3、操纵装置设计
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第5章_人机的信息界面设计(3)_安全人机工程学
第 5章 人机的信息界面设计
5.1 人机信息界面的形成 主 要 内 容 5.2 视觉信息显示设计 5.3 听觉信息传示系统 5.4 操纵装置设计
5.5 操纵与显示相合性
5.3 听觉信息传示设计
5.3.2 言语传示装置
用语言传递人与机器的信息，使其具有一定的表达能力。传递和 显示言语信号的装置称为言语传示装置。
6
5.3.3 听觉传示装置的选择 1.音响传示装置的选择原理
在有背景噪声的场合，音响传示装置的频率选择在噪声掩蔽效应 最小的范围内。 使用断续的或音调有高低变化的声音信号，更能引起人的注意。 最好组成视、听双重报警信号。 音响信号传播距离远和穿越障碍物时，应加大声波强度，使用较 低的频率。 注意音响装置的多少，避免各信号间的相互干扰。
图5-13 常用手控操纵器的尺寸
19
5.4 操纵装置设计
5.4.3 脚控操纵器的设计
适宜的操纵力，参阅表5-21 脚控操纵器的尺寸
脚踏板：矩形，宽度>2.5cm，踏下行程6-17.5cm防滑齿纹； 脚踏按钮：取代手控，可快速操纵，直径5-8cm，行程1.2-6cm。
脚踏板结构形式的选择，见下图
效率：187
(a)操纵器与显示器方向相合性 (b)操纵习惯模式
28
5.5 操纵与显示相合性
5.5.3 操纵－显示的编码和编排相合性
重要的原则就是操纵－显示的编码应尽可能一致，见下图。
神七3名航天员心里相容性最高，见视频
29
作业与思考题
1. 2.
3.
4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.
位置编码 尺寸编码 颜色编码 符号编码
21
补充知识：相容性
所谓相容性(或一致性)是指刺激与反应间关系与人们预期 的一致的程度。
5.1 人机信息界面的形成 主 要 内 容 5.2 视觉信息显示设计 5.3 听觉信息传示系统 5.4 操纵装置设计
5.5 操纵与显示相合性
5.3 听觉信息传示设计
5.3.2 言语传示装置
用语言传递人与机器的信息，使其具有一定的表达能力。传递和 显示言语信号的装置称为言语传示装置。
6
5.3.3 听觉传示装置的选择 1.音响传示装置的选择原理
在有背景噪声的场合，音响传示装置的频率选择在噪声掩蔽效应 最小的范围内。 使用断续的或音调有高低变化的声音信号，更能引起人的注意。 最好组成视、听双重报警信号。 音响信号传播距离远和穿越障碍物时，应加大声波强度，使用较 低的频率。 注意音响装置的多少，避免各信号间的相互干扰。
图5-13 常用手控操纵器的尺寸
19
5.4 操纵装置设计
5.4.3 脚控操纵器的设计
适宜的操纵力，参阅表5-21 脚控操纵器的尺寸
脚踏板：矩形，宽度>2.5cm，踏下行程6-17.5cm防滑齿纹； 脚踏按钮：取代手控，可快速操纵，直径5-8cm，行程1.2-6cm。
脚踏板结构形式的选择，见下图
效率：187
(a)操纵器与显示器方向相合性 (b)操纵习惯模式
28
5.5 操纵与显示相合性
5.5.3 操纵－显示的编码和编排相合性
重要的原则就是操纵－显示的编码应尽可能一致，见下图。
神七3名航天员心里相容性最高，见视频
29
作业与思考题
1. 2.
3.
4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.
位置编码 尺寸编码 颜色编码 符号编码
21
补充知识：相容性
所谓相容性(或一致性)是指刺激与反应间关系与人们预期 的一致的程度。
第5章：人机信息界面(操纵装置设计)
操纵装置的类型及特征分析
三.操纵装置的特征编码与识别
形 状 编 码
在(a)、(b)、(c) 三 类旋纽之间不易混 淆，而同一类之间 容易混淆；(a)和 (b) 类旋纽适合作360 度以上旋转操作； (c) 类旋纽适合360 度以内旋转操作； (d)类适合作定位指 示调节。
旋纽的形状编码
操纵装置的类型及特征分析
三.操纵装置的特征编码与识别
在控制器上标以不同的文字或图形符号以区别不同的控制器。这种编 码的优点是，可以用示意性符号对每个控制器的作用给以直观性指示，不 需要事先去记忆每个控制器的功能和用途，减少了大脑译码的过程，因此 效率和准确度都较高。在设计符号时，这些符号应力求简单、达意、明显、
符 颜 号 色 编 码
按压式操纵器
按钮的设计 1.外形：常为圆形和矩形，有的还带 有信号灯。作用：系统的启动和关停。 分类：单工位和双工位。
按 钮 的 形 体 设 计
单工位按纽是手按后，它处于工作状 态，手指一离开按纽就自动脱离工作 状态，回复原位； 双工位的按纽 是一经手指按下就一直处于工作状态， 当手指在按一下时，它才回复原位2. 按纽的尺寸主要按成人手指端的尺寸 和操作要求而定。圆弧形按纽直径： 8—18mm ，矩形按纽10*10、10*15或 15*20，按纽应高出盘面5—12mm，行 程为3—6mm,按纽间距一般为12.5— 25mm,最小不得小于6mm。
旋转式操纵器
手轮—汽车方向盘—设计 ③高级轿车在方向盘中设置了一个空气袋，平时折合在立柱 顶端的一个圆盆中，一旦汽车发生碰撞使汽车骤然停止时气 袋就会自动充气，以保护司机的面部和胸部。同时还应保证 快速排气，及时排气，以免造成司机窒息。
旋转式操纵器
手柄的设计
手 柄 的 形 体 设 计
三.操纵装置的特征编码与识别
形 状 编 码
在(a)、(b)、(c) 三 类旋纽之间不易混 淆，而同一类之间 容易混淆；(a)和 (b) 类旋纽适合作360 度以上旋转操作； (c) 类旋纽适合360 度以内旋转操作； (d)类适合作定位指 示调节。
旋纽的形状编码
操纵装置的类型及特征分析
三.操纵装置的特征编码与识别
在控制器上标以不同的文字或图形符号以区别不同的控制器。这种编 码的优点是，可以用示意性符号对每个控制器的作用给以直观性指示，不 需要事先去记忆每个控制器的功能和用途，减少了大脑译码的过程，因此 效率和准确度都较高。在设计符号时，这些符号应力求简单、达意、明显、
符 颜 号 色 编 码
按压式操纵器
按钮的设计 1.外形：常为圆形和矩形，有的还带 有信号灯。作用：系统的启动和关停。 分类：单工位和双工位。
按 钮 的 形 体 设 计
单工位按纽是手按后，它处于工作状 态，手指一离开按纽就自动脱离工作 状态，回复原位； 双工位的按纽 是一经手指按下就一直处于工作状态， 当手指在按一下时，它才回复原位2. 按纽的尺寸主要按成人手指端的尺寸 和操作要求而定。圆弧形按纽直径： 8—18mm ，矩形按纽10*10、10*15或 15*20，按纽应高出盘面5—12mm，行 程为3—6mm,按纽间距一般为12.5— 25mm,最小不得小于6mm。
旋转式操纵器
手轮—汽车方向盘—设计 ③高级轿车在方向盘中设置了一个空气袋，平时折合在立柱 顶端的一个圆盆中，一旦汽车发生碰撞使汽车骤然停止时气 袋就会自动充气，以保护司机的面部和胸部。同时还应保证 快速排气，及时排气，以免造成司机窒息。
旋转式操纵器
手柄的设计
手 柄 的 形 体 设 计
操纵装置详细介绍
行业发展情况及现状分析 船舶驾驶及操舵设备市场发展优劣势分析
行业发展情况及现状分析
2011年是船舶驾驶及操舵设备行业发展过程中非常关 键的一年，首先，从外部宏观环境来讲，2011年是我国船 舶驾驶及操舵设备行业“十二五”规划的开始年，影响行 业发展的新政策、新法规都将陆续出台。转变经济增长方 式，严格的节能减排对船舶驾驶及操舵设备行业的发展都 产生了深刻的影响，另外还有来自通货膨胀、人民币升值 、人力资源成本上升等等因素的影响；从企业内部来讲， 产业链各环节竞争、技术工艺升级、出口市场逐步萎缩、 产品销售市场日益复杂等问题，都是企业决策者所必须面 对和亟待解决的。
国内外知名企业介绍
公司建船舵汽缸新生产线
Kobelt公司立足客户需求，根据市场要求，不断调整 改进公司产品生产线。2008年，Kobelt公司顺应注重预算 型客户需求，推出一条新船舵汽缸生产线，专用于22-40 米长休闲游艇和15-30米长工程船舶使用。这种船舵汽缸 价格低廉，但和Kobelt公司其他设备同等按照质量优良、 精确、持久耐用程序生产制造
国内外知名企业介绍
五十多年来，七O二所遵循“团结、拼搏、创新、奉 献”的精神，为我国舰船和海洋工程事业的不断发展做 出了巨大的贡献。1978年以来共获国家级等各级科研成 果奖400多项，1997年起连续获得省级文明单位称号。
七O二主要从事舰船及水中兵器、海洋工程等水动力 、结构、噪声等基础与应用基础研究，以及高性能船舶 与水下工程研究开发。在服务经济建设方面，七O二所还 研制开发了多项产品，如车客渡船Z型全回转推进器、高 速游艇、水上游乐设施等。由于积极为地方经济发展作 出了贡献，多次获得省军转民先进单位和市十佳科研单 位称号。并于1997年起获省文明单位称号。
第六章 操纵系统设计
三、操纵件的造型
操纵件不仅用来完成操纵系统的任务，而且也是一种 装饰和点缀品。 1.手操纵件的造型
（1）设计手柄式操纵减少时，要重视柄部的形状和尺寸。 （2）为了便于记忆，各操纵件最好采用不同形状的柄部 或者不同颜色的按钮。 （3）采用旋转式操纵减少时，最好在按钮上的手捏部分 设计成一头尖的形状，或做上醒目的标记，用它来指明 旋转的刻度位置。
片刻视力范围是在短时间内部疲劳地看清楚物体的范围。 有效视力范围是注意力集中才看清物体的范围。 视野是指头部和眼球固定不动地观看正前方所能看 视野 见的空间范围。颜色对视野也有影响，白色的视野 最大、其次为黄色和蓝色，绿色的视野最小。 视距是指人的眼睛清晰辨认物体的正常观察距离。 视距
二、操纵件的布置
人体不动的情况下，上、下肢能舒适达到的范围。 （3）操纵灵活 （4）操纵件定位可靠 操纵件应能长时间可靠地保
持在某一操纵状态的位置，不因其他非操作力的作
用而改变其操纵状态。而且，操作件一旦因为某种 原因而偏离操作位置时，应有自动回位功能。 （5）操纵灵活、效率高 对 操纵者所发指令的反映灵敏而准确，而且能量传递 的损失小，效率高，有利于减少操纵力。 （6）操纵系统的反馈准确迅速 好 的反馈性，使操纵信号准确迅速地反馈给操纵者， 以便操作者及时判断操作的效果，并作出新的操 操纵系统应有良 操纵系统中的执行件应
操纵系统的主要参数有操纵力、操纵行程和传动比。 1.操纵力 由操纵力的计算公式可知，若操纵系统的传动机构 确定，则传动比和传动效率就既定，因此，操纵力 决定于执行件的工作阻力，工作阻力应按最经常出 现的最严重工况时的工作阻力来计算操纵力。
2.操纵行程 操纵行程是指执行件从初始位置移动到完成操纵 任务时的位置，操纵件所具有的相应位移量。操 操 纵行程的大小应使人体在不移动位置的情况下能 方便自如的达到。 方便自如的达到。 3.传动比 操纵系统的传动比为传动件的主动力臂与从动力臂 之比，其值决定于传动机构中 构件的尺寸，应按在克服最大操纵力阻力时所在的
人机工程学课件 操纵控制装置(CONTROLS)1
如编码的意义
§2 操纵装置的设计要求和人因学要素
图4示：Chapanis实验中 煤气灶开关与煤气头的 空间排列关系 排列(a)的效果最好，在 1200次实验中没有操作错 误，其原因就是这种排列 关系最符合控制器与显示 器空间排列的一致性原则
图4：Chapanis实验中 煤气灶开关与煤气头的空间排列关系
伸及的范围内。
§2 操纵装置的设计要求和人因学要素
图3：控制器与显示器的最佳布置范围
§2 操纵装置的设计要求和人因学要素
2. 控制器的排列 1.）重要性原则 2.）使用频率原则 3.）功能原则 4.）使用顺序原则 除遵照以上原则外，也可采用链分析法(link-analysis method) 进行设计（位置安排）。在人机系统设计评价一章我们将介绍。 3. 控制器的间距 主要取决于操作的肢体部位和控制器的特点。
启动 不连续调节 定量调节 连续控制 输入数据
○
○
○
曲柄 手轮
操纵杆 键盘
○ ○
○
○ ○
○ ○
表2. 各种控制器的使用情况比较
控制器 使用情况
按 钮 小 好 可
旋 钮 小 好 好
踏 钮 小 差 差
旋转 钮子 选择开 开关 关 中 好 好 小 较好 好
手摇 把 中大 较好 可
操纵 杆 中大 好 好
手轮
手轮、踏板、杠杆
大曲柄
§2 操纵装置的设计要求和人因学要素
引言： ◆控制器的质量对人的工作效率和生产安全具有十分 重要的意义。 ◆劣质控制器不仅操作费力费时，降低工作效率，而 且容易造成操作差错，导致人身伤亡事故。 ◆质量优良的控制器，必须具有两方面的特点： 1.）材质优良，功能完备； 2.）适合于操作者的使用特点，方便、省力、有效、 安全。
人机工程
1.反应时概念及其类型、影响因素。
概念：从接受刺激到机体做出反应所需要的时间；类型：（1）简单反应时：由单一的刺激产生单一的反应，这种单一反应所需要的时间就是简单反应时；（2）选择反应时：人对两个或两个以上的刺激信息做出不同反应，即刺激与反应间有一一对应的关系。
这种反应所需要的时间就是选择反应时间；（3）析取反应时：人对多个刺激信息中的某种刺激做出预定反应，对其余刺激不做反应。
这种反应所需的时间就是析取反应时间。
影响因素：不同感觉器官、刺激强度、刺激时间、刺激数目、信号与背景的对比度、人的主体因素：主要指年龄、性别、习俗、得体差异、疲劳等个人生理、心理状况。
2.如何减轻记忆负荷？为减轻记忆负荷过重，在设计人机界面时，应采用操作者熟悉的语言和术语，应把面向机器功能概念的操作改为面向操作者使用目的的操作，以便使操作者比较容易记忆。
3.降低作业疲劳的措施。
（1）合理设计作业的用力方式;（2）合理安排作业休息制度；（3）改善工作内容，以克服单调感；（4）完善生产组织与劳动制度；（5）合理设计工作条件。
4.如何合理用力？合理用力一般原则：随意性原则、平衡性原则、经济性原则、降低动作等级原则；选择正确的作业姿势和体位：（1）避免弯腰及其他不自然的姿势；（2）避免长时间抬手作业；（3）坐姿工作比立姿工作省力；（4）避免静态施力；（5）设计合理的工作台；（6）手在较高位置作业时，应增设支撑物;（7）利用重力作用；（8）合理利用作业位置与视距的关系。
5.如何设计操纵装置？（1）操纵装置的设计要便于大多数人的操作使用；（2）操纵装置的运动方向同机械设备的运行状态相协调；（3）操纵装置要容易辨识；（4）尽量利用自然地操作动作或借助人身体的某个部位的重力进行操作；（5）在条件许可的情况下尽量设计成多功能的操纵装置；（6）操纵装置的造型设计要求尺寸大小适当、形状美观大方、结构简单、感觉舒适；（7）保证安全，防止误动作和偶发启动。
第五章 操纵器设计
V
第二节 人体的施力与运动输出特性
5、坐姿的脚蹬力 图中的外围曲线就是足 蹬力的界限，箭头表示 用力方向。可知最大蹬 力一般在膝部弯曲 160°时产生(书上讲与 铅垂线成70°)。脚蹬 力也与体位有关，蹬力 的大小与下肢离开人体 中心对称线向外偏转的 角度大小有关，下肢向 外偏转10°时的蹬力最 大。
V
第三节 操纵器设计的人机学原则
手指按压——凹陷轮廓。按钮：圆形、矩形 按键：矩形 3-5mm的可做成球面或者平面形状圆柱、圆 锥、卵形、椭球 手指操作的扳钮开关、转换开关——柄部圆柱形、圆锥形 或棱柱形。
手掌按压——？
第三节 操纵器设计的人机学原则
四、操纵器的尺寸与操作行程
①操纵器上手脚握持、触压、抓捏、抠挖部位的尺寸， 应与人的手脚尺寸相适应——静态尺寸 ②操作行程，应与人的关节、肢体活动范围相适应—— 动态尺寸
图 不同角度位置上拉力与推力分布图
V
第二节 人体的施力与运动输出特性
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。例如某些肌力持续到4分钟时，就会衰减到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。
V
第一节 手足尺寸与人体关节活动
2、人体的其他关节活动 人体全身主要关节活动范围见书表5-4。 思考：自行车设计过程中涉及到哪些人体尺寸？
静态：手宽、脚宽、前臂宽、臀宽、胯宽 动态：臂的功能极限尺寸、腿的机能极限尺寸
V
第二节 人体的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。见书表5-5 身体主要部位肌肉能产生的力值(单位N)。 女性的肌力比男性低20％～30％。右利者右手肌力比左手 约高10％，左利者左手肌力比右手约高6％～7％。 工作的操纵力主要是臂力、握力、指力、腿力或脚力，有 时也用到腰力、背力等。操纵力与施力的人体部位、施力 方向和指向(转向)，施力时人的体位姿势、施力的位臵、 施力时对速度、频率、耐久性、准确性的要求等多种因素 有关。
轨道交通车辆的制动系统设计与优化
轨道交通车辆的制动系统设计与优化在现代城市交通中，轨道交通系统扮演着重要的角色，它为人们提供了高效、便捷、安全的出行方式。
而轨道交通车辆的制动系统作为保障乘客安全的关键部件，其设计与优化显得尤为重要。
本文将探讨轨道交通车辆制动系统的设计原理，以及如何进行优化，以提高制动性能和乘客的乘坐舒适度。
一、轨道交通车辆制动系统的设计原理轨道交通车辆制动系统的设计目标是在车辆运行过程中保证行车的安全、可靠性和舒适性。
一个完整的制动系统一般由三个部分组成：制动装置、操纵装置和辅助装置。
制动装置：制动装置包括主要制动装置和辅助制动装置。
主要制动装置通常是通过压力传感器或踏板来控制，分为空气制动和电力制动两种方式。
空气制动是利用空气压力驱动制动系统，而电力制动则是通过电能转换为机械能来实现制动。
辅助制动装置是为了在主要制动系统失效时提供备用制动。
操纵装置：操纵装置是指用于控制制动系统的操作手柄或按钮，一般位于驾驶室内或乘客车厢内，方便司机或乘客进行制动操作。
辅助装置：辅助装置是指用于制动系统安全性和舒适性的增强装置，如制动防滞系统、牵引力控制系统和气囊减震系统等。
二、轨道交通车辆制动系统的优化在轨道交通车辆的制动系统中，性能的优化是提高乘车安全性和乘坐舒适度的关键。
以下是几种常用的优化措施：1. 制动力的精确控制：制动力的精确控制可以减少制动时的冲击力和停车距离。
通过先进的电子控制系统，可以实现对制动力的精确调节，提高制动的平稳性和减震效果。
2. 制动材料的选择与设计：轨道交通车辆制动材料的选择和设计直接影响制动性能。
合适的材料选用可以提高制动的效率和耐久性。
目前，常用的制动材料包括钢、碳陶瓷和碳纤维等，它们各自具有不同的制动性能和耐磨性。
3. 制动系统的故障检测和预警：为了保证车辆的安全运行，制动系统需要进行定期的故障检测和维护。
通过安装传感器和数据监测装置，可以实时监测制动系统的工作状态，并提前发现潜在故障，以避免事故的发生。
人机工程学-操纵装置与手工具
一、按压式操纵器
（一）按钮和按键
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②。A、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。
• 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。
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
第二节 操纵器的人机学原则
三、操纵器的形状和式样
第二节 操纵器的人机学原则
三、操纵器的形状和式样
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。
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
5.8
手 /推压
6.7
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
（一）按钮和按键
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②。A、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。
• 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。
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
第二节 操纵器的人机学原则
三、操纵器的形状和式样
第二节 操纵器的人机学原则
三、操纵器的形状和式样
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。
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
5.8
手 /推压
6.7
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
人机工程学4显示操纵
2011-3-22
12
显示及操纵装置设计
二、信号显示设计
1、信号灯显示的特点 特点：面积小、视距远、醒目、简单明了，但信息负荷 有限，信号太多时，形成杂乱或干扰。 作用：指示（如灯塔、交通信号灯）， 显示工作状态 通常一种信号指示一种状态或情况。
2011-3-22
13
显示及操纵装置设计
2、信号灯设计 ⑴ 信号灯视距与亮度 信号灯与背景的亮度和亮度比，能见度 ⑵ 信号灯的颜色 ⑶ 稳光与闪光信号的闪频 ⑷ 信号灯布置 与仪表布置相似 ⑸ 信号灯的形状、组合与编码
2011-3-22
19
显示及操纵装置设计
各种箭头形状的比较
2011-3-22
20
显示及操纵装置设计
§3 听觉信息传示设计
一、听觉信息传示装置 二、听觉信息传示装置的设计、选用原则
2011-3-22
21
显示及操纵装置设计
一、听觉信息传示装置
特点： 反应快，可配置在任一方向，用语言通话时的应答 性好 应用场合： 信号简单、简短，要求传递迅速，传示后无须查对， 只涉及过程和时间性事件，视觉负担过重或环境不利 于采用视觉信号，人员处于巡视状态，并需要从干扰 中辨别信号。 种类： 铃、蜂鸣器、汽笛、警报器、喇叭、枪声、锣声等
2011-3-22
27
显示及操纵装置设计
二、手控操纵装置设计
1、操纵手把的设计 （1） 手把的形状应与手的生理特点相适应； （2 ）手把的形状便于触觉对其进行识别； （3）尺寸应符合人手尺度的需要，
2011-3-22
28
显示及操纵装置设计
2、适宜的操纵力范围
手控操纵器的最大用力
操纵器 允许最大用力， N 5 30 4.5 20 操纵器 前后向杠杆 左右向杠杆 手轮 方向盘 允许最大用力， N 150 130 150 150
人机工程学第五章 操纵装置
图5-4和表5-6为对于中等体力的男子（右利者），坐姿下手臂在不 同角度、不同指向上的操纵力。
12
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
图5-5 立姿屈臂操纵力的分布 图5-6 立姿、前臂水平方向上的推拉力
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。
4
表5-3 男子、女子手部控制部位尺寸的回归方程（单位：mm）
5
例 试求：1、女子5百分位数的掌厚， 2、男子95百分位数的掌厚， 3、男子95百分位数的掌围。
解 1、由表5-3，女子掌厚的回归方程为 Y ＝9.23＋0.21X2 ，
式中 自变量 X2——女子手宽 由表5-1：女子5百分位数的手宽为 X2 ＝70mm， 代入上式，即得到女子5百分位数的掌厚为
第五章 操纵装置
1
图5-33 手柄的形状及其解剖学分析
• 第一节 手足尺寸与人体关节活动
一、人体手足尺寸 （GB/T 10000—1988）
图5-1 人体手部尺寸 表5-2 人体足部尺寸
图5-2 人体足部尺寸 （单位：mm）
表5-1 人体手部尺寸
（单位：mm）
2、手部控制部位的尺寸 除手长、手宽外的其他手部尺寸称为手部控制部位尺寸。 GB/T 16252—1996《成年人手部号型》中，以手长和手宽两个 参数回归方程的形式，给出了20个手部控制部位尺寸的计算公式。 其中长度类尺寸均以手长为回归方程的自变量； 宽度、围度类尺寸均以手宽为回归方程的自变量。
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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
图5-5 立姿屈臂操纵力的分布 图5-6 立姿、前臂水平方向上的推拉力
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。
4
表5-3 男子、女子手部控制部位尺寸的回归方程（单位：mm）
5
例 试求：1、女子5百分位数的掌厚， 2、男子95百分位数的掌厚， 3、男子95百分位数的掌围。
解 1、由表5-3，女子掌厚的回归方程为 Y ＝9.23＋0.21X2 ，
式中 自变量 X2——女子手宽 由表5-1：女子5百分位数的手宽为 X2 ＝70mm， 代入上式，即得到女子5百分位数的掌厚为
第五章 操纵装置
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图5-33 手柄的形状及其解剖学分析
• 第一节 手足尺寸与人体关节活动
一、人体手足尺寸 （GB/T 10000—1988）
图5-1 人体手部尺寸 表5-2 人体足部尺寸
图5-2 人体足部尺寸 （单位：mm）
表5-1 人体手部尺寸
（单位：mm）
2、手部控制部位的尺寸 除手长、手宽外的其他手部尺寸称为手部控制部位尺寸。 GB/T 16252—1996《成年人手部号型》中，以手长和手宽两个 参数回归方程的形式，给出了20个手部控制部位尺寸的计算公式。 其中长度类尺寸均以手长为回归方程的自变量； 宽度、围度类尺寸均以手宽为回归方程的自变量。
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操纵装置
操纵器的类型
操纵装置
定义：操纵装置是操作者用来操作 机器以改变其运行状态的装置。
基本功能：把操作者的响应输出转 换成机器设备的输入信息，进而控制机 器设备的运行状态。
显示装置，操作者和操控装置，组 成了一个完整的人机系统的信息传递环 节。
操纵装置的设计理念：安全、准确、 迅速、舒适、方便地持续操纵而不产生 早期疲劳。 操纵装置的设计，制造的考虑因素： 运转速度、生产能力、能耗、耐用性、 外观、操作者的人体尺度、生理特点、 操纵动作和运动特征、心理特性、体 力等等。
4.1 手足尺寸与人体关节活动
4.1.1 人体手足尺寸
（一）人体手足尺寸
人体手部尺寸
人体足部尺寸
4.1 手足尺寸与人体关节活动
4.1.1 人体手足尺寸
（二）手部控制部位的尺寸Βιβλιοθήκη 4.1 手足尺寸与人体关节活动
4.1.1 人体手足尺寸
（ 二）手部控制部位的尺寸
操纵器的类型
1、按操控方式分：手动、脚动、声控 2、按操控运动轨迹： 旋转式：旋钮、摇柄、十字把手等 。 移动式：操纵杆、手柄、推扳开关 等 按压式：按钮、按键等 3、按操控功能分：开关式、转换式、
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按钮
3～5
10×5
1～8
用食指按压
10
12×7
12
18×8
15
20×12
按钮
18～30
8～35
用拇指按压
工作行程/mm
＜2 2～3 3～5 4～6 3～8
按钮 用手掌按压
50
10～50
5～10
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。
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 按钮按键的人机学参量（摘自GB/T 14775—1993）
操纵器及
基本尺寸/mm
操纵力/N
操作方式 直径d（圆形） 边长a×b（矩形）
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。
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。
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。
第二节 操纵器的分类与一般原则
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。
(a)圆形
(b)多边形
(c)指针形
(d)转盘
(ａ)适于微调，(ｂ)力量可大些 (ｃ)旋钮上带有指示刻度线。
第三节 常用操纵器的人机学要素
二、移动式操纵器
（一）旋钮
高度 面积
第三节 常用操纵器的人机学要素
二、移动式操纵器
（一）旋钮 2．尺寸与操作力矩
a）捏握连续调节旋钮 b）指握断续调节旋钮
图5-29 两种常见的旋钮
3．色彩编码 一般只用红、黄、蓝、绿及黑、
白等有限几种色彩用于色彩编码。
4．位置编码
把操纵器安置在不同位置，以避免混淆。 最好不用眼看能伸手举脚操作而不错位。
人机 工程
学
孙 伦 温州商学院
操纵装置与手工具
1、人体施力与运动输出特性（自学） 2、操纵器的分类与一般原则 3、常用操纵器的人机学要素 4、手工具及人机学
第三节 常用操纵器的人机学要素
按压式操纵器 移动式操纵器 脚踏式操纵器
• 按钮 • 按键
• 旋钮 • 手轮 • 操纵杆
• 脚踏板 • 脚踏钮
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
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
45
32
人机 工程
学
孙 伦 温州商学院
操纵装置与手工具
1、人体施力与运动输出特性（自学） 2、操纵器的分类与一般原则 3、常用操纵器的人机学要素 4、手工具及人机学
立姿屈臂操纵力的分布
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。
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
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
第三节 常用操纵器的人机学要素二、移动式操纵器 Nhomakorabea（一）旋钮
• 形状可分为圆形、多边、指针旋钮 和手动转盘等。
• 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5-20
操纵方式 捏握和连续调节 指握和断续调节
两种常见旋钮的尺寸和操作力矩
直径D/mm 厚度H/mm 操作力矩/N-m
10～100 12～25
0.02～0.5
35～75
≥15
0.2～0.7
第三节 常用操纵器的人机学要素
二、移动式操纵器
（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
右手在水平面内8个方 向上运动时间的对比
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。
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。
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
360 720 720～1460
720～1620 1260
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。
表5-5 身体主要部位肌肉能产生的力值 （单位：N）
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
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
• 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
人机 工程
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导入
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/收集数量每人20个 3、PPT呈现
导入
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操纵装置与手工具
1、人体施力与运动输出特性（自学） 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
操纵装置与手工具
形状适合手的解剖特性。
第三节 常用操纵器的人机学要素
二、移动式操纵器
（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。
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
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。
1、人体施力与运动输出特性（自学） 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
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。
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。
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。
表5-12 人体各部位的最高运动频率 （单位：次/s）
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
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
第二节 操操纵纵器器的的分人类机与学一原般则原则
一、操纵器的类型与选用
（二）操纵器的选用
第二节 操操纵纵器器的的分人类机与学一原般则原则
二、操纵器的一般原则
符合人生理学 视觉与识别性 与显示器匹配
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。