人机工程学 操纵装置设计

高速转动
手轮 手轮（254mm） （457mm） 摇把 摇把(R127mm) (R229mm)
操作方式
调节操作
水平尾随追 踪操作
中速转动
低速转动
适用力度/(N.m)
3
40
922.7
036
054.4
不同直径的手轮、摇把适宜扭力
离地高度 /mm 914 914 914 1006 离开水平的 斜度/（） 0(前方） 0(侧方） 0(前方） -45 扭力与操纵器的直径或半径/ mm 0 N •m 2.3 N • m 4.6 N • m 10N • m 76203 76152 38114 76152 254406 254 64191 254406 254406 254 114191 254406 406 254 114191 254406
操纵器 手轮 手轮 手轮 手轮
1006
1067 1067
-45
+45 +45
手轮
手轮 摇把
64191
76152 64114
64191
152 254 64114
114191
254 64114
114191
254406 114
形体和位置设计
旋转式控制器的外形是由其功能决定的， 在此前提下，达到简洁、美观 旋转式控制器的的大小应根据使用手指 和手的不同部位而定：
操纵器与显示器在运动方向上，要 符合人的习惯定式。 如顺时针旋转或自下而上，人自然认 为是增加的方向。
空间相合性
操纵器与显示器要在空间位置上要有逻辑一致性
实验1200次
A B
C
D
A B
C
D
A B
D C
A C
B D
a b c d
(0)
a b d c
(76)
a b c d
(116)
b a d c
(129)
控制性操作动作
类型
调节性操作动作
选择原则
人的操纵能力
操纵装置本身
协调 最佳
操纵与显示相合性设计
受人的习惯因素影响很大 --- 相合性 操纵与显示的相合性是影响人机系统 运行效率和可靠性的重要因素。对于操 纵与显示的相合性设计，应根据人机工 程学原理和人的习惯定式等生理、心理 特点，并遵循以下几条原则: 运动相合性
Dk + dH D + d
k
干涉点
显示器 面 板
h
H
d
D
三、常用的控制台设计
坐姿低台式控制台
控制台在视线以下； 控制面板斜角 200
坐姿高台式控制台
主显示器后倾100 下方以较大倾角35 面板安放 操作器；应分主次布置
·
坐立姿两用控制台
必须兼顾两种操作姿势的舒适性和方便性； 在坐姿时应在操作台下设有踏脚板；可调 高座椅；按立姿要求设计
十字把 旋转控制器中较大的一种，往往需双手操作
手转把手
用力特征
旋转式控制器因其功能、形状和尺寸的不同，操纵力的大小 亦不同，但每一个具体的控制器都有其适宜的用力。 人的扭力大小与身体所处的位置和姿势有很大的关系
旋转式控制器的适宜用力
旋转式控制器 适宜的用力 直径200mm
手
轮
直径 200mm
小摇把
·
适合于作360度以上的旋转——圆柱、圆锥 调节范围不超过360——圆柱形或接近圆柱形的多边形
手轮 摇把
供单手或双手操纵，按不同用途，其尺寸相差较大，手轮操纵力的 差别也较大 一般供单手超作，但操纵力要求较大时，需双手操作，不同的摇把 其尺寸差别较大
均可作自由连续旋转，适合多圈操作的场合 根据用途的不同，手轮和摇把的大小差别很大 操作速度与其位置密切相关 摇杆
弯折式控制台
二、设计要点
控制器与显示器的布置必须位于作业者正常的作业空间范围内
作业者能 1. 良好地观察必要的显示器 2. 操作所有的控制器
3. 舒适的作业姿势
控制台作业面 使操作者有良好的手-眼配合协调性。
显示器面板型式
对于大型控制室，设计成显式-控制分体式。
控制台上方干涉点的高度 对于分体式控制台，应注意显式面板的盲点。 即需计算干涉点的高度: h=
左
135° 90°
正中面
45° 0° 6.2 5.3
右
13 5° 10. 8 9.1 8.2
盲目定位动作离目标位置的差距（ 单位 cm ）
10.4 9.3 10.4 8.2 8.6 7.6 8.8 7.8 7.6
45° 90° 8.1 7.8 7.0 8.1 8.1 7.3
1）向左右方向定位时，盲目定位的准确性随着角度的增大而逐渐降低；
操作控制器的形式 轻型按钮 重型按钮 脚蹋按钮 轻型转换开关 重型转换开关 前后动作的杠杆
允许最大用力（/ N） 5 30 20 ~ 90 4.6 20 153
平稳转动控制器的最大用力
操作特征 用手操作的转动控制器 用手和前臂操作的转动控制器 用手和臂操作的转动控制器 最大用力（/ N） 10以内 20 ~ 40 80 ~ 100
肌肉的部位
力的大小 男 女
200 220 130 130 200 210 170 180 80 90 710
左 370 肌肉的部位力的大小 手臂肌肉 右 390 肱二头肌 手臂弯曲时的肌肉 手臂伸直时的肌肉 拇指肌肉
背部肌肉（躯干屈伸肌肉）
左 右 左 右 左 右 左 右
280 290 280 290 210 230 100 120 122 0
动作部位 动作情况 抓取动作 直线 曲线 克服阻力 不克服阻力 动作一次最少的平均时间 0.07 0.22 0.72 0.22 0.36 0.72 0.36 0.72 ~ 1.45
手
旋转动作 直线 克服阻力 直线 脚向侧面
脚 腿 躯干
弯曲
倾斜
0.72 ~ 1.62
1.26
2.盲目定位动作特征
上 正 下 方 中 方
左右动作的杠杆
手轮 方向盘
132
153 153
用手以最高速度旋转的控制器
要求精度高时的转动控制器
9 ~ 20
20 ~ 25
特征编码与识别
形状编码
●操纵器的形状和它的功能最好有逻辑上的 联系，便于记忆； ●应能在不同目视或戴着手套的情况下，单 靠触觉也能分辨。
<360度
>360度
方向
大小编码
大操纵器的尺寸要比小操纵器的大20%以上，才有准确操 纵的把握 。
直臂以手 腕运动转 动的带柄 手轮，转 动平面与 前臂形成 10～45度 角；
以前臂运 动转动的 带轮手轮 转动平面 与前臂形 成10～90 度角；
控制台设计
一 、控制台的形式
桌面式控制台
结构简单，台面小巧，操作方便。适用于控制器件数少的操作。
组合式控制台
组合方式多，视其功能而定。有的还将电器元件安装在其中。 是一种大型的，多人操作，长时间的控制操作台。
最好的一种编码方式是操纵钮本身带有灯光信号，按下哪个钮， 哪个钮的灯就亮。
操纵-显示比 操纵器距离与显示器移动量之比，即 C/D 灵敏度低的操纵器是指它的操纵位移量很大，但显示器的移动量却很小；
灵敏度高的操纵器则是它的位移量小，但显示量大。C／D比高， 说明操纵—显示系统灵敏度低， C／D比低，灵敏度高。
类型
使机器的工作状态，稳定地增加或减少、 保持在规定的工作参数上。
紧急停车控制器
按键、按钮等
脚动操纵装置
要求在最短的时间内产生明显的效果，有 “一触即发”的效果。
控制操纵器的人动作特征
肌肉的运动特征 操作中人的动作类型 1. 定位动作
人体朝着所要求的目标移动，并与 目标相一致的动作。 视觉定位动作 收缩与放松
第五章
操纵装置设计
第三节 操纵装置设计中的人机学原则 控制操纵器的分类与选用
开关控制器
按钮、踏板、手柄等
一般只有两个工作状态的位置：接通或断开。 占地小、排列紧凑。
转换控制器 手柄、选择开关、选择旋钮等
手动操纵装置
用来把系统从一个工作状态转到另一工作 状态，或作紧急制动。灵活、可靠。
调整控制器
按钮、手柄、操纵盘等
对于最佳C／D比选择往往是通过 实验得出的，而没有一个理想的计 算公式。
7
粗调时间 微调时间 最佳C／D比
旋钮最佳C／D比为 0.2 0.8 操纵杆最佳C／D比为 2.5 4.0
灵敏度低
灵敏度高
第四节
操纵器的布置控制台设计
操纵时上臂与 前臂形成90度 角利于推拉；
无手柄 手轮的 转动平 面与前 臂形成 10～60 度角；
手轮和摇把适合作多圈运动
大力
摇把的位置和安装高度
新式摇把的造型和尺寸
移动式操纵装置
手柄 操纵杆
都有一个执握柄和杠杆，只是杠杆 部的长度不同而已。设计时，重点 是考虑执握柄的形状和尺寸。
2）右边定位的准确性比向左边定位的略高；
3）下方定位的准确性比正中（与肩平）和上方的高定位的略高； 4）上方的定位准确性为最差。 2.反复动作特征 例如：人用小锤钉钉子： 13 次/s （最快 ）
动 作 部 位 最大频率（次 / 分） 手指 手 前臂 204 ~ 406 360 ~ 430 190 ~ 392
颜色编码
用于操纵器的颜色一般只有红、橙、黄、绿、蓝五种
一般只能同形状编码和大小编码合并使用，易受照度影响
标志编码
在操纵器上刻以适当的符号以示区别，应只靠触觉就能清 楚的辩识
使各操纵器都有自己的特征和代号，以便操纵者迅速识别而不致混淆。
动作节约原则
动作简单，关系重大 设法缩短人的反应时间
动作连续，反复调节 动作平稳，长时间工作不疲劳
盲目定位动作
2. 反复动作
连续不断地重复相同的动作
3. 连续动作
连续不断地进行控制。
4. 逐次动作
各种基本动作按一定的顺序，有次序地进行的动作。
5. 静态调整动作
在一定时间内，人体各部位保持在特定位置上的动作
各种动作特征
1.视觉定位动作特征
J.S.Brown(布朗）实验证明： a.反应时间与移动距离无关（4），第 1 次 动作的时间随距离的增长而增加得较快，第 2 次随距离的增长而增加得较慢； b.右手由左至右移动的动作时间最短； c.伸手的动作要比弯肘的动作快。 移动距离与动作时间的关系 人体各部位动作一次的最少平均时间（单位 s ）
K
L M N
书写表面高度
座高 控制面板最大宽度 最小容脚空间
91
72 91 10
65 ~ 91
45 ~ 72 91 10
91
91 10 L
G H K B
A
N
电Fra Baidu bibliotek化办公台设计
电子化办公台的人体尺度
工作特点： 长时间地面对 显示屏进行工作。
设计要求： 应符合人体各部位的尺寸，以避免工作人员肌肉、颈 、背、腕关节疼痛等疾病 高速公路控制台
操纵器与显示器空间相合性好：减少错误次数； 缩短操作时间； 提高操作质量。
相合性在仪表监控中的应用
● 操纵器编码尽可能与显示器编码相一致
操纵—显示的编码和编排 相合的目的主要是减少信息加 工的复杂性，从而提高工作效 率。
1
2
3
4
1 4 7
2 5 8
3 6
5
1 5
6
2 6
7
3 7
8
4 8
1 2 3 4 5 6 7 8
高显示控制台 飞船控制室
电子化办公台的可调设计
在按人体平均尺寸 值设计的情况下，必须 给予可调节的尺寸范围。
调节方式： 高低、水平、倾角 电子化办公台的组合设计
单元系列、易于拆卸、 便于装配、变动灵活。 组合形式：
广 电 系 统 控 制 室（台）
制作机房
演播厅
监测中心
其他组合控制室（台）
交警指挥中心
立姿控制台
在操作台下，不应设有踏脚板。
标准控制台的尺寸
序号 A B C D E F G H I J 尺寸名称 控制台最大高度 深度 台面至顶部的高度 面板倾角（/ 0） 笔架最小深度 书写表面最小深度 最小容膝深度 座面至支脚高度 座高调整范围 最小大腿空间 66 38 10 40 45 45 10 18.5 66 38 10 40 45 45 10 16.5 91 38 10 40 45 45 10 16.5 F E M D C 坐 / 站姿 158 坐姿 130 ~ 158 站姿 183
高速公路总监控室
公安局指挥中心
第五节 常用操作器的人机学要素
旋转式操纵装置
用力特征 类型
旋转式控制器因其功能、形状和尺寸的不同，操纵力的大小 亦不同，但每一个具体的控制器都有其适宜的用力。 人的扭力大小与身体所处的位置和姿势有很大的关系
旋钮
供单手操纵的控制器，可做多圈运动，也可做小于360 的 转动和定位转动
臂
脚
99 ~ 344
300 ~ 378
1.5 ~ 5 次/s （一般 ）
腿
330 ~ 406
用力特征
1.不应超出人的用力限度 2.人的操纵力随人的施力部位、着力的空间位置、施力的时 间不同而变化，且最大操纵力随持续时间的延长而降低。 3.一般不要使用最大的操纵力，但操纵力不宜太小，用力太 小则操纵精度难于控制； 4.在不同的用力条件下，以使用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，较长时间工作也不会疲劳； 5.为使必要的静态施力能保持较长时间而不疲劳，最好使其 保持在人体最大肌力的15%-25%