径不应小于50mm 。
• 对于发生疏忽会产生严重事故的按钮,应加防护 装置。例如可以加装小盖或护栏。
凹坑按钮
加装护拦的按钮
• 1、适宜的操纵力
• 从能量利用的角度看,在不同的用力条件下, 以使用最大肌力的1/2和最大收缩速度的1/4操作, 能量利用率最高,人较长时间工作也不会感到疲劳
• 为使必要的静态施力能保持较长时间而不导致 局部疲劳,最好使其保持在人体最大肌力的 15%∽20% 。
静态操纵:控制装置的操纵要求人的施力 部位始终在特定的位置(如用力握紧电动 工具把手的操纵),这种操纵称为静态操 纵。
一 控制装置的类型
• 1.按操纵方式划分 • 2.按运动方式划分
手轮
手柄
1)旋转控制器 如曲柄、手轮、 旋塞、旋钮、钥匙等。 2)移动控制器 如操纵杆、 手柄、推扳开关、踏板等。 3)按压控制器 如按钮、按 键、键盘等。
按钮
控制装置的选用原则
• 《操纵器一般人类工效学要求》 (GB/T4775-93)给出
• 常见脚动控制装置有脚踏板和脚踏钮。 • 一般在下列情况时考虑选用脚控制器: • 操作工作量大,只用手动操作不足以完成操纵任
务; • 操纵力比较大,如操纵力超过50N且需连续操作,
或虽为间歇操作,但操纵力更大。
1)脚动控制器分类
• 脚踏板有两种:
• 一种是调节踏板(如汽车制动踏板、油门踏 板),
(2)控制装置设计时应该考虑的因素
• 3)控制装置的运动
• 首先控制装置的操作方向与系统过程的变化方向 相一致,这样可以使控制操作形象化,又可使控 制操作和系统的变化之间产生一定的逻辑关系, 有利于操作人员记忆和辨认,提高操作效率。如 朝某一方向时,产生最大力量。
• 其次控制装置的移动范围不能超过操作者可能的 活动范围,并要给操作者留出足够的自由空间。
部分旋转钮(控制范围不超过360o)
(a)
(c)
定位指示旋钮
(b)
(d)
根据旋钮的形状,可分 为圆形旋钮,多边形旋 钮,指针形旋钮和手动 转盘等。
• 旋钮大小应根据操 作时使用手指和手 的不同部位而定, 旋钮直径以能够保 证动作速度和准确 性为前提。
• 为使手操纵旋钮时 不打滑,钮帽部分 做成各种齿纹或多 边形,以增强手的 握持力。 • 单层旋钮,直径以50mm为最佳。
• 以使用者最大肌力的一半和最大收缩速度的1/4操作,能量利 用率最高,人在较长时间内工作不会感到疲劳。
• 对于只要求快而精度要求不太高的工作(如点动开关) 来说,操纵力应在人能获得反馈的同时越小越好;操 纵精度要求很高,控制装置应具有一定阻力。
6-21
表 不 同 控 制 装 置 所 要 求 的 最 小 阻 力
本节目录
• 一、控制装置的类型和选用 • 二、控制装置的用力特征 • 三、控制装置的设计 • 四、控制装置的特征编码与识别
一 控制装置的类型
• 1.按操纵方式划分 • 2.按运动方式划分
1)手动控制器,如各种 手柄、按钮、旋钮、选择 器、杠杆、手轮等。 2)脚动控制器,如脚踏 板、脚踏钮、膝控制器等。
图6.25a 以鞋跟为转轴的踏板 图6.25b 脚的舒适叉开角度
(2)踏板开关
脚动控制装置的操纵力
四 控制装置的特征编码与识别
根据控制器的用途,将控制器设计成不同 的形状,以使视觉上和触觉上易于区分。
• 以不同大小来区别控制器 的功能和用途,通常在同 一系统中只能设计大、中、 小三种规格。
• 三层旋钮的中间一层选取直径50mm时,最上面的 小旋钮直径应小于25mm ,最下面的一个大旋钮 直径80mm左右为宜。
转轮、手柄和曲柄
• 转轮、手柄和曲柄控制器的功能与旋钮相当,用于需 要较大的操作扭矩条件下。转轮可以单手或双手操作 ,并可自由地连续旋转操作。手柄和曲柄可以认为是 转轮的变形设计。
如何,每个控制装置都能明确地被操作者辨认出 来。
三 控制装置的设计 (1)控制装置设计的一般要求
4) 尽量利用控制器的结构特点进行控制(如弹簧 等)或借助操作者体位的重力(如脚踏开关) 进行控制。 对重复性、连续性的控制操作,不应集中某一 部分的力,以防产生作业疲劳和工作单调感。
5) 尽量设计多功能控制器,并与显示器有机地结 合,如带指示灯的按钮等。
旋钮
• 旋钮供单手操纵使用。旋钮可以旋转一圈、多圈或 不满一圈,可以连续多次旋转,也可以定位旋转。
• 连续旋转钮(控制范围超过360o),图(a)(b)
;部分旋转钮(控制范围不超过360o), 图(c)
;定位指示旋钮(控制范围有固定的边界限范围有
固定的边界限制),图(d)。
连续旋转钮(控制范围超过360o)
• 3、适宜的反馈
• 操作过程中,操作者从手或足的用力大小中 取得有关操纵量大小的信息,操纵量的大小 要与操纵用力的大小成比例,这种比例关系 称为控制装置的用力级差或用力梯度。
三 控制装置的设计 (1)控制装置设计的一般要求
表6-18)
三 控制装置的设计 (1)控制装置设计的一般要求
1) 控制器设计要适应人体运动的特征,考虑人体 的尺寸和体力:
• 由于大小编码的视觉和触 觉感知度小的原因,常与 其他形式编码一起使用。
、蓝
(文字或图形)
6.2.3 显示装置和控制装置的相合性设计
运动相合性
图6.33
空间相合性
最好控制器就放置在显示器对应位置的下方或右方 (右手操作)。
控制----显示比
• 控制显示比是指控制装置(C)和显示装置 (D)移动量之比,即C/D。
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