人机工程学操作装置设计.ppt
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中国地质大学安全工程系人机工程学安全工程系 中国地质大学安全工程系第五章 操作装置设计第五章 操作装置设计 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学第五章 操作装置设计大纲第五章 操作装置设计大纲手足尺寸与人体关节活动手足尺寸与人体关节活动操纵器设计的人机学原则操纵器设计的人机学原则人体的施力与运动输出特性人体的施力与运动输出特性常用操纵器的设计常用操纵器的设计操纵器设计中的其它因素操纵器设计中的其它因素 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学本章重难点分析本章重难点分析 本章重点在于了解掌握手足尺寸与人体关节活 本章重点在于了解掌握手足尺寸与人体关节活动；控制器的类型以及其选择标准；控制器设计中动；控制器的类型以及其选择标准；控制器设计中的人机因素；把握控制器的编码方法，如：形状编的人机因素；把握控制器的编码方法，如：形状编码、大小编码、位置编码等；要还介绍了一些典型码、大小编码、位置编码等；要还介绍了一些典型控制器的设计以及握按钮、开关、方向盘以及操纵控制器的设计以及握按钮、开关、方向盘以及操纵杆等的设计方法杆等的设计方法 人体的施力与运动输出特性作为高起专学生了 人体的施力与运动输出特性作为高起专学生了解的内容不做要求。
解的内容不做要求中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学第一节 手足尺寸与人体关节活动第一节 手足尺寸与人体关节活动一、人体手足尺寸一、人体手足尺寸二、人体关节的活动二、人体关节的活动中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1. 人体手足尺寸人体手足尺寸(a) 人在感知显示装置传示的信息以后，经大脑分 人在感知显示装置传示的信息以后，经大脑分析，作出判断，然后操纵机器的运行在声控及其析，作出判断，然后操纵机器的运行在声控及其他非接触式智能控制技术充分发展以前，手足尤其他非接触式智能控制技术充分发展以前，手足尤其是手动操纵，是主要的操纵方式生活中的工具、是手动操纵，是主要的操纵方式生活中的工具、设施也多由手脚使用因此，操纵装置和器物设计设施也多由手脚使用因此，操纵装置和器物设计中人的因素，主要是指手脚的操纵特性，包括人体中人的因素，主要是指手脚的操纵特性，包括人体手脚尺寸、肢体的施力与运动特性等手脚尺寸、肢体的施力与运动特性等中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1. 人体手足尺寸人体手足尺寸(b) 人体手足尺寸是操纵器尺寸设计的基本依据。
人体手足尺寸是操纵器尺寸设计的基本依据 GB／／T l0000--1988给出了中国成年人的手部基本尺给出了中国成年人的手部基本尺寸，和足部基本尺寸，参看图寸，和足部基本尺寸，参看图5-1、表、表5-1和图和图5-2、表、表5-2 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－1 人体手部尺寸 人体手部尺寸图5-1 人体手部尺寸中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表5－－1 人体手部尺寸 人体手部尺寸(单位：单位：mm)中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－2 人体足部尺寸 人体足部尺寸中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表5－－2 人体足部尺寸 人体足部尺寸(单位：单位：mm)中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2 手部关节 手部关节 2.1 手部关节活动范围 手部关节活动范围(a) 手部的关节活动可分为腕关节活动和指关节活 手部的关节活动可分为腕关节活动和指关节活动两种类型动两种类型 腕关节主要有两个自由度的活动： 腕关节主要有两个自由度的活动：①①向手心或向手心或手背方向的转动，分别称为掌侧屈、背侧屈，参看手背方向的转动，分别称为掌侧屈、背侧屈，参看图图5-3a；；②②向拇指或小手指方向的转动，分别称为桡向拇指或小手指方向的转动，分别称为桡侧偏、尺侧偏。
侧偏、尺侧偏中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－3 腕关节的活动范围 腕关节的活动范围(a)掌侧屈和背侧屈掌侧屈和背侧屈 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－3 腕关节的活动范围 腕关节的活动范围(b) 桡侧偏桡侧偏 正中正中 尺侧偏尺侧偏 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1 手部关节活动范围 手部关节活动范围(b) 与手掌相连的指关节有两个自由度的活动：手 与手掌相连的指关节有两个自由度的活动：手指握拳或伸开的伸屈活动；指间张开或并拢的张合指握拳或伸开的伸屈活动；指间张开或并拢的张合活动不与手掌相连的指关节只能作伸屈活动不与手掌相连的指关节只能作伸屈活动中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.2 人体的其他关节活动 人体的其他关节活动 人体全身还有其他很多关节，这些关节的最大 人体全身还有其他很多关节，这些关节的最大活动范围和能轻松舒适调节的范围参看表活动范围和能轻松舒适调节的范围参看表5-3。
表列表列数值适用于一般情况年岁较高者，或衣着较厚者，数值适用于一般情况年岁较高者，或衣着较厚者，关节活动范围有所减少关节活动范围有所减少中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表5－－3 人体主要关节的最大活动范围和能舒 人体主要关节的最大活动范围和能舒适调节的范围适调节的范围(a) 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表5－－3 人体主要关节的最大活动范围和能舒 人体主要关节的最大活动范围和能舒适调节的范围适调节的范围(b) 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学第二节 人体的施力与运动输出特性第二节 人体的施力与运动输出特性一、人体的肌力及其影响因素一、人体的肌力及其影响因素二、反应时和运动时二、反应时和运动时三、肢体的运动输出特性三、肢体的运动输出特性中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1. 人体的肌力及其影响因素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主要部位的肌肉力量2.坐姿的手臂操作力坐姿的手臂操作力3.立姿的手臂操纵力立姿的手臂操纵力4.握力握力5.坐姿的脚蹬力坐姿的脚蹬力中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.1 人体主要部位的肌肉力量人体主要部位的肌肉力量(a) 人体施力均来源于人体肌肉收缩所产生的力量， 人体施力均来源于人体肌肉收缩所产生的力量，称为肌力。
决定肌力大小的主要生理因素是：称为肌力决定肌力大小的主要生理因素是： ①①单条肌纤维的收缩力；单条肌纤维的收缩力； ②②该部位肌肉中肌纤维的数量和体积；该部位肌肉中肌纤维的数量和体积； ③③肌肉收缩前的初长度；肌肉收缩前的初长度； ④④中枢神经的机能状态；中枢神经的机能状态； ⑤⑤肌肉对骨骼发生作用的机械条件，等等肌肉对骨骼发生作用的机械条件，等等中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.1 人体主要部位的肌肉力量人体主要部位的肌肉力量(b) 从上面所述可知，影响肌力大小的生理因素是 从上面所述可知，影响肌力大小的生理因素是复杂的经测定，复杂的经测定，20—30岁中等体力的男女青年主岁中等体力的男女青年主要部位的肌力数值如表要部位的肌力数值如表5-4所示 一般女性的肌力比男性低 一般女性的肌力比男性低20％～％～30％右利者％右利者右手肌力比左手约高右手肌力比左手约高l0％；％；左利者左手肌力比右手约左利者左手肌力比右手约高高6％～％～7％ 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表5－－4 身体主要部位肌肉能产生的力值 身体主要部位肌肉能产生的力值中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.2 人体主要部位的肌肉力量 人体主要部位的肌肉力量_操纵力操纵力 在工作和生活中，人们使用器械、操纵机器所 在工作和生活中，人们使用器械、操纵机器所使用的力称为操纵力。
操纵力主要是肢体的臂力、使用的力称为操纵力操纵力主要是肢体的臂力、握力、指力、腿力或脚力，有时也用到腰力、背力握力、指力、腿力或脚力，有时也用到腰力、背力等躯干的力量操纵力与施力的人体部位、施力方等躯干的力量操纵力与施力的人体部位、施力方向和指向向和指向(转向转向)，施力时人的体位姿势、施力的位，施力时人的体位姿势、施力的位置以及施力时对速度、频率、耐久性、准确性的要置以及施力时对速度、频率、耐久性、准确性的要求等多种因素有关，详尽全面的描述是很复杂的求等多种因素有关，详尽全面的描述是很复杂的 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.3 坐姿的手臂操作力 坐姿的手臂操作力 对于中等体力的男子 对于中等体力的男子(右利者右利者)，坐姿下手臂在，坐姿下手臂在不同角度、不同指向上的操纵力，可对照参看图不同角度、不同指向上的操纵力，可对照参看图5-4和表和表5-5中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－4 坐姿手臂操纵力的测试方位和指向 坐姿手臂操纵力的测试方位和指向中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表5－－5 坐姿的手臂操纵力 坐姿的手臂操纵力表表5-5坐姿的手臂操纵力坐姿的手臂操纵力(中等体力的男子，右利者中等体力的男子，右利者)中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.3.1 坐姿的手臂操作力 表 坐姿的手臂操作力 表5-5分析分析 分析表 分析表5-5中的数据，可以看出：中的数据，可以看出：①①在前后方向在前后方向和左右方向上，都是向着身体方向的操纵力大于背和左右方向上，都是向着身体方向的操纵力大于背离身体方向的操纵力；离身体方向的操纵力；②②在上下方向上，向下的操在上下方向上，向下的操纵力一般大于向上的操纵力。
表纵力一般大于向上的操纵力表5-5是测试右利男子是测试右利男子所得数据，所以右手操纵力大于左手操纵力；对于所得数据，所以右手操纵力大于左手操纵力；对于左利者，情况应该相反左利者，情况应该相反中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.3.2 立姿的手臂操纵力 立姿的手臂操纵力(a) 立姿屈臂操纵力的一项测试实验结果如图 立姿屈臂操纵力的一项测试实验结果如图5-5所所示实验研究了立姿屈臂从手钩向肩部方向的操纵示实验研究了立姿屈臂从手钩向肩部方向的操纵力与前臂、上臂问夹角的关系，从图中可以看出：力与前臂、上臂问夹角的关系，从图中可以看出：前臂上臂间夹角约为前臂上臂间夹角约为70时，具有最大的操纵力时，具有最大的操纵力像风镐、凿岩机之类需手持的较重器具，大型闸门像风镐、凿岩机之类需手持的较重器具，大型闸门开启装置等设施的设计时，都应注意适应人体屈臂开启装置等设施的设计时，都应注意适应人体屈臂操纵力的这种特性操纵力的这种特性中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.3.2 立姿的手臂操纵力 立姿的手臂操纵力(b) 在图 在图5-6a所示立姿、前臂基本水平的姿势下，所示立姿、前臂基本水平的姿势下，男子、女子的平均瞬时向后的拉力分别可达约男子、女子的平均瞬时向后的拉力分别可达约690N和和380N；；男子连续操作的向后拉力约为男子连续操作的向后拉力约为300N；；向前向前的推力比向后的拉力小一些。
在图的推力比向后的拉力小一些在图4—6b所示内外方所示内外方向的拉推，则向内的推力大于向外的拉力，男子平向的拉推，则向内的推力大于向外的拉力，男子平均瞬时推力可达约均瞬时推力可达约395N中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－5 立姿屈臂操纵力的分布 立姿屈臂操纵力的分布 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－6 立姿、前臂在水平面两方向上的推力 立姿、前臂在水平面两方向上的推力 a)前后方向的推拉前后方向的推拉 b)内外方向的推拉内外方向的推拉ab中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.4 握力 握力(a) 在两臂自然下垂、手掌向内 在两臂自然下垂、手掌向内(即手掌朝向大腿即手掌朝向大腿)执握握力器的条件下测试，一般男子优势手的握力执握握力器的条件下测试，一般男子优势手的握力约为自身体重的约为自身体重的47％～％～58％；女子约为自身体重的％；女子约为自身体重的40％～％～48％但年轻人的瞬时最大握力常高于这个％但年轻人的瞬时最大握力常高于这个水平非优势手的握力小于优势手。
若手掌朝上测水平非优势手的握力小于优势手若手掌朝上测试，握力值增大一些；手掌朝下测试，握力值减小试，握力值增大一些；手掌朝下测试，握力值减小一些中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.4 握力 握力(b) 人体所有的施力状态下，力量的大小都与持续 人体所有的施力状态下，力量的大小都与持续的时间有关随着施力持续时间加长，力量逐渐减的时间有关随着施力持续时间加长，力量逐渐减小例如某些类型的肌力持续到小例如某些类型的肌力持续到4min时，就会衰减时，就会衰减到最大值的到最大值的1／／4左右；且肌力衰减到最大值左右；且肌力衰减到最大值1／／2所所经历的持续时间，对多数人是基本相同的经历的持续时间，对多数人是基本相同的中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.5 坐姿的脚蹬力 坐姿的脚蹬力(a) 在有靠背的座椅上，由于靠背的支撑，可以发挥 在有靠背的座椅上，由于靠背的支撑，可以发挥较大的脚蹬操纵力脚蹬操纵力的大小与施力点位置、较大的脚蹬操纵力脚蹬操纵力的大小与施力点位置、施力方向有关，一项实测的结果见图施力方向有关，一项实测的结果见图5-7。
中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图4－－7 坐姿下不同侧视体位的脚蹬力 坐姿下不同侧视体位的脚蹬力该图是坐姿下不同侧视体位脚蹬力的分布情况；该图是坐姿下不同侧视体位脚蹬力的分布情况；中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.5 坐姿的脚蹬力 坐姿的脚蹬力(b) 由于靠背对接近水平的施力方向能提供最有利 由于靠背对接近水平的施力方向能提供最有利的支撑，所以能够达到最大的脚蹬操纵力但工作的支撑，所以能够达到最大的脚蹬操纵力但工作时把脚举得过高，腿部肌肉将难以长久坚持；因此时把脚举得过高，腿部肌肉将难以长久坚持；因此实际上图实际上图5-7中粗线箭头所画、与铅垂线约成中粗线箭头所画、与铅垂线约成70°的方的方向才是最适宜的脚蹬方向此时大腿并不完全水平，向才是最适宜的脚蹬方向此时大腿并不完全水平，而是前端膝部略有上抬，大小腿在膝部的夹角在而是前端膝部略有上抬，大小腿在膝部的夹角在140°－－l50°之间从俯视的方向来看，腿的蹬踩方向之间从俯视的方向来看，腿的蹬踩方向偏离正前方偏离正前方l5°以上，脚蹬操纵力就大幅度减小，操以上，脚蹬操纵力就大幅度减小，操作灵敏度也明显降低。
作灵敏度也明显降低 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2. 反应时和运动时反应时和运动时 从汽车驾驶者发现障碍，到完成一定操作，例 从汽车驾驶者发现障碍，到完成一定操作，例如转动转向盘急速转向避让，或脚踩制动器立即制如转动转向盘急速转向避让，或脚踩制动器立即制动，这段时间实际上由两个时间段构成：第一个时动，这段时间实际上由两个时间段构成：第一个时间段是感知的时间，称为反应时；第二个时间段是间段是感知的时间，称为反应时；第二个时间段是动作的时间，称为运动时人机系统中其他各种操动作的时间，称为运动时人机系统中其他各种操作的时间均由这样两部分构成作的时间均由这样两部分构成 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1 反应时 反应时(a) 反应时指从刺激呈现，到人开始作出外部反应 反应时指从刺激呈现，到人开始作出外部反应的时间间隔，也称为反应潜伏期这实际是如下知的时间间隔，也称为反应潜伏期这实际是如下知觉过程所经历的全部时间：感觉器官接收外界刺激，觉过程所经历的全部时间：感觉器官接收外界刺激，刺激经由传人神经传至大脑神经中枢，神经中枢综刺激经由传人神经传至大脑神经中枢，神经中枢综合处理发出反应指令，指令经由传出神经传至肌肉，合处理发出反应指令，指令经由传出神经传至肌肉，直至肌肉收缩开始反应运动。
直至肌肉收缩开始反应运动中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1 反应 反应时时_影响反应时主客体因素影响反应时主客体因素(b) 影响反应时的有人的主体因素，也有刺激的各 影响反应时的有人的主体因素，也有刺激的各种客体因素种客体因素 1．简单反应时、辨别反应时与选择反应时．简单反应时、辨别反应时与选择反应时 2．刺激类型与反应时．刺激类型与反应时 3．刺激强度与反应时．刺激强度与反应时 4．刺激的对比度与反应时．刺激的对比度与反应时 5．人的主体因素与反应时．人的主体因素与反应时 分述如下 分述如下: 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1.1 简单反应时、辨别反应时与选择反应 简单反应时、辨别反应时与选择反应(a) 如果呈现的刺激只有一个，要求接受刺激者作 如果呈现的刺激只有一个，要求接受刺激者作出的反应也是一个，且两者都是固定不变的，这种出的反应也是一个，且两者都是固定不变的，这种条件下的反应时称为简单反应时条件下的反应时称为简单反应时中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1.1 简单反应时、辨别反应时与选择反应 简单反应时、辨别反应时与选择反应(b) 如果呈现的刺激可能多于一种，要求刺激接受 如果呈现的刺激可能多于一种，要求刺激接受者只对其中特定刺激作出反应，而对其他刺激不作者只对其中特定刺激作出反应，而对其他刺激不作反应，且即将出现哪种刺激事先并不知道，这种条反应，且即将出现哪种刺激事先并不知道，这种条件下的反应时称为辨别反应时。
件下的反应时称为辨别反应时中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1.1 简单反应时、辨别反应时与选择反应 简单反应时、辨别反应时与选择反应(c) 如果可能呈现的刺激不止一种，要求接受刺激如果可能呈现的刺激不止一种，要求接受刺激者对不同的刺激作出一一对应的不同反应，且即将者对不同的刺激作出一一对应的不同反应，且即将出现哪种刺激事先并不知道，这种条件下的反应时出现哪种刺激事先并不知道，这种条件下的反应时称为选择反应时称为选择反应时中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1.1 简单反应时、辨别反应时与选择反应 简单反应时、辨别反应时与选择反应(d) 三种反应时中，简单反应时最短，辨别反应时 三种反应时中，简单反应时最短，辨别反应时次之，而选择反应时因为既要辨别刺激种类，又要次之，而选择反应时因为既要辨别刺激种类，又要确定相应的反应形式，所以时间最长辨别反应时确定相应的反应形式，所以时间最长辨别反应时和选择反应时都随可能呈现的刺激数目增多而延长和选择反应时都随可能呈现的刺激数目增多而延长表表5-6是刺激数目对辨别反应时影响的一项测试结果。
是刺激数目对辨别反应时影响的一项测试结果中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表4－－6 关于辨别反应时与刺激数目相关性的 关于辨别反应时与刺激数目相关性的一项测试结果一项测试结果刺激数目刺激数目12345678910变别反应变别反应时／时／ms 187316364 434 485 532 570 603 619 622中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1.2 刺激类型与反应时 刺激类型与反应时(a) 反应时随刺激类型即接受刺激的感觉器官不同 反应时随刺激类型即接受刺激的感觉器官不同而不同各种感觉器官对应的简单反应时一般范围而不同各种感觉器官对应的简单反应时一般范围见表见表5-7中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表5－－7 各种刺激类型 各种刺激类型(感觉器官感觉器官)的简单反应的简单反应时范围时范围刺激类型刺激类型触觉触觉(触压、触压、冷热冷热)听觉听觉(声音声音)视觉视觉(光色光色)嗅觉嗅觉(物质物质微粒微粒)味觉味觉(唾液唾液可溶物可溶物)深部感深部感觉觉(撞撞击、重击、重力力)感觉器官感觉器官皮肤、皮肤、皮下皮下组织组织耳朵耳朵眼腈眼腈鼻子鼻子舌头舌头肌肉神肌肉神经和关经和关节节简单反应简单反应时／时／ms110～～230120～～l60150～～200210～～390330～～ll00400～～1000中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1.2 刺激类型与反应时 刺激类型与反应时(b) 从表 从表5-7可以看出，触觉、听觉和视觉反应时比可以看出，触觉、听觉和视觉反应时比较短，味觉和深部感觉反应时比较长。
另外触觉反较短，味觉和深部感觉反应时比较长另外触觉反应时与接受刺激的人体部位有关，脸部、手指的反应时与接受刺激的人体部位有关，脸部、手指的反应时短，腿部脚部的反应时长味觉反应时中，对应时短，腿部脚部的反应时长味觉反应时中，对咸、甜、酸的反应时分别约为咸、甜、酸的反应时分别约为308ms、、446ms和和536ms，，而对苦的反应时则长得多，约为而对苦的反应时则长得多，约为1082ms 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1.3 刺激强度与反应时 刺激强度与反应时(a) 人的听觉能够感受到的最弱的声音称为 人的听觉能够感受到的最弱的声音称为“听阈听阈”其实任何一种外界刺激都要达到一定的强度才其实任何一种外界刺激都要达到一定的强度才能被人感受到，这一强度下的刺激量值称为该种感能被人感受到，这一强度下的刺激量值称为该种感觉的感觉阈值觉的感觉阈值中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1.3 刺激强度与反应时 刺激强度与反应时(b) 反应时与刺激的强度有关，一般的变化规律是： 反应时与刺激的强度有关，一般的变化规律是：刺激很弱、刚刚达到阈值的条件下，反应时比正常刺激很弱、刚刚达到阈值的条件下，反应时比正常值长得多；随着刺激强度加大，反应时逐渐缩短，值长得多；随着刺激强度加大，反应时逐渐缩短，但变化越来越小；到达一定的刺激强度以后，反应但变化越来越小；到达一定的刺激强度以后，反应时就基本稳定不再缩短了。
对比表时就基本稳定不再缩短了对比表5-8中不同强度声中不同强度声刺激的反应时，可以看出这一变化规律刺激的反应时，可以看出这一变化规律中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表5－－8 刺激强度与反应时的关系 刺激强度与反应时的关系刺激类型刺激类型 刺激强度刺激强度 简单反应时／简单反应时／ms 听觉声刺激听觉声刺激刚超过阈值刚超过阈值较弱的强度较弱的强度中等强度中等强度 779 184 119 视觉光刺激视觉光刺激弱光照弱光照强光照强光照 205 162 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1.4 刺激的对比度与反应 刺激的对比度与反应时时 除了刺激本身的强度以外，反应时还受刺激量 除了刺激本身的强度以外，反应时还受刺激量值与背景量值对比度的影响，这种对比度常直接关值与背景量值对比度的影响，这种对比度常直接关系到刺激的可辨性系到刺激的可辨性 例如同样的声刺激，因背景噪声的强度、频率 例如同样的声刺激，因背景噪声的强度、频率不同而有不同可辨性，反应时也随之不同视觉刺不同而有不同可辨性，反应时也随之不同。
视觉刺激中，刺激颜色与背景色的对比影响刺激的可辨性，激中，刺激颜色与背景色的对比影响刺激的可辨性，因而也影响反应时，一项测试结果见表因而也影响反应时，一项测试结果见表5-9从表5-9可以看出，红一橙颜色对比下反应时较长，原因不可以看出，红一橙颜色对比下反应时较长，原因不难理解，是因为这两种刺激的对比较弱难理解，是因为这两种刺激的对比较弱中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表5－－9 颜色对比对反应时的影响 颜色对比对反应时的影响颜色对比颜色对比 白一黑白一黑 红一绿红一绿 红一黄红一黄 红一橙红一橙 简单反应简单反应时／时／ms 197 208 217 246 影响反应时的其他刺激因素还有：刺激持续的 影响反应时的其他刺激因素还有：刺激持续的时间，是否有预备信号等时间，是否有预备信号等中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1.5 人的主体因素与反应 人的主体因素与反应时时 影响反应时的人的主体方面，有先天性的个体 影响反应时的人的主体方面，有先天性的个体差异，当时的状况和培训造成的差异等几方面先差异，当时的状况和培训造成的差异等几方面。
先天性的个体差异来源于素质、性别、个性等因素；天性的个体差异来源于素质、性别、个性等因素；当时状况指年龄、健康状况、疲劳状况、情绪、生当时状况指年龄、健康状况、疲劳状况、情绪、生理节律等状态；培训对反应时的影响更是明显，驾理节律等状态；培训对反应时的影响更是明显，驾驶汽车、打字、速记等工作都可以通过培训减少反驶汽车、打字、速记等工作都可以通过培训减少反应时，从而有效地提高工作效率应时，从而有效地提高工作效率中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.2 运动时 运动时 运动时指从人的外部反应运动开始到运动完成 运动时指从人的外部反应运动开始到运动完成的时间间隔运动时的时间组成，也包含着神经传的时间间隔运动时的时间组成，也包含着神经传导时间、肌肉活动时间及两者交互的时间等部分导时间、肌肉活动时间及两者交互的时间等部分由于知觉和运动是人体两种性质不同的过程，所以由于知觉和运动是人体两种性质不同的过程，所以反应时和运动时之间没有显著的相关性反应时和运动时之间没有显著的相关性中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.2.1 运动时受人体运动的影响因素 运动时受人体运动的影响因素 运动时随着人体运动部位、运动形式、运动距离、 运动时随着人体运动部位、运动形式、运动距离、阻力、准确度、难度等的不同而不同，影响因素非常多。
阻力、准确度、难度等的不同而不同，影响因素非常多通常作为通常作为“人体功能人体功能”基础数据进行测试的，只是最简基础数据进行测试的，只是最简单的运动，例如用手按压或触摸身体前方不远的某物、单的运动，例如用手按压或触摸身体前方不远的某物、某点；而这对于操纵装置设计的应用显然是不够的某点；而这对于操纵装置设计的应用显然是不够的中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.2.2 运动时受实际操纵运动的影响因素 运动时受实际操纵运动的影响因素 运动时受实际操纵运动影响因素的情况很复杂， 运动时受实际操纵运动影响因素的情况很复杂，各种不同的操作类型和操作要求，运动部位、形式、各种不同的操作类型和操作要求，运动部位、形式、距离、阻力、要求的准确度、难度都不相同，例如距离、阻力、要求的准确度、难度都不相同，例如单单就旋转旋钮而言，由于旋钮尺寸、阻力、安放单单就旋转旋钮而言，由于旋钮尺寸、阻力、安放位置、要求调节准确度等条件不同，操作运动时间位置、要求调节准确度等条件不同，操作运动时间就大有差异所以各种操作运动的时间一般不作为就大有差异所以各种操作运动的时间一般不作为人体功能基础数据、而属于操纵设计中肢体运动输人体功能基础数据、而属于操纵设计中肢体运动输出数据的范围。
出数据的范围中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3. 肢体的运动输出特性肢体的运动输出特性肢体运动的输出特性包括：1、运动速度与频率2、运动准确性及其影响因素中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1 运动速度与频率 运动速度与频率 与肢体运动速度、频率有关的因素较多，下面 与肢体运动速度、频率有关的因素较多，下面就人体运动部位、运动形式、运动方向、阻力就人体运动部位、运动形式、运动方向、阻力(阻力阻力矩矩)、运动轨迹等因素的影响，各举一些实测数据的、运动轨迹等因素的影响，各举一些实测数据的例子来作简要说明例子来作简要说明中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.1 人体运动部位、运动形式与运动速度 人体运动部位、运动形式与运动速度 表 表5-10给出了主要人体部位完成一次简单运动最给出了主要人体部位完成一次简单运动最少平均时间的参考数据从这些数据的对比，可以少平均时间的参考数据从这些数据的对比，可以了解人体不同部位、不同形式和条件下运动时问的了解人体不同部位、不同形式和条件下运动时问的相对差异。
但与具体运动距离、运动角度、阻力、相对差异但与具体运动距离、运动角度、阻力、阻力矩有关的运动时间数据，尚需查阅详尽的资料阻力矩有关的运动时间数据，尚需查阅详尽的资料或进行实测研究或进行实测研究 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表5－－10 人体完成一次动作的最少平均时间 人体完成一次动作的最少平均时间人体运动部位人体运动部位 运动形式和条件运动形式和条件 最少平均时间／最少平均时间／ms 手手直线运动抓取直线运动抓取曲线运动抓取曲线运动抓取极微小的阻力矩旋转极微小的阻力矩旋转有一定的阻力矩旋转有一定的阻力矩旋转 70220220720 腿脚腿脚向前方、极小阻力踩踏向前方、极小阻力踩踏向前方、一定阻力踩踏向前方、一定阻力踩踏向侧方、一定阻力踩踏向侧方、一定阻力踩踏 360720720～～1460 躯干躯干向前或后弯曲向前或后弯曲向左或右侧弯向左或右侧弯 720～～l6201260 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.2 运动方向与运动速度 运动方向与运动速度(a) 由于人体结构的原因，人的肢体在某些方向上 由于人体结构的原因，人的肢体在某些方向上的运动快于另一些方向。
一个测试实验的情况和结的运动快于另一些方向一个测试实验的情况和结果如图果如图5-8所示所示 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－8 右手在水平面内 右手在水平面内8个方向上运动时间个方向上运动时间的对比的对比中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.2 运动方向与运动速度 运动方向与运动速度(b) 从水平平面上某定点起始，用右手向 从水平平面上某定点起始，用右手向8个方向上个方向上的的8个等距离的点运动；个等距离的点运动；8个方向分别是：从正右方个方向分别是：从正右方的的0°方向开始，每隔方向开始，每隔45°作为一个方向测定不同方作为一个方向测定不同方向上的平均运动时间，成比例地以到中心点的距离向上的平均运动时间，成比例地以到中心点的距离用黑圆点标定在该方向上，得到用黑圆点标定在该方向上，得到8 个黑点；这个黑点；这8个点个点可连接成一个椭圆，椭圆的短轴大约在可连接成一个椭圆，椭圆的短轴大约在55°～～235°的的方向上，长轴大约在方向上，长轴大约在145°～～325 °的方向上，如图的方向上，如图4—8中两条互相垂直的虚线所标示。
中两条互相垂直的虚线所标示 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.2 运动方向与运动速度 运动方向与运动速度(c) 这表明，右手在 这表明，右手在55°～～235°方向，即在方向，即在“右上一右上一左下左下”方向运动较快；而在方向运动较快；而在145°～～325°方向，即在方向，即在“左上一右下左上一右下”方向运动较慢应该说，这一结果从方向运动较慢应该说，这一结果从生物力学来看是不难理解的生物力学来看是不难理解的中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.3 运动负荷与运动速度 运动负荷与运动速度 肢体各种运动的速度都随运动中阻力的增大而 肢体各种运动的速度都随运动中阻力的增大而减小表5-11所列数据是反映这种关系的一个例子：所列数据是反映这种关系的一个例子：掌心向上持握一个物体，在物体的三个不同质量等掌心向上持握一个物体，在物体的三个不同质量等级下，测定记录手掌旋转一定角度所需要的时间级下，测定记录手掌旋转一定角度所需要的时间中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表5－－11 不同持握质量下手掌的转动角度与 不同持握质量下手掌的转动角度与转动时间转动时间 (单位：单位：ms)持握的质量／持握的质量／kg30°60°90°120°150°180° ≤0.9110150190240290340 1.0～～4.5160230310380460550 4.6～～163004405807308701020中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.4 运动轨迹与运动速度 运动轨迹与运动速度1) 基于人体构造的原因，运动轨迹对运动速度的 基于人体构造的原因，运动轨迹对运动速度的影响有以下几点：影响有以下几点： 1)人手在水平面内的运动快于铅垂面内的运动；人手在水平面内的运动快于铅垂面内的运动；前后的纵向运动快于左右的横向运动；从上往下的前后的纵向运动快于左右的横向运动；从上往下的运动快于从下往上；顺时针转向的运动快于逆时针运动快于从下往上；顺时针转向的运动快于逆时针转向。
转向中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.4 运动轨迹与运动速度 运动轨迹与运动速度2) 2)人手向着身体方向的运动人手向着身体方向的运动(向里拉向里拉)比背离身体比背离身体方向的运动方向的运动(向外推向外推) 准确度高多数右利者右手向准确度高多数右利者右手向右的运动快于左手向左运动，多数左利者左手向左右的运动快于左手向左运动，多数左利者左手向左的运动快于右手向右运动的运动快于右手向右运动 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.4 运动轨迹与运动速度 运动轨迹与运动速度 3)、、 4) 3)单手可以在此手一侧偏离正中单手可以在此手一侧偏离正中60°的范围之内的范围之内较快地自如运动，见图较快地自如运动，见图5-9a；；而双手同时运动，则只而双手同时运动，则只在正中左右各在正中左右各30 °的范围以内能较快地自如运动，见的范围以内能较快地自如运动，见图图5-9b当然，正中方向及其附近是单手和双手能较当然，正中方向及其附近是单手和双手能较快自如运动的区域，见图快自如运动的区域，见图5-9c 4)连续改变方向的曲线运动快于突然改变方向的连续改变方向的曲线运动快于突然改变方向的折线运动。
折线运动 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－9 单手与双手能较快自如运动的区域 单手与双手能较快自如运动的区域中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.5 运动频率 运动频率 人体各部位的运动频率也是人机工程设计关注的人体各部位的运动频率也是人机工程设计关注的数据表5-12是人体不同部位、几种常用操作动作能是人体不同部位、几种常用操作动作能够达到的最高频率够达到的最高频率 表列数据对应的条件是：运动阻力 表列数据对应的条件是：运动阻力(或阻力矩或阻力矩)极为微小，运动行程极为微小，运动行程(或转动角度或转动角度)很小，由优势手很小，由优势手或优势脚进行测试表列数据是一般人运动能达到或优势脚进行测试表列数据是一般人运动能达到的上限值，工作时适宜的操作频率应该小于这个数的上限值，工作时适宜的操作频率应该小于这个数值，长时问工作的操作频率只能更小值，长时问工作的操作频率只能更小中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表5－－12 人体各部位的最高运动频率 人体各部位的最高运动频率 运动部运动部位位运动形运动形式式最高最高频率频率运动部运动部位位运动形式运动形式最高频最高频率率小指小指敲击敲击3.7手手旋转旋转4.8无名指无名指敲击敲击4.1前臂前臂伸屈伸屈4.7中指中指敲击敲击4.6上臂上臂前后摆动前后摆动3.7食指食指敲击敲击4.7脚脚以脚跟为支点以脚跟为支点蹬踩蹬踩5.7手手拍打拍打9.5脚脚抬放抬放5.8手手推压推压6.7(单位：次／单位：次／s)中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.2 运动准确性及其影响因素 运动准确性及其影响因素 1．运动准确性．运动准确性 准确性是人体运动输出质量的重要指标。
准确 准确性是人体运动输出质量的重要指标准确地操作是人机系统正常运行的基本要求；快速操作地操作是人机系统正常运行的基本要求；快速操作只有在准确的前提才有意义操作运动准确性要求只有在准确的前提才有意义操作运动准确性要求主要包括以下几个方面：主要包括以下几个方面： 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.2.1 运动准确性 运动准确性①①运动方向的准确性；运动方向的准确性；②②运动量运动量(操纵量操纵量)，如运动距离、旋转角度的准确，如运动距离、旋转角度的准确性；性；③③操作运动速度的准确性操作运动速度的准确性(一般操作都要求实现平稳一般操作都要求实现平稳的速度变化，跟踪调节操作则要求更准确的操作速的速度变化，跟踪调节操作则要求更准确的操作速度度)；；④④操纵力的准确性操纵力的准确性(在有一定阻力或阻力矩的操作中，在有一定阻力或阻力矩的操作中，准确的操纵量通常依赖准确的操纵力才能达到准确的操纵量通常依赖准确的操纵力才能达到)中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.2.2 运动准确性的影响因素 运动准确性的影响因素 除了人们种种先天性的个体差异、当时的健康 除了人们种种先天性的个体差异、当时的健康和觉醒水平、培训练习状况以外，运动准确性与运和觉醒水平、培训练习状况以外，运动准确性与运动本身的速度、方向、位置、动作类型等因素有关，动本身的速度、方向、位置、动作类型等因素有关，下面仅就部分因素作简略的说明。
下面仅就部分因素作简略的说明中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.2.2.1 运动速度与准确性 运动速度与准确性(a) 图图5-10运动速度～准确性特性曲线运动速度～准确性特性曲线 随着运动速度加快，准确性通常将会降低但 随着运动速度加快，准确性通常将会降低但两者的变化一般呈图两者的变化一般呈图4一一l0 所示的速度～准确性特性所示的速度～准确性特性曲线关系：曲线关系：中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.2.2.1 运动速度与准确性 运动速度与准确性(b) 在曲线在曲线A点的附近，运动速度变化对准确性的点的附近，运动速度变化对准确性的影响很小，因此降低速度对提高准确性并无明显作影响很小，因此降低速度对提高准确性并无明显作用速度高到一定数值以后，图用速度高到一定数值以后，图5-10的曲线下降明的曲线下降明显，表明运动准确性加速降低因此在图显，表明运动准确性加速降低因此在图5-10中中A点点附近选点，能兼顾到速度和准确性两方面的要求附近选点，能兼顾到速度和准确性两方面的要求中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.2.2.2 运动方向与准确性 运动方向与准确性 图 图5-11是关于手臂运动方向对准确性影响的一个是关于手臂运动方向对准确性影响的一个实测例子：让受试者手握细杆沿图示的几种槽缝中实测例子：让受试者手握细杆沿图示的几种槽缝中运动，记录细杆触碰槽壁的次数，触碰次数多表示运动，记录细杆触碰槽壁的次数，触碰次数多表示细杆在槽中运动准确性低。
细杆在槽中运动准确性低中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－11 手臂运动方向对准确性影响的实例 手臂运动方向对准确性影响的实例中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.2.2.3 动作类型与准确性 动作类型与准确性(a) 使用操纵器和工具可能有各种不同的动作类型， 使用操纵器和工具可能有各种不同的动作类型，由于解剖学的特点，肢体控制不同类型动作的准确由于解剖学的特点，肢体控制不同类型动作的准确性、灵活性是不同的图性、灵活性是不同的图5-12给出了优劣不同的三组给出了优劣不同的三组对比：上面三个图所示操作的准确性，均优于对应对比：上面三个图所示操作的准确性，均优于对应的下图 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－12 准确性随动作类型不同的例子 准确性随动作类型不同的例子中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.2.2.3 动作类型与准确性 动作类型与准确性(b) 图图5—12a上图为在水平面内的转动操作，其准上图为在水平面内的转动操作，其准确性优于下图所画的在铅垂面内的转动操作；图确性优于下图所画的在铅垂面内的转动操作；图5—12b上图为对水平面的按压操作，其准确性优于下图上图为对水平面的按压操作，其准确性优于下图所画对铅垂面的按压操作；图所画对铅垂面的按压操作；图5-12c上图为手握弯曲上图为手握弯曲把手由大小臂控制的绕轴转动，其准确性优于下图把手由大小臂控制的绕轴转动，其准确性优于下图所画手抓球体由手腕控制的绕轴转动。
准确性随动所画手抓球体由手腕控制的绕轴转动准确性随动作类型而不同的现象很多，图作类型而不同的现象很多，图5－－12所示只是其中的所示只是其中的少数几个示例少数几个示例中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.2.2.4 运动量与准确性 运动量与准确性 准确性一般还与运动量大小有关，例如手臂伸准确性一般还与运动量大小有关，例如手臂伸出和收回的移动量较小出和收回的移动量较小(如如l00mm以内以内)时，常有移时，常有移动距离超出的倾向，相对误差较大；移动量较大时，动距离超出的倾向，相对误差较大；移动量较大时，则常有移动距离不足的倾向，相对误差较小旋转则常有移动距离不足的倾向，相对误差较小旋转运动量与准确性的关系与此类似运动量与准确性的关系与此类似中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学第三节 操纵器设计的人机学原则第三节 操纵器设计的人机学原则一、操纵器的类型与选用一、操纵器的类型与选用二、操纵器设计的一般人机学原则二、操纵器设计的一般人机学原则三、操纵器的形状和式样三、操纵器的形状和式样四、操纵器的尺寸和操作行程四、操纵器的尺寸和操作行程五、操纵器的识别编码五、操纵器的识别编码中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1. 操纵器的类型与选用操纵器的类型与选用 操纵器又称为操纵装置、控制器、控制装置。
操纵器又称为操纵装置、控制器、控制装置 (一一)操纵器的类型操纵器的类型 操纵器种类很多，为便于分析研究，可以从不 操纵器种类很多，为便于分析研究，可以从不同的角度进行分类，简述如下同的角度进行分类，简述如下中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.1 按操控方式分 按操控方式分 可以分为手动操纵器、脚动操纵器、声控操纵可以分为手动操纵器、脚动操纵器、声控操纵器等操控类型器等操控类型 也可以分为直动操纵器、遥控操纵器等操控方 也可以分为直动操纵器、遥控操纵器等操控方式中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.2 按操控运动轨迹分 按操控运动轨迹分 手动操纵器按操控运动的轨迹，可分为： 手动操纵器按操控运动的轨迹，可分为： 旋转式操纵器：如旋钮、摇柄、十字把手、手 旋转式操纵器：如旋钮、摇柄、十字把手、手轮轮(转向盘转向盘)等 移动式操纵器：如操纵杆、手柄、推扳开关等 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 按压式操纵器：如按钮、按键等中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.3 按操控功能分 按操控功能分 一般分为开关式操纵器、转换式操纵器、调节式操一般分为开关式操纵器、转换式操纵器、调节式操纵器、紧急停车操纵器等类型。
纵器、紧急停车操纵器等类型中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.2 操纵器的选用原则 操纵器的选用原则 GB／／T l4775--1993《《操纵器一般人类工效学要操纵器一般人类工效学要求求》》给出的操纵器选用原则如下：给出的操纵器选用原则如下： 1)手控操纵器适用于精细、快速调节，也可用于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件下选用中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2. 操纵器设计的一般人机学原则操纵器设计的一般人机学原则 这里先简要分几条概述操纵器设计的一般人机 这里先简要分几条概述操纵器设计的一般人机学原则，关于其中每一条较详细的内容，在下面或学原则，关于其中每一条较详细的内容，在下面或在具体讲述各种操纵器时再作进一步说明在具体讲述各种操纵器时再作进一步说明中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1 一般人机学原则 一般人机学原则1) 2) 1)操纵器的尺寸、形状，应适合人的手脚尺寸及操纵器的尺寸、形状，应适合人的手脚尺寸及生理学解剖学条件。
生理学解剖学条件 2)操纵器的操作力、操作方向、操作速度、操作操纵器的操作力、操作方向、操作速度、操作行程行程(包括线位移行程和角位移行程包括线位移行程和角位移行程)、操作准确度、操作准确度控制要求，都应与人的施力和运动输出特性相适应 控制要求，都应与人的施力和运动输出特性相适应 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.2 一般人机学原则 一般人机学原则3) 4) 3)在有多个操纵器的情况下，各操纵器在形状、在有多个操纵器的情况下，各操纵器在形状、尺寸大小、色彩、质感以及安置位置等方面，尽量尺寸大小、色彩、质感以及安置位置等方面，尽量给予明显区别，使它们易于识别，以避免互相混淆给予明显区别，使它们易于识别，以避免互相混淆 4)让操作者在合理的体位下操作，考虑操纵器操让操作者在合理的体位下操作，考虑操纵器操作的依托支撑要求，减轻操作者疲劳和单调厌倦的作的依托支撑要求，减轻操作者疲劳和单调厌倦的感觉中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.3 一般人机学原则 一般人机学原则5) 6) 5)操纵器的操作运动与显示器或与被控对象，应操纵器的操作运动与显示器或与被控对象，应有正确的互动协调关系。
此种互动关系应与人的自有正确的互动协调关系此种互动关系应与人的自然行为倾向一致然行为倾向一致 6)形状美观、式样新颖，结构简单合理设计多形状美观、式样新颖，结构简单合理设计多功能操纵器，如带指示灯的按钮，能把操纵和显示功能操纵器，如带指示灯的按钮，能把操纵和显示功能结合起来等功能结合起来等中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3. 操纵器的形状和式样操纵器的形状和式样 1)手动操手动操纵器上手的握持部位应为端部圆滑的圆柱、圆锥、纵器上手的握持部位应为端部圆滑的圆柱、圆锥、卵形、椭球等便于抓握的形状，横截面为圆形或椭卵形、椭球等便于抓握的形状，横截面为圆形或椭圆，表面不得有尖角、锐棱、缺口，以求得持握牢圆，表面不得有尖角、锐棱、缺口，以求得持握牢靠、方便、无不适感靠、方便、无不适感 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1 手动操纵器 手动操纵器 用手掌按压操作的操纵器的表面，采用蘑菇样 用手掌按压操作的操纵器的表面，采用蘑菇样的球面凸起形状用手指按压的表面要有适合指形的球面凸起形状用手指按压的表面要有适合指形的凹陷轮廓。
按钮的水平截面应为圆形或矩形，按的凹陷轮廓按钮的水平截面应为圆形或矩形，按键应为矩形矩形按钮和直径键应为矩形矩形按钮和直径3～～5mm的按钮可做成的按钮可做成球面或平面形状；在需要互相区别、避免混淆而进球面或平面形状；在需要互相区别、避免混淆而进行编码的情况下允许制成其他形状行编码的情况下允许制成其他形状 用手指操作的扳钮开关、转换开关的柄部应为 用手指操作的扳钮开关、转换开关的柄部应为圆柱形、圆锥形或棱柱形，柄部外端呈凸球形表面；圆柱形、圆锥形或棱柱形，柄部外端呈凸球形表面；圆锥形柄部的大头朝外圆锥形柄部的大头朝外(参看后面图参看后面图5-28) 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.2 脚控操纵器 脚控操纵器 2)脚控操纵器不应使踝关节在操作时过分弯曲，脚控操纵器不应使踝关节在操作时过分弯曲，脚踏板与地面的最佳倾角约为脚踏板与地面的最佳倾角约为30°，操作时脚掌宜与，操作时脚掌宜与小腿接近垂直，踝关节的活动范围不大于小腿接近垂直，踝关节的活动范围不大于25°(参看后参看后面图面图5-29a、、图图5-30、图、图5-34)中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.3 操纵器式样便于使用 操纵器式样便于使用 3)操纵器的式样应便于使用，便于施力。
例如操操纵器的式样应便于使用，便于施力例如操纵阻力较大的旋钮，其周边不宜为光滑的表面，而纵阻力较大的旋钮，其周边不宜为光滑的表面，而应制成棱形波纹或压制滚花应制成棱形波纹或压制滚花(参看后面图参看后面图5-19)中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.4 有定位或保险装置的操纵器 有定位或保险装置的操纵器 4)有定位或保险装置的操纵器，其终点位置应有有定位或保险装置的操纵器，其终点位置应有标记或专门的止动限位机构分级调节的操纵器还标记或专门的止动限位机构分级调节的操纵器还应有中间各挡位置的标记，以及各挡位置的定位、应有中间各挡位置的标记，以及各挡位置的定位、自锁、连锁机构，以免工作中的意外触动或振动产自锁、连锁机构，以免工作中的意外触动或振动产生误操作生误操作 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.5 操纵器的形状 操纵器的形状 5)操纵器的形状最好能对它的功能有所隐喻、有操纵器的形状最好能对它的功能有所隐喻、有所暗示所暗示(参看后面图参看后面图5-13)，以利于辨认和记忆这属，以利于辨认和记忆这属于造型语义方面的要求和课题。
于造型语义方面的要求和课题中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学4. 操纵器的尺寸和操作行程操纵器的尺寸和操作行程(a) 操纵器尺寸与人体尺寸的适应性主要包括两个 操纵器尺寸与人体尺寸的适应性主要包括两个方面：方面： 第一，操纵器上，人的手脚握持、触压、抓捏、 第一，操纵器上，人的手脚握持、触压、抓捏、抠挖部位的尺寸，应与人的手脚尺寸相适应，需参抠挖部位的尺寸，应与人的手脚尺寸相适应，需参照照GB／／T 10000--1988《《中国成年人人体尺寸中国成年人人体尺寸》》、、GB／／T l6252－－1996《《成年人手部号型成年人手部号型》》等国标进行等国标进行设计 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学4. 操纵器的尺寸和操作行程操纵器的尺寸和操作行程(b) 第二，操纵器的操作行程，例如按钮、按键的 第二，操纵器的操作行程，例如按钮、按键的按压距离，旋钮、转向盘、手轮的转动角度，扳钮按压距离，旋钮、转向盘、手轮的转动角度，扳钮开关、操纵杆的线位移和角位移等，应与人的关节开关、操纵杆的线位移和角位移等，应与人的关节活动范围、肢体活动范围相适应，需参照活动范围、肢体活动范围相适应，需参照GB／／T l3547--1992《《工作空间人体尺寸工作空间人体尺寸》》、、GB／／T 14775--1993《《操纵器一般人类工效学要求操纵器一般人类工效学要求》》等综合类国标，等综合类国标，还可参考一些专门行业的国标、行业的技术标准和还可参考一些专门行业的国标、行业的技术标准和人体功能方面的文献资料。
人体功能方面的文献资料中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学4. 操纵器的尺寸和操作行程操纵器的尺寸和操作行程(c) 操纵器上与人体尺寸有关的上述两个方面，也 操纵器上与人体尺寸有关的上述两个方面，也可以说前者是操纵器上与手脚直接接触部位的可以说前者是操纵器上与手脚直接接触部位的“静静态尺寸态尺寸”，后者则是肢体操作操纵器时的，后者则是肢体操作操纵器时的“动态尺动态尺寸寸”，下面举例说明下面举例说明 对图 对图5-13a所示双手扶轮缘的手轮所示双手扶轮缘的手轮(转向盘、转向转向盘、转向把把)来说，手握部位的轮缘直径优选值为来说，手握部位的轮缘直径优选值为25—30mm，，其依据是人手部尺寸中的其依据是人手部尺寸中的“手长手长”这种手轮一这种手轮一次手握连续转动的角度一般宜在次手握连续转动的角度一般宜在90°以内，最大不得以内，最大不得超过超过120°，其依据则是关节活动范围或肢体活动范围其依据则是关节活动范围或肢体活动范围 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－l3 操纵器尺寸与人体尺寸的关系操纵器尺寸与人体尺寸的关系 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学4. 操纵器的尺寸和操作行程操纵器的尺寸和操作行程(d) 对图对图5-13b所示的操纵杆来说，手握部位的球形所示的操纵杆来说，手握部位的球形杆端球径常取值为杆端球径常取值为32～～50mm，，其依据是人手抓握多其依据是人手抓握多大的物体较为舒适并能较自如地施力。
大的物体较为舒适并能较自如地施力 而操纵杆的适宜 而操纵杆的适宜“动态尺寸动态尺寸”是：对于长度是：对于长度l50～～250mm的短操纵杆，在人体左右方向的转动角度的短操纵杆，在人体左右方向的转动角度不宜大于不宜大于45°，前后方向的转动角度不宜大于，前后方向的转动角度不宜大于30°；对；对于长度于长度500～～700mm的长操纵杆，转动角度适宜值为的长操纵杆，转动角度适宜值为l0°～～l5°，，其依据便是人的肢体活动范围其依据便是人的肢体活动范围中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5. 操纵器的识别编码操纵器的识别编码 编码 编码(coding)是指特定信号的系统表示或符合是指特定信号的系统表示或符合定义规则的信号其他设定值通俗地说，对一类事定义规则的信号其他设定值通俗地说，对一类事物进行编码，就是使其中每一事物具有特征或给予物进行编码，就是使其中每一事物具有特征或给予特定代号，以互相区别，避免混淆特定代号，以互相区别，避免混淆 常用的操纵器编码方式有：形状编码、大小编 常用的操纵器编码方式有：形状编码、大小编码、色彩编码、操作方法编码、位置编码、符号编码、色彩编码、操作方法编码、位置编码、符号编码等。
码等中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5.1 形状编码 形状编码(a) 使不同功能的操纵器具有各自不同、鲜明的形 使不同功能的操纵器具有各自不同、鲜明的形状特征，便于识别，避免混淆操纵器的形状编码状特征，便于识别，避免混淆操纵器的形状编码还应注意：还应注意：①①形状最好能对它的功能有所隐喻、有形状最好能对它的功能有所隐喻、有所暗示，以利于辨认和记忆；所暗示，以利于辨认和记忆；②②尽量使操作者在照尽量使操作者在照明不良的条件下也能够分辨，或者在戴薄手套时还明不良的条件下也能够分辨，或者在戴薄手套时还能靠触觉进行辨别能靠触觉进行辨别中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5.1 形状编码 形状编码(b) 图 图5-14是美国空军飞机上操纵器的部分形状编码是美国空军飞机上操纵器的部分形状编码示例用于飞机驾驶舱内各种操纵杆的杆头形状，示例用于飞机驾驶舱内各种操纵杆的杆头形状，互相区别明显，即使戴着薄手套，也能凭触觉辨别互相区别明显，即使戴着薄手套，也能凭触觉辨别它们不同的杆头形状与它的功能还有内在联系不同的杆头形状与它的功能还有内在联系。
例如 例如“着陆轮着陆轮”是轮子形状的；飞机即将着陆是轮子形状的；飞机即将着陆时为了很快减速，原机翼、机尾上的有些板块要翘时为了很快减速，原机翼、机尾上的有些板块要翘起来以增加空气阻力，起来以增加空气阻力，“着陆板着陆板”便具有相应的形便具有相应的形状寓意，等等状寓意，等等中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－14 美国空军操纵器形状编码 美国空军操纵器形状编码(摘录摘录) 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5.1 形状编码 形状编码(c) 图 图5-15是常用旋钮的形状编码，其中图是常用旋钮的形状编码，其中图5-15a和和图图5-15b是用于作是用于作360°以上旋转操作的多倍旋转旋钮；以上旋转操作的多倍旋转旋钮；图图5-15C是用于作是用于作360°以下旋转操作的部分旋转旋钮；以下旋转操作的部分旋转旋钮；图图5-15d是用作定位指示的旋钮图是用作定位指示的旋钮图5-15中，不同类中，不同类型旋钮各有其形状功能特点，同类型旋钮也有明显型旋钮各有其形状功能特点，同类型旋钮也有明显的形状差异的形状差异中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－15 旋钮的形状编码 旋钮的形状编码中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5.2 大小编码 大小编码 大小编码，也称为尺寸编码，通过操纵器大小 大小编码，也称为尺寸编码，通过操纵器大小的差异来使之互相易于区别。
的差异来使之互相易于区别 由于操纵器的大小需与手脚等人体尺寸相适应， 由于操纵器的大小需与手脚等人体尺寸相适应，其尺寸大小的变动范围是有限的另一方面，测试其尺寸大小的变动范围是有限的另一方面，测试表明，大控制器要比小一级操纵器的尺寸大表明，大控制器要比小一级操纵器的尺寸大20％以％以上，才能让人较快地感知其差别，起到有效编码的上，才能让人较快地感知其差别，起到有效编码的作用，所以大小编码能分的挡级有限，例如旋钮，作用，所以大小编码能分的挡级有限，例如旋钮，一般只能作大、中、小一般只能作大、中、小3个挡级的尺寸编码个挡级的尺寸编码中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5.3 色彩编码 色彩编码(a) 由于只有在较好的照明条件下色彩编码才能有效， 由于只有在较好的照明条件下色彩编码才能有效，所以操纵器的色彩编码一般不单独使用，通常是同形所以操纵器的色彩编码一般不单独使用，通常是同形状编码、大小编码结合起来，增强其分辨识别功能状编码、大小编码结合起来，增强其分辨识别功能人眼虽能辨别很多的色彩，但因操纵器编码需要考虑人眼虽能辨别很多的色彩，但因操纵器编码需要考虑在较紧张的工作中完成快速分辨，所以一般只用红、在较紧张的工作中完成快速分辨，所以一般只用红、黄、蓝、绿及黑、白等有限几种色彩。
黄、蓝、绿及黑、白等有限几种色彩中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5.3 色彩编码 色彩编码(b) 操纵器色彩编码还需遵循有关技术标准的规定 操纵器色彩编码还需遵循有关技术标准的规定和已被广泛认可的色彩表义习惯，例如停止、关断和已被广泛认可的色彩表义习惯，例如停止、关断操纵器用红色；起动、接通操纵器用绿色、白色、操纵器用红色；起动、接通操纵器用绿色、白色、灰色或黑色；起、停两用操纵器用黑色、白色或灰灰色或黑色；起、停两用操纵器用黑色、白色或灰色，而忌用红色和绿色；复位操纵器宜用蓝色、黑色，而忌用红色和绿色；复位操纵器宜用蓝色、黑色或白色色或白色中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5.4 位置编码 位置编码 把操纵器安置在拉开足够距离的不同位置，以 把操纵器安置在拉开足够距离的不同位置，以避免混淆最好不用眼睛看就能伸手或举脚操作而避免混淆最好不用眼睛看就能伸手或举脚操作而不会错位例如拖拉机、汽车上的离合器踏板、制不会错位例如拖拉机、汽车上的离合器踏板、制动器踏板和加速踏板因位置不同，不用眼看就能操动器踏板和加速踏板因位置不同，不用眼看就能操作。
作中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5.5 操作方法编码 操作方法编码 用不同的操作方法 用不同的操作方法(按压、旋转、扳动、推拉等按压、旋转、扳动、推拉等)、操作方向和阻力大小等因素的变化进行编码，通、操作方向和阻力大小等因素的变化进行编码，通过手感、脚感加以识别过手感、脚感加以识别中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5.6 字符编码 字符编码 以文字、符号在操纵器的近旁作出简明标示的 以文字、符号在操纵器的近旁作出简明标示的编码方法这种方法的优点是编码量可以达到很大，编码方法这种方法的优点是编码量可以达到很大，是其他编码方法无法比拟的是其他编码方法无法比拟的 例如键盘上那么多键，例如键盘上那么多键，标上字母和数字后都能分得清清楚楚，在机、标上字母和数字后都能分得清清楚楚，在机、家用电器、科教仪器仪表上都已广泛采用但这种家用电器、科教仪器仪表上都已广泛采用但这种方法也有缺点：一是要求较高的照明条件；二是在方法也有缺点：一是要求较高的照明条件；二是在紧迫的操作中不太适用，因为用眼睛聚焦观看字符紧迫的操作中不太适用，因为用眼睛聚焦观看字符是需要一定时问的。
是需要一定时问的中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学第四节 常用操纵器的设计第四节 常用操纵器的设计 一、按压式操纵器一、按压式操纵器二、转动式操纵器二、转动式操纵器三、移动、扳动式操纵器三、移动、扳动式操纵器 四、脚动操纵器四、脚动操纵器 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1. 按压式操纵器按压式操纵器(一一)按钮和按键按钮和按键 常见的小型按压式操纵器是按钮；多个连续排 常见的小型按压式操纵器是按钮；多个连续排列在一起使用的按钮又特称为按键，因为使用状态列在一起使用的按钮又特称为按键，因为使用状态像钢琴上的琴键按钮只有两种工作状态，如像钢琴上的琴键按钮只有两种工作状态，如“接接通通”或或“断开断开”，，“起动起动”或或“停车停车”等 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.1 按钮和按键 按钮和按键 其工作方式则有单工位和双工位两种类型若被其工作方式则有单工位和双工位两种类型若被按下处于接通状态，按压解除后即自动复位为断开按下处于接通状态，按压解除后即自动复位为断开状态状态(也可以是相反：按下为断开，解除按压后自动也可以是相反：按下为断开，解除按压后自动复位为接通复位为接通)者，称为单工位按钮。
者，称为单工位按钮 若被按压到一种状态，按压解除后自动继续保 若被按压到一种状态，按压解除后自动继续保持该状态，需经再一次按压才转换为另一种状态者，持该状态，需经再一次按压才转换为另一种状态者，称为双工位按钮称为双工位按钮 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.2 按钮按键的人机学参量 按钮按键的人机学参量 按钮按键的截面形状，通常为圆形或矩形；其 按钮按键的截面形状，通常为圆形或矩形；其尺寸大小，即圆截面的直径尺寸大小，即圆截面的直径d，，或矩形截面的两个边或矩形截面的两个边长长a × b，，应与相关的人体操作部位应与相关的人体操作部位(例如手指例如手指)的尺的尺寸相适应寸相适应 其他主要人机学参量还有操纵力 其他主要人机学参量还有操纵力(按压力按压力)和工和工作行程表作行程表5-13为按钮按键的为按钮按键的3项人机学参量项人机学参量中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学 表表5－－13 按钮按键 按钮按键的的3项人机学参量项人机学参量 (摘自摘自GB／／T l4775－－l993)中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.3 设计注意事项举例 设计注意事项举例 除了表除了表5-13所列参量以外，按钮按键设计中还有所列参量以外，按钮按键设计中还有很多需要注意的人机学因素，举例如下。
很多需要注意的人机学因素，举例如下中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.3.1 按钮的颜色 按钮的颜色 1)按钮的颜色：专用于按钮的颜色：专用于“停止停止”、、“断电断电”的用的用红色；专用于红色；专用于“起动起动”、、“通电通电”的优先用绿色，的优先用绿色，也可用白色、灰色或黑色；在按压中反复变换其功也可用白色、灰色或黑色；在按压中反复变换其功能状态的按钮，忌用红色和绿色，可用黑、白或灰能状态的按钮，忌用红色和绿色，可用黑、白或灰色中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.3.2 按钮的作用 按钮的作用 2)若按钮的作用是完成两种工作状态的转换，某若按钮的作用是完成两种工作状态的转换，某些使用条件下应附加显示当前状态的信号灯；若按些使用条件下应附加显示当前状态的信号灯；若按钮可能处在较暗的环境下，宜提供指示按钮位置的钮可能处在较暗的环境下，宜提供指示按钮位置的光源中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.3.3 按钮的表面 按钮的表面(a) 3)按钮的上表面，即手指接触的表面多为微凸按钮的上表面，即手指接触的表面多为微凸的球面，操作手感好；按钮对所在面板凸起的高度的球面，操作手感好；按钮对所在面板凸起的高度因情况而不同，有需要凸起的，有和面板平齐的，因情况而不同，有需要凸起的，有和面板平齐的，有的情况下为了避免无触动，也可略凹入面板以下，有的情况下为了避免无触动，也可略凹入面板以下，这是因为按钮操作都有视觉配合。
这是因为按钮操作都有视觉配合 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.3.3 按钮的表面 按钮的表面(b) 按键则与按钮有所不同，按键需排在一起使用， 按键则与按钮有所不同，按键需排在一起使用，如计算机键盘上的按键还必须适应如计算机键盘上的按键还必须适应“盲打盲打”要求，要求，人们凭触觉而不再是依赖视觉进行操作，因此按键人们凭触觉而不再是依赖视觉进行操作，因此按键有不少与按钮不同的造型特点：有不少与按钮不同的造型特点： 例如若上表面凸起高度不够，见图 例如若上表面凸起高度不够，见图5-16a，，影响影响触觉感受，盲打就成问题了；若相邻两个按键的间触觉感受，盲打就成问题了；若相邻两个按键的间距太小，盲打中容易把两个按键同时按下去，也不距太小，盲打中容易把两个按键同时按下去，也不好，见图好，见图5-16b；； 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－16 按键造型的一些要求 按键造型的一些要求中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.3.3 按钮的表面 按钮的表面(c) 另外，为了有利于盲打时手指的稳定定位，按 另外，为了有利于盲打时手指的稳定定位，按键的上表面应该作成微凹的形状，见图键的上表面应该作成微凹的形状，见图5-16c，，而不而不宜与按钮一样微凸。
计算机键盘上的宜与按钮一样微凸计算机键盘上的“F”、、“J，，'两个字符键上还各有一个两个字符键上还各有一个“-”形凸起标记，供盲打形凸起标记，供盲打者左右手区分定位，见图者左右手区分定位，见图5-16d中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学1.3.4 按钮如何安置 按钮如何安置 4)确定产品上的按钮如何安置，还应该适合操作确定产品上的按钮如何安置，还应该适合操作时的手型例如图时的手型例如图5-17所示产品上用拇指操作的按钮，所示产品上用拇指操作的按钮，因安置的位置和按压方向的不同，操作的便利与否，因安置的位置和按压方向的不同，操作的便利与否，便有很大的差别便有很大的差别中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－17 产品上按钮的安置是否得当 产品上按钮的安置是否得当中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2. 转动式操纵器转动式操纵器 常用的手动转动式操纵器有旋钮、手轮、带把常用的手动转动式操纵器有旋钮、手轮、带把手轮手轮(摇把摇把)等中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1 旋钮 旋钮(一一)旋钮旋钮 1．式样与形态．式样与形态 (1)多样的造型方案多样的造型方案 图图5-15已给出旋转已给出旋转360°以上、以上、360°以下，以及作定向指示的三类旋钮的不同形态。
以下，以及作定向指示的三类旋钮的不同形态 旋钮可能的造型还很多，图 旋钮可能的造型还很多，图5-18是定向指示类是定向指示类旋钮的另外一些造型方案，它们便于转动操作，也旋钮的另外一些造型方案，它们便于转动操作，也易于互相区别，可供参考易于互相区别，可供参考中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－18 定向指示用旋钮的造型方案 定向指示用旋钮的造型方案•中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1.1 有利于施加操作力矩 有利于施加操作力矩 (2)有利于施加操作力矩有利于施加操作力矩 旋钮应该方便于施加旋钮应该方便于施加足够的转动力矩这对图足够的转动力矩这对图5-15d和图和图5-18所示捏握处所示捏握处有台阶的旋钮，及图有台阶的旋钮，及图4—15a、、b、、c所示捏握处为多所示捏握处为多边形或有明显凸棱的旋钮，都不成问题惟圆柱形边形或有明显凸棱的旋钮，都不成问题惟圆柱形的旋钮，其圆柱周边表面不可太过光滑，而应做出的旋钮，其圆柱周边表面不可太过光滑，而应做出齿纹、刻痕，见图齿纹、刻痕，见图5-19中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－19 两种常见的旋钮 两种常见的旋钮a)捏握连续调节旋钮捏握连续调节旋钮 b)指握断续调节旋钮指握断续调节旋钮中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1.2 有利于捏握转动操作 有利于捏握转动操作 (3)有利于捏握转动操作有利于捏握转动操作 可以用图可以用图5-20所示同心所示同心三层旋钮的例子来说明。
经过对操作手型的研究，三层旋钮的例子来说明经过对操作手型的研究，为了操作某一层旋钮时不会带动另一层的旋钮，三为了操作某一层旋钮时不会带动另一层的旋钮，三层旋钮问的尺寸应符合图层旋钮问的尺寸应符合图5-20a的要求若各层之间的要求若各层之间的尺寸关系不适当，操作时就可能产生各层之间的的尺寸关系不适当，操作时就可能产生各层之间的干扰，几种干扰的情况见图干扰，几种干扰的情况见图5-20b中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－20 三层旋钮的尺寸关系和操作干扰 三层旋钮的尺寸关系和操作干扰a)避免操作干扰的尺寸关系避免操作干扰的尺寸关系 b)产生操作干扰的几种情况产生操作干扰的几种情况中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.1.3 尺寸与操作力矩 尺寸与操作力矩 图 图5-19所示为两种常见的旋钮，所示为两种常见的旋钮，GB／／T l4775--1993《《操纵器一般人类工效学要求操纵器一般人类工效学要求》》给出了它们的给出了它们的尺寸和操作力矩数值，摘录在表尺寸和操作力矩数值，摘录在表5-14中以供参考中以供参考。
中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表5－－14 两种常见旋钮的尺寸和操作力矩 两种常见旋钮的尺寸和操作力矩 (摘自摘自GB／／T l4775－－l993)操操纵纵方式方式直径直径D／／mm厚度厚度H／／mm操作力矩／操作力矩／N·m 捏握和捏握和连续调节连续调节10～～l0012～～250.02～～0.5指握和断指握和断续调节续调节35—75≥l50.2—0.7中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.2 手轮与带柄手轮 手轮与带柄手轮 (二二)手轮与带柄手轮手轮与带柄手轮 汽车上的转向盘大家都熟悉，类似的操纵器在 汽车上的转向盘大家都熟悉，类似的操纵器在其他机器或产品上也有，但因不一定用来操纵方向，其他机器或产品上也有，但因不一定用来操纵方向，一般不称为转向盘而称为手轮，还有带柄手轮，一般不称为转向盘而称为手轮，还有带柄手轮，带柄手轮也称为摇把，在各种机床上常见带柄手轮也称为摇把，在各种机床上常见中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.2.1 式样和形态 式样和形态 1．式样和形态．式样和形态 (1)多样的造型方案多样的造型方案 手轮和带柄手轮的造型方案很丰富，设计中的 手轮和带柄手轮的造型方案很丰富，设计中的考虑因素有尺寸大小、操作力矩、操作速度、操作考虑因素有尺寸大小、操作力矩、操作速度、操作体位与姿势等。
其中带柄手轮由于手柄的存在而使体位与姿势等其中带柄手轮由于手柄的存在而使质量中心偏离旋转轴线，转动中形成离心力，转速质量中心偏离旋转轴线，转动中形成离心力，转速较快时多会产生不良影响，所以要在造型时加以质较快时多会产生不良影响，所以要在造型时加以质量平衡这是容易做到的，而且还给造型多样化提量平衡这是容易做到的，而且还给造型多样化提供了条件图供了条件图5-21所示的手轮造型方案可供借鉴和参所示的手轮造型方案可供借鉴和参考中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－21 手轮的造型方案 手轮的造型方案(图下方的数字为该形式手轮适合的直径，单位：图下方的数字为该形式手轮适合的直径，单位：mm)中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.2.2 合理的操作姿势与体位 合理的操作姿势与体位 (a) (2)合理的操作姿势与体位合理的操作姿势与体位 操作手轮、带柄手轮的适宜性、便利性与很多 操作手轮、带柄手轮的适宜性、便利性与很多因素有关，如手轮位置的高低、中心轴在空间的方因素有关，如手轮位置的高低、中心轴在空间的方向、操作者的姿势和体位等等，研究数据很丰富，向、操作者的姿势和体位等等，研究数据很丰富，此处不详细介绍，设计中需要时可去查阅有关文献此处不详细介绍，设计中需要时可去查阅有关文献资料。
下面通过图资料下面通过图5-22和图和图5-23两个例子，可以对此两个例子，可以对此有所了解有所了解 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－22 操作手轮的有利体位 操作手轮的有利体位中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.2.2 合理的操作姿势与体 合理的操作姿势与体位位 (b) 图图5-22是立姿下操作手轮的有利体位测试表明：是立姿下操作手轮的有利体位测试表明：离地面离地面1000～～1100mm的手轮有利于操作者施加较大的手轮有利于操作者施加较大的转矩的转矩(图图5-22a)，，在肩部高度推拉手柄的力量最大在肩部高度推拉手柄的力量最大(图图5-22b) 图 图5-23为操纵汽车转向盘的情况，可以用来说明为操纵汽车转向盘的情况，可以用来说明坐姿下手轮操作姿势与操作力矩之间的关系坐姿下手轮操作姿势与操作力矩之间的关系 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－23 向盘的空间位置与操作姿势 向盘的空间位置与操作姿势a)小型车辆小型车辆 b)一般车辆一般车辆 c)大型车辆大型车辆中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.2.2 合理的操作姿势与体位 合理的操作姿势与体位 (c) 图 图5-23a是驾驶小型车辆，转向盘的转矩小，主是驾驶小型车辆，转向盘的转矩小，主要用前臂操作即可，因此可以采取舒适的后仰坐姿，要用前臂操作即可，因此可以采取舒适的后仰坐姿，转向盘平面接近于铅垂方向。
转向盘平面接近于铅垂方向 图 图5-23b是驾驶一般中型车辆，转向盘的转矩略是驾驶一般中型车辆，转向盘的转矩略大一些，需要用到肩部和上臂的部分力量参与操作，大一些，需要用到肩部和上臂的部分力量参与操作，因此不宜采用较大角度的后仰坐姿，转向盘平面与因此不宜采用较大角度的后仰坐姿，转向盘平面与水平面在水平面在30°左右较为合适左右较为合适 图 图5-22c是驾驶大型车辆，转向盘的转矩大，除是驾驶大型车辆，转向盘的转矩大，除肩部、上臂以外，有时还要用到腰部的力量参与操肩部、上臂以外，有时还要用到腰部的力量参与操作，因此不能采取后仰坐姿，转向盘平面应接近在作，因此不能采取后仰坐姿，转向盘平面应接近在水平面方向，所在位置应比较低水平面方向，所在位置应比较低中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.2.3 适宜于抓握操作 适宜于抓握操作(a) (3)适宜于抓握操作适宜于抓握操作 操作不带柄的手轮 操作不带柄的手轮(包括转向盘包括转向盘)时，手的抓握时，手的抓握部位是轮缘部位是轮缘(参看图参看图4—13a)轮缘多为圆截面，必要轮缘多为圆截面，必要时做成波纹，以利于施加转矩。
操作带柄手轮时，时做成波纹，以利于施加转矩操作带柄手轮时，手的抓握部位是手柄图手的抓握部位是手柄图5-24中画出了中画出了a、、b、、c、、d、、e、、f等等6种手柄的形状种手柄的形状中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－24 手柄的形状及其解剖学分析 手柄的形状及其解剖学分析中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.2.3 适宜于抓握操作 适宜于抓握操作(b) 估计会有同学认为图 估计会有同学认为图5-24d的形状最好，理由可的形状最好，理由可能是能是“与手掌的形状吻合，又圆润，握着舒适与手掌的形状吻合，又圆润，握着舒适(曲线曲线也优美呀也优美呀!)——但这个回答是错的但这个回答是错的 正确的回答是：从操作的舒适便利来说，图 正确的回答是：从操作的舒适便利来说，图5-24a、、b两种形状好，而图两种形状好，而图5-24d、、e、、f三种形状都不三种形状都不好为什么好为什么?请看图请看图5-24g所示的手掌肌肉分布：所示的手掌肌肉分布： 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.2.3 适宜于抓握操作 适宜于抓握操作(c) 手掌上肌肉最厚的是大、小鱼际肌，其次是指 手掌上肌肉最厚的是大、小鱼际肌，其次是指骨间肌和指球肌。
丰富的肌肉可说是骨间肌和指球肌丰富的肌肉可说是“天然的减振天然的减振器器”，此处受压力或受击打，对于手，此处受压力或受击打，对于手(进而对手臂进而对手臂等等)不易造成伤害反之，掌心肌肉最薄，神经、不易造成伤害反之，掌心肌肉最薄，神经、血管离掌面最浅，对压力或击打敏感，也容易造成血管离掌面最浅，对压力或击打敏感，也容易造成损伤中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学2.2.3 适宜于抓握操作 适宜于抓握操作(d) 说到底，人类手掌肌肉的形态、掌心处下凹成 说到底，人类手掌肌肉的形态、掌心处下凹成一个小窝，是进化的结果，为的就是避免掌心受压一个小窝，是进化的结果，为的就是避免掌心受压可见让手柄与掌心可见让手柄与掌心“吻合吻合”的设计，真是的设计，真是“聪明反聪明反被聪明误被聪明误”了另外，握着手柄每转动手轮一圈，了另外，握着手柄每转动手轮一圈，手掌也与手柄摩擦一圈，手掌与手柄手掌也与手柄摩擦一圈，手掌与手柄“吻合吻合”的结的结果是使摩擦面积加大，操作不灵活果是使摩擦面积加大，操作不灵活 而握着图 而握着图5-24a、、b那样的手柄，掌心空着，操作那样的手柄，掌心空着，操作就灵便了。
若把手柄做成轴套式，有个固定在轮缘就灵便了若把手柄做成轴套式，有个固定在轮缘上的手柄轴，外面的手柄套可自由绕手柄轴转动，上的手柄轴，外面的手柄套可自由绕手柄轴转动，则可彻底消除手掌与手柄问因操作而产生的摩擦则可彻底消除手掌与手柄问因操作而产生的摩擦中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3. 移动、扳动式操纵器移动、扳动式操纵器 常用的手动移动、扳动式操纵器有操纵杆、扳 常用的手动移动、扳动式操纵器有操纵杆、扳钮开关、手闸和指拨滑块等，下面只简要介绍操纵钮开关、手闸和指拨滑块等，下面只简要介绍操纵杆和扳钮开关的设计要点杆和扳钮开关的设计要点中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1 操纵杆 操纵杆 1．操纵杆．操纵杆 操纵杆一端与机器的受控部件联结，手执操作 操纵杆一端与机器的受控部件联结，手执操作的另一端有一个端头的另一端有一个端头(也可称为手柄也可称为手柄)操纵杆一般操纵杆一般不适宜用作连续控制或精细调节，而常用于几个工不适宜用作连续控制或精细调节，而常用于几个工作位置的转换操纵，例如汽车速度的换挡等其优作位置的转换操纵，例如汽车速度的换挡等。
其优点是可取得较大的杠杆比，用于需要克服大阻力的点是可取得较大的杠杆比，用于需要克服大阻力的操纵中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.1 形态和尺寸 形态和尺寸 (1)形态和尺寸形态和尺寸 操纵杆的长度取决于杠杆比要求和操作频率要 操纵杆的长度取决于杠杆比要求和操作频率要求为了克服大阻力而需要大杠杆比时，操纵杆只求为了克服大阻力而需要大杠杆比时，操纵杆只能加长需要高操作频率时，操纵杆只能缩短需要高操作频率时，操纵杆只能缩短 例如操纵杆长度分别为例如操纵杆长度分别为l00mm、、250mm、、580mm时，时，每分钟的最高操作次数分别只能达到每分钟的最高操作次数分别只能达到26次、次、l8次和次和l4次操纵杆手握的端头若为球形、梨形、锥形，直次操纵杆手握的端头若为球形、梨形、锥形，直径宜取径宜取40mm 左右，长度宜取左右，长度宜取50mm左右；若为锭子左右；若为锭子形、圆柱形，直径宜取形、圆柱形，直径宜取28mm左右，长度宜取左右，长度宜取l00mm左右中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.2 行程和扳动角度操作 行程和扳动角度操作(a) (2)行程和扳动角度操作行程和扳动角度操作 操纵杆的基本人机学原则之一是：操作时只用 操纵杆的基本人机学原则之一是：操作时只用手臂而不移动身躯。
操纵杆的操作行程和扳动角度手臂而不移动身躯操纵杆的操作行程和扳动角度即应由此而确定，显然这两个参量与操纵杆的长度即应由此而确定，显然这两个参量与操纵杆的长度有关 以短操纵杆为例：短操纵杆可以设在座椅扶手 以短操纵杆为例：短操纵杆可以设在座椅扶手前边，前臂可放在扶手上，只靠转动手腕进行坐姿前边，前臂可放在扶手上，只靠转动手腕进行坐姿操作，见图操作，见图5-25，比较轻松比较轻松 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－25 坐姿下的短操纵杆操作 坐姿下的短操纵杆操作中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.2 行程和扳动角度操作 行程和扳动角度操作(b) 在这样的工作条件下，操纵杆适宜的转动角度， 在这样的工作条件下，操纵杆适宜的转动角度，应该略小于手腕转动的易达角度手腕在两个方向应该略小于手腕转动的易达角度手腕在两个方向上的易达转动角度如图上的易达转动角度如图5-26所示图5-26人体部位人体部位适宜活动范围一般是适宜活动范围一般是500—600mm长操纵杆的行程长操纵杆的行程为为300～～350mm，，转动角度转动角度30°～～60°为宜。
为宜中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－26 手腕易达的转动角度 手腕易达的转动角度中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.3 操纵力 操纵力 (3)操纵力操纵力 操纵杆的操纵力设计要考虑其操作频率，即每 操纵杆的操纵力设计要考虑其操作频率，即每个工作班次内操作多少次用前臂和手操作的操纵个工作班次内操作多少次用前臂和手操作的操纵杆，一般操纵力在杆，一般操纵力在20～～60N的范围内，例如汽车变速的范围内，例如汽车变速杆的操纵力常为杆的操纵力常为30～～50N若每个班次中操作次数达若每个班次中操作次数达到到1000次，则操纵力应不超过次，则操纵力应不超过15N中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.4 操纵杆的安置位置 操纵杆的安置位置 (4)操纵杆的安置位置操纵杆的安置位置 立姿下在肩部高度操作最为有力，坐姿下则在 立姿下在肩部高度操作最为有力，坐姿下则在腰肘部的高度施力最为有力，见图腰肘部的高度施力最为有力，见图5-27a；；而当操纵而当操纵力较小时，在上臂自然下垂的位置斜向操作更为轻力较小时，在上臂自然下垂的位置斜向操作更为轻松，见图松，见图5-27b。
中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－27 操纵杆的操作位置 操纵杆的操作位置中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.5 多功能操纵杆 多功能操纵杆(a)5)多功能操纵杆多功能操纵杆 在操纵对象和操纵内容较多较复杂的情况下，在操纵对象和操纵内容较多较复杂的情况下，若能利用端头的空间位置设计多功能操纵杆，对于若能利用端头的空间位置设计多功能操纵杆，对于提高操纵效能是很有效的提高操纵效能是很有效的 图图 5-28a是飞机上的复合操纵杆：在手握整个操是飞机上的复合操纵杆：在手握整个操纵杆端头时，还可用拇指、食指操作图中纵杆端头时，还可用拇指、食指操作图中1、、2、、3、、4、、5等多个按钮进行灵活的多功能操作等多个按钮进行灵活的多功能操作 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－28 两种多功能操纵杆 两种多功能操纵杆中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.1.5 多功能操纵杆 多功能操纵杆(b) 图 图5-28b是机床的复合操纵杆，四指抓握操纵杆是机床的复合操纵杆，四指抓握操纵杆在十字槽内前后、左右推移时，机床的溜板箱做对在十字槽内前后、左右推移时，机床的溜板箱做对应的慢速移动，而当拇指按压着顶端的应的慢速移动，而当拇指按压着顶端的“快速按钮快速按钮”进行同样操作时，溜板箱改为同方向的快速移动。
进行同样操作时，溜板箱改为同方向的快速移动 ——由于这种由于这种“操纵一被操纵对象操纵一被操纵对象”的互动模的互动模式与人的式与人的“感觉一行为感觉一行为”模式一致，所以人们操作模式一致，所以人们操作起来都有得心应手的感觉起来都有得心应手的感觉 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.2 扳钮开关 扳钮开关(a) 2．扳钮开关．扳钮开关 扳钮开关是常见的小型扳动式操纵器，通常用 扳钮开关是常见的小型扳动式操纵器，通常用拇指和食指捏住它的柄部扳动操作，或配合腕关节拇指和食指捏住它的柄部扳动操作，或配合腕关节的微动进行操作，操纵力和转动角度应与这样的操的微动进行操作，操纵力和转动角度应与这样的操作动作相适宜作动作相适宜中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学3.2 扳钮开关 扳钮开关(b) 图 图5-29为二工位扳钮开关的一般形式，其基本尺为二工位扳钮开关的一般形式，其基本尺寸为：顶端直径寸为：顶端直径d=3～～8mm者，对应扳钮长度者，对应扳钮长度l=12～～25mm；；顶端直径顶端直径d>8mm者，对应扳钮长度者，对应扳钮长度Z=25～～50mm；；需戴手套操作者，其最小长度为需戴手套操作者，其最小长度为35ram。
扳钮开关的操纵力应随其长度的加长而增加， 扳钮开关的操纵力应随其长度的加长而增加，适宜的力值范围为适宜的力值范围为2～～6.2N(以上数据依据以上数据依据GB／／T l4775--1993)中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－29 二工位扳钮开关 二工位扳钮开关 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学4. 脚动操纵器脚动操纵器 常见脚动操纵器有脚踏板和脚踏钮脚动操纵 常见脚动操纵器有脚踏板和脚踏钮脚动操纵器用在下列两种情况下：器用在下列两种情况下： ①①操纵工作量大，只用手动操作不足以完成操操纵工作量大，只用手动操作不足以完成操纵任务；纵任务； ②②操纵力比较大，例如操纵力超过操纵力比较大，例如操纵力超过50N 且需连且需连续操作，或虽为间歇操作但操纵力更大续操作，或虽为间歇操作但操纵力更大 但是较为精确的操作总是脚动操作难以完成的 但是较为精确的操作总是脚动操作难以完成的除非不得已，凡脚动操纵器均宜采用坐姿操作除非不得已，凡脚动操纵器均宜采用坐姿操作中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学4.1 脚踏板 脚踏板1．脚踏板．脚踏板 又分调节脚踏板和踏板开关两类。
汽车上的制 又分调节脚踏板和踏板开关两类汽车上的制动踏板、油门踏板都属于调节踏板，操纵中的阻力动踏板、油门踏板都属于调节踏板，操纵中的阻力一般随着踏板移动距离的加大而增加冲压机、剪一般随着踏板移动距离的加大而增加冲压机、剪床或汽车上的踏板开关则只有把电路接通和断开的床或汽车上的踏板开关则只有把电路接通和断开的两个工位两个工位中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学4.1.1 调节踏板 调节踏板(a)(1)调节踏板调节踏板 有一种调节踏板操作时以脚后跟处为支点，转动有一种调节踏板操作时以脚后跟处为支点，转动踝关节下踩，使踏板绕轴转动，见图踝关节下踩，使踏板绕轴转动，见图5-30a另一种另一种脚踏板在操作中脚部无其他的支撑，脚在悬空中将脚踏板在操作中脚部无其他的支撑，脚在悬空中将踏板踩下使踏板移动，见图踏板踩下使踏板移动，见图5-31a 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－30 后跟支撑踩踏的脚踏板及其操作位置 后跟支撑踩踏的脚踏板及其操作位置a)以后跟为支点操作的脚踏板以后跟为支点操作的脚踏板 b)适宜的操作位置适宜的操作位置中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学4.1.1 调节踏板 调节踏板(b) 汽车油门踏板通常是以脚后跟为支点踩踏的， 汽车油门踏板通常是以脚后跟为支点踩踏的，图图5-30a中给出了这种脚踏板的参考尺寸，该尺寸与中给出了这种脚踏板的参考尺寸，该尺寸与所穿鞋的尺寸适应。
所穿鞋的尺寸适应 未作踩踏操作时，脚与小腿基本成 未作踩踏操作时，脚与小腿基本成90°角；操作角；操作时脚的转动角度不应大于时脚的转动角度不应大于20°，否则踝关节易感疲劳否则踝关节易感疲劳踏板安置的位置离正中矢状面踏板安置的位置离正中矢状面100～～180mm的范围内的范围内为宜，对应大小腿偏离矢状面的角度为为宜，对应大小腿偏离矢状面的角度为10°～～15°，参，参看图看图5-30b 汽车制动踏板通常是悬空踩踏操作的，这种踏 汽车制动踏板通常是悬空踩踏操作的，这种踏板的安置高度和角度主要取决于操纵力的大小，一板的安置高度和角度主要取决于操纵力的大小，一般可分为操纵力小、中、大三种类型，见图般可分为操纵力小、中、大三种类型，见图5-31 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－31 悬空踩踏的踏板的高度与操纵力 悬空踩踏的踏板的高度与操纵力中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学4.1.1 调节踏板 调节踏板(c) 1)若操纵力较小若操纵力较小(≤90N)，，操作时小腿与地面可操作时小腿与地面可成接近成接近90°的较大角度，因此踏板与椅面之间的高度的较大角度，因此踏板与椅面之间的高度差也较大，见图差也较大，见图5-31a。
2)若操纵力在若操纵力在90N～～180N之间，小腿需加大倾斜，之间，小腿需加大倾斜，与地面可成接近与地面可成接近45的角度，踏板与椅面问的高度的角度，踏板与椅面问的高度差也有所减小，以便操作时腰臀部位在椅背获得大差也有所减小，以便操作时腰臀部位在椅背获得大一些的支撑，见图一些的支撑，见图5-31b 3)若操纵力较大若操纵力较大(>180N)，，为了操作时腰臀部位为了操作时腰臀部位能在椅背处获得更有利的支撑，小腿与地面的角度能在椅背处获得更有利的支撑，小腿与地面的角度更小，因此踏板与椅面问的高度差也更小，见图更小，因此踏板与椅面问的高度差也更小，见图5-31c中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学4.1.1 调节踏板 调节踏板(d) 这种情况下，蹬踩时大小腿间的夹角为 这种情况下，蹬踩时大小腿间的夹角为135°～～155°，如图，如图5-32所示，大小腿两端在图中标有符号所示，大小腿两端在图中标有符号“ ”的两点受一对平衡力的作用，男性操作者的蹬踩的两点受一对平衡力的作用，男性操作者的蹬踩力可达到力可达到800N甚至更大甚至更大中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－32 蹬踩大操纵力脚踏板时的坐姿与蹬踩 蹬踩大操纵力脚踏板时的坐姿与蹬踩位置位置 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学4.1.2 踏板开关 踏板开关(a) (2)踏板开关踏板开关 踏板开关的特点是面积大，不用眼睛看也容易 踏板开关的特点是面积大，不用眼睛看也容易操作。
所以像冲压机、剪床之类需要集中精神双手操作所以像冲压机、剪床之类需要集中精神双手工作的条件下更为适用图工作的条件下更为适用图5-33中给出了踏板开关的中给出了踏板开关的参考形状和尺寸参考形状和尺寸中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－33 踏板开关的工作情况和参考尺寸 踏板开关的工作情况和参考尺寸中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学4.1.2 踏板开关 踏板开关(b) 这种踏板的操作转角不宜超过 这种踏板的操作转角不宜超过l0°，，因为立姿下因为立姿下抬起一只脚来操作时，操作者只由另一只脚支撑身抬起一只脚来操作时，操作者只由另一只脚支撑身体，不太稳定，操作角度过大是不安全的体，不太稳定，操作角度过大是不安全的 如操作者需要左右脚轮替操作，或在站立位置 如操作者需要左右脚轮替操作，或在站立位置稍有移动的情况下也能操作，可采用杠杆式的脚踏稍有移动的情况下也能操作，可采用杠杆式的脚踏开关，见图开关，见图5-34 为了避免误触动，这种脚踏杠杆距地面的高度 为了避免误触动，这种脚踏杠杆距地面的高度和对安置立面的伸出距离均以不超过和对安置立面的伸出距离均以不超过l50mm为宜，为宜，且踩踏到底时应与地面相抵。
且踩踏到底时应与地面相抵中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－34 可左右脚操作的脚踏开关 可左右脚操作的脚踏开关中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学4.2 脚踏钮 脚踏钮 2．脚踏钮．脚踏钮 脚踏钮的基本形式与手动按钮类似，但尺寸、 脚踏钮的基本形式与手动按钮类似，但尺寸、行程、操纵力均应大于手动按钮，参看图行程、操纵力均应大于手动按钮，参看图5-35中的标中的标注为避免踩踏时的滑脱，脚踏钮的表面宜加垫一注为避免踩踏时的滑脱，脚踏钮的表面宜加垫一层防滑材料，或在表面做有能防踩滑的齿纹层防滑材料，或在表面做有能防踩滑的齿纹中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学图图5－－35 脚踏钮及其参数 脚踏钮及其参数中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学4.3 脚动操纵器的操纵力 脚动操纵器的操纵力 3．脚动操纵器的操纵力．脚动操纵器的操纵力 为了避免在不经意中的误碰触发，脚动操纵器 为了避免在不经意中的误碰触发，脚动操纵器的操纵力应较大；停歇时脚可能放在上面的操纵器的操纵力应较大；停歇时脚可能放在上面的操纵器尤其如此，参考表尤其如此，参考表5-15。
中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学表表5－－15 脚动操纵器的操纵力 脚动操纵器的操纵力(摘自摘自GB／／T l4775一一l993) (单位：单位：N)中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学第五节 操纵器设计中的其它因素第五节 操纵器设计中的其它因素 在操纵器设计过程中我们不仅要考虑操者的生理在操纵器设计过程中我们不仅要考虑操者的生理因素还要考虑到一些其它的因素比人的习惯和自然因素还要考虑到一些其它的因素比人的习惯和自然行为倾向，而习惯和自然行为倾向比较复杂，还属行为倾向，而习惯和自然行为倾向比较复杂，还属于没有完全探索清楚的问题于没有完全探索清楚的问题 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5.1 举例习惯举例习惯 拿 拿“习惯习惯”来说，形成因素、影响因素都很多：来说，形成因素、影响因素都很多：除了人的生理特性外，还与人们生存发展的历史条除了人的生理特性外，还与人们生存发展的历史条件、社会环境、文化习俗有关因此，件、社会环境、文化习俗有关因此，“习惯习惯”具具有国家、民族、地域、时代的差异性和不稳定性。
有国家、民族、地域、时代的差异性和不稳定性 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5.2 人的自然行为倾向 人的自然行为倾向(a) 一个明显的例子是电灯开关，英国人习惯于向 一个明显的例子是电灯开关，英国人习惯于向下拨为下拨为“ON(接通接通)”，而美国人却相反，习惯于向，而美国人却相反，习惯于向上拨为上拨为“0N” 至于人的自然行为倾向，既没有文献列出它完 至于人的自然行为倾向，既没有文献列出它完整的整的“清单清单”，也没有关于其形成原因的公认准确，也没有关于其形成原因的公认准确的解释 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5.2 人的自然行为倾向 人的自然行为倾向(b) 譬如 譬如“对于正前方来的突然袭击，多数人向左对于正前方来的突然袭击，多数人向左偏侧躲避偏侧躲避”，，“听到背后呼叫姓名时，多数人向右听到背后呼叫姓名时，多数人向右转头后望转头后望”，，“情侣接吻，多数头向右偏侧情侣接吻，多数头向右偏侧”等，等，都被认为是人的自然行为倾向，但例外的比例有多都被认为是人的自然行为倾向，但例外的比例有多大大?原因是什么原因是什么?与右手优势或左手优势有没有关系与右手优势或左手优势有没有关系? 并没有权威的回答。
并没有权威的回答中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5.2 人的自然行为倾向 人的自然行为倾向(c) 人们拧干毛巾的时候，多数人是右旋拧还是左 人们拧干毛巾的时候，多数人是右旋拧还是左旋拧旋拧?这与右手优势或左手优势有没有固定关系这与右手优势或左手优势有没有固定关系?“点头表示肯定、摇头表示否定点头表示肯定、摇头表示否定”，主要是先天的本，主要是先天的本能所致还是后天的能所致还是后天的“从众从众”所致所致? 中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学5.3 人的自然行为倾向与设计 人的自然行为倾向与设计 同学们到大教室来上课，大多数同学都喜欢坐 同学们到大教室来上课，大多数同学都喜欢坐到基本固定的座位上去，这种共同行为倾向的驱动到基本固定的座位上去，这种共同行为倾向的驱动原因是什么原因是什么?还有哪些类似的表现还有哪些类似的表现?对设计有什么启对设计有什么启发或应用发或应用?……关于关于“人的自然行为倾向与设计人的自然行为倾向与设计”，，针对实际设计任务，进行认真调查和分析很必要；针对实际设计任务，进行认真调查和分析很必要；作为一个研究课题，相信也具有深入探索的价值。
作为一个研究课题，相信也具有深入探索的价值中国地质大学安全工程系 人机工程学人机工程学人机工程学人机工程学本章小结本章小结 本章主要介绍操作装置的设计系统的讲述了人 本章主要介绍操作装置的设计系统的讲述了人体手足尺寸及人体关节活动、人体的施力与运动输体手足尺寸及人体关节活动、人体的施力与运动输出特性、操纵器设计的人机学原则、一些常用操纵出特性、操纵器设计的人机学原则、一些常用操纵器的设计以及设计的其他因素器的设计以及设计的其他因素中国地质大学安全工程系 。
