6.2.2控制裝置設(shè)計(jì)6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2新課導(dǎo)入控制器是操作者用以控制機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的裝置或部件，是聯(lián)系人和機(jī)的重要部件之一。生產(chǎn)中的許多事故都是因控制器設(shè)計(jì)未充分考慮人的因素所致。費(fèi)茨和瓊斯在1947年分析了飛行駕駛中出現(xiàn)的460個(gè)操作失誤，發(fā)現(xiàn)其中68％的錯(cuò)誤是由于控制器設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2本節(jié)目錄一、控制裝置的類型和選用二、控制裝置的用力特征三、控制裝置的設(shè)計(jì)四、控制裝置的特征編碼與識(shí)別6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2一控制裝置的類型1．按操縱方式劃分2．按運(yùn)動(dòng)方式劃分1）手動(dòng)控制器，如各種手柄、按鈕、旋鈕、選擇器、杠桿、手輪等。

2）腳動(dòng)控制器，如腳踏板、腳踏鈕、膝控制器等。

6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-21．按操縱方式劃分2．按運(yùn)動(dòng)方式劃分1)旋轉(zhuǎn)控制器如曲柄、手輪、旋塞、旋鈕、鑰匙等。2)移動(dòng)控制器如操縱桿、手柄、推扳開關(guān)、踏板等。3)按壓控制器如按鈕、按鍵、鍵盤等。一控制裝置的類型手輪手柄按鈕6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2控制裝置的選用原則《操縱器一般人類工效學(xué)要求》（GB/T4775-93）給出1）手控操縱器適用于精細(xì)、快速調(diào)節(jié)，也可用于分級(jí)和連續(xù)調(diào)節(jié)2）腳控操縱器適用于動(dòng)作簡(jiǎn)單、快速、需用較大操縱力的調(diào)節(jié)。腳控操縱器一般在坐姿有靠背的條件下選用。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2二控制裝置的用力特征控制裝置的形狀、大小、位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和操縱力等，都要符合人的生理、心理特性，以保證操作時(shí)的舒適和方便。各類控制裝置中，操縱動(dòng)作需由人施加適當(dāng)?shù)牧瓦\(yùn)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)。所設(shè)計(jì)的控制裝置的操縱力不應(yīng)超出人的用力限度，并使操縱力控制在人施力適宜、方便的范圍內(nèi)，以保證操作質(zhì)量和效率。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2二控制裝置的用力特征應(yīng)注意以下3個(gè)方面：1、適宜的操縱力2、適宜的阻力3、適宜的反饋6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2二控制裝置的用力特征1、適宜的操縱力從能量利用的角度看，在不同的用力條件下，以使用最大肌力的1/2和最大收縮速度的1/4操作，能量利用率最高，人較長(zhǎng)時(shí)間工作也不會(huì)感到疲勞為使必要的靜態(tài)施力能保持較長(zhǎng)時(shí)間而不導(dǎo)致局部疲勞，最好使其保持在人體最大肌力的15%∽20%。靜態(tài)操縱：控制裝置的操縱要求人的施力部位始終在特定的位置（如用力握緊電動(dòng)工具把手的操縱），這種操縱稱為靜態(tài)操縱。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2二控制裝置的用力特征2、適宜的阻力只求快而精度不高的工作，操縱力應(yīng)越小越好操縱精度要求高，控制裝置應(yīng)具有一定的阻力對(duì)于腳動(dòng)控制裝置，操縱過(guò)程中為防止腳動(dòng)控制裝置被無(wú)意碰移或誤操作，腳動(dòng)控制裝置應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)起動(dòng)阻力，它至少應(yīng)超過(guò)腳休息時(shí)腳動(dòng)控制裝置的承受力。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2二控制裝置的用力特征3、適宜的反饋操作過(guò)程中，操作者從手或足的用力大小中取得有關(guān)操縱量大小的信息，操縱量的大小要與操縱用力的大小成比例，這種比例關(guān)系稱為控制裝置的用力級(jí)差或用力梯度。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2三控制裝置的設(shè)計(jì)

（1）控制裝置設(shè)計(jì)的一般要求表6-18）6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2三控制裝置的設(shè)計(jì)

（1）控制裝置設(shè)計(jì)的一般要求控制器設(shè)計(jì)要適應(yīng)人體運(yùn)動(dòng)的特征，考慮人體的尺寸和體力：應(yīng)根據(jù)人體生物力學(xué)特性，按操作人員的中下限能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，使控制裝置能適合大多數(shù)人的操作能力。快速準(zhǔn)確的操作，應(yīng)采取手動(dòng)控制或指動(dòng)控制裝置，如按鈕、轉(zhuǎn)動(dòng)式開關(guān)等；用力較大的操作，應(yīng)設(shè)計(jì)為手臂或下肢操作的控制裝置，如手柄、曲柄、轉(zhuǎn)輪等。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2操縱裝置的大小必須與人手尺寸相適應(yīng)，以使操縱準(zhǔn)確無(wú)誤、靈活方便、舒適而高效。據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究資料確定的各種手控操縱裝置與人體尺度有關(guān)的尺寸參數(shù)見表6.20；尺寸含義見圖6.16。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2表6.20手控操縱裝置與人體尺度有關(guān)的尺寸參數(shù)6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2表6.20手控操縱裝置與人體尺度有關(guān)的尺寸參數(shù)6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-22）控制器操縱方向應(yīng)與預(yù)期的功能方向和機(jī)器設(shè)備的被控制方向一致。從功能角度：向上扳或順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)意味著向上或加強(qiáng)從被控設(shè)備角度：設(shè)備運(yùn)動(dòng)方向?qū)⑾蛏线\(yùn)動(dòng)或向右運(yùn)動(dòng)。三控制裝置的設(shè)計(jì)

（1）控制裝置設(shè)計(jì)的一般要求向上扳或順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)如鏟車的升降控制器是上下操縱的；當(dāng)被控元件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，控制器宜采用手輪，如汽車轉(zhuǎn)彎，宜采用圓形方向盤。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-23）控制裝置要利于辨認(rèn)和記憶。控制裝置在外形、大小和顏色上進(jìn)行區(qū)別有明顯的標(biāo)志，并力求與其功能有邏輯上的聯(lián)系這樣，控制裝置無(wú)論數(shù)量，排列布置及操作順序如何，每個(gè)控制裝置都能明確地被操作者辨認(rèn)出來(lái)。三控制裝置的設(shè)計(jì)

（1）控制裝置設(shè)計(jì)的一般要求6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2盡量利用控制器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行控制（如彈簧等）或借助操作者體位的重力（如腳踏開關(guān)）進(jìn)行控制。對(duì)重復(fù)性、連續(xù)性的控制操作，不應(yīng)集中某一部分的力，以防產(chǎn)生作業(yè)疲勞和工作單調(diào)感。盡量設(shè)計(jì)多功能控制器，并與顯示器有機(jī)地結(jié)合，如帶指示燈的按鈕等。三控制裝置的設(shè)計(jì)

（1）控制裝置設(shè)計(jì)的一般要求6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2（2）控制裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的因素1）控制信息的反饋2）控制裝置的適宜用力3）控制裝置的運(yùn)動(dòng)4）使用部位的尺寸和結(jié)構(gòu)6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-21）控制信息的反饋人在操縱控制裝置時(shí)，需要通過(guò)一定的反饋來(lái)獲得有關(guān)操縱的信息。有兩類反饋信息，一類來(lái)自人體自身的反饋信息，如眼睛觀察手腳的位移，手、臂、肩或腳、腿、臀感受的位移或壓力信息。另一類來(lái)自機(jī)的反饋信息。主要有：儀表顯示、光顯示、振動(dòng)變化、音響顯示、操縱阻力。（2）控制裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的因素6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-22）控制裝置的適宜用力操縱阻力不能過(guò)小，用力太小則操縱精度難以控制，人不能從操縱力中得到有關(guān)操縱量的反饋信息，不利于正確操縱。阻力也不能過(guò)大，否則會(huì)使控制器的動(dòng)作不靈敏，難以駕馭，而且也會(huì)使操縱者提前產(chǎn)生疲勞。以使用者最大肌力的一半和最大收縮速度的1/4操作，能量利用率最高，人在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)工作不會(huì)感到疲勞。對(duì)于只要求快而精度要求不太高的工作(如點(diǎn)動(dòng)開關(guān))來(lái)說(shuō)，操縱力應(yīng)在人能獲得反饋的同時(shí)越小越好；操縱精度要求很高，控制裝置應(yīng)具有一定阻力。（2）控制裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的因素6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2表6-21不同控制裝置所要求的最小阻力6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-23）控制裝置的運(yùn)動(dòng)首先控制裝置的操作方向與系統(tǒng)過(guò)程的變化方向相一致，這樣可以使控制操作形象化，又可使控制操作和系統(tǒng)的變化之間產(chǎn)生一定的邏輯關(guān)系，有利于操作人員記憶和辨認(rèn)，提高操作效率。如朝某一方向時(shí)，產(chǎn)生最大力量。其次控制裝置的移動(dòng)范圍不能超過(guò)操作者可能的活動(dòng)范圍，并要給操作者留出足夠的自由空間。（2）控制裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的因素6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-24）使用部位的尺寸和結(jié)構(gòu)不同的操縱器，由于壓或握的用力方式不同，操縱件的尺寸和形狀不同。首先取決于控制裝置上手或腳使用部位的尺寸，其次需要根據(jù)操縱時(shí)是否戴手套，或作業(yè)時(shí)鞋的形式來(lái)決定放寬的尺寸。（2）控制裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的因素6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2旋轉(zhuǎn)式控制裝置的設(shè)計(jì)常用的手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)式操縱器有旋鈕、轉(zhuǎn)輪、手柄和曲柄、按鈕、按鍵、杠桿等。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2旋鈕旋鈕供單手操縱使用。旋鈕可以旋轉(zhuǎn)一圈、多圈或不滿一圈，可以連續(xù)多次旋轉(zhuǎn)，也可以定位旋轉(zhuǎn)。連續(xù)旋轉(zhuǎn)鈕（控制范圍超過(guò)360o），圖（a）（b）；部分旋轉(zhuǎn)鈕（控制范圍不超過(guò)360o），圖（c）；定位指示旋鈕（控制范圍有固定的邊界限范圍有固定的邊界限制），圖（d）。（a）（b）（c）（d）連續(xù)旋轉(zhuǎn)鈕（控制范圍超過(guò)360o）

部分旋轉(zhuǎn)鈕（控制范圍不超過(guò)360o）

定位指示旋鈕6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2根據(jù)旋鈕的形狀，可分為圓形旋鈕，多邊形旋鈕，指針形旋鈕和手動(dòng)轉(zhuǎn)盤等。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2旋鈕大小應(yīng)根據(jù)操作時(shí)使用手指和手的不同部位而定，旋鈕直徑以能夠保證動(dòng)作速度和準(zhǔn)確性為前提。為使手操縱旋鈕時(shí)不打滑，鈕帽部分做成各種齒紋或多邊形，以增強(qiáng)手的握持力。單層旋鈕，直徑以50mm為最佳。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2三層旋鈕的中間一層選取直徑50mm時(shí)，最上面的小旋鈕直徑應(yīng)小于25mm，最下面的一個(gè)大旋鈕直徑80mm左右為宜。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2轉(zhuǎn)輪、手柄和曲柄控制器的功能與旋鈕相當(dāng)，用于需要較大的操作扭矩條件下。轉(zhuǎn)輪可以單手或雙手操作，并可自由地連續(xù)旋轉(zhuǎn)操作。手柄和曲柄可以認(rèn)為是轉(zhuǎn)輪的變形設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)大小時(shí)必須考慮操作者有效用力范圍(表6.22)及其合理尺寸，使之手握舒服，用力有效不產(chǎn)生滑動(dòng)。轉(zhuǎn)輪、手柄和曲柄6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2表6.22手柄的適宜用力6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2移動(dòng)、扳動(dòng)式控制裝置的設(shè)計(jì)

1、操縱桿6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26.19坐姿下的短操縱桿操作6.20手腕易達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2移動(dòng)、扳動(dòng)式控制裝置的設(shè)計(jì)

2、扳動(dòng)開關(guān)扳動(dòng)開關(guān)只有開和關(guān)兩種功能。扳動(dòng)開關(guān)具有操作簡(jiǎn)便，動(dòng)作迅速的優(yōu)點(diǎn)。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2按壓式控制裝置設(shè)計(jì)

1、按鈕按鈕有三個(gè)主要參數(shù)：直徑、作用力及移動(dòng)距離。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2按鈕尺寸大小，即圓截面的直徑d，或矩形截面的兩個(gè)邊長(zhǎng)a×b，應(yīng)與相關(guān)的人體操作部位（如手指）的尺寸相適應(yīng)。一般圓弧形鈕直徑以8—18mm為宜，矩形按鈕以(10×10)、(10×15)或(15×20)mm為宜，按鈕應(yīng)高出盤面5—12mm，行程為3—6mm，按鈕間距一般為12．5—25mm，最小不得小于6mm。按鈕直徑大于15mm時(shí)，可將頂部做成球面線凹坑，以便于手感定位。按鈕直徑6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2若按鈕的關(guān)系重大，為防止疏忽，可將按鈕設(shè)置在一凹坑中。這時(shí)按鈕直徑應(yīng)不小于25mm，若需戴手套操作，則按鈕直徑不應(yīng)小于50mm。對(duì)于發(fā)生疏忽會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重事故的按鈕，應(yīng)加防護(hù)裝置。例如可以加裝小蓋或護(hù)欄。凹坑按鈕加裝護(hù)攔的按鈕6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2作用力對(duì)于單指按鈕的阻力，大拇指按鈕可取為2.94～19.6N，其他手指按鈕可取為1.47～5.89N，按鈕阻力不宜太小，以免誤碰就會(huì)起作用。移動(dòng)距離按鈕的移動(dòng)距離不宜太小，太小會(huì)不安全。一般情況下大型按鈕移動(dòng)的距離也應(yīng)大一些。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2圖6.23產(chǎn)品上按鈕的安置是否得當(dāng)6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2按鍵6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2腳動(dòng)控制裝置的設(shè)計(jì)常見腳動(dòng)控制裝置有腳踏板和腳踏鈕。一般在下列情況時(shí)考慮選用腳控制器：操作工作量大，只用手動(dòng)操作不足以完成操縱任務(wù)；操縱力比較大，如操縱力超過(guò)50N且需連續(xù)操作，或雖為間歇操作，但操縱力更大。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-21）腳動(dòng)控制器分類腳踏板有兩種：一種是調(diào)節(jié)踏板（如汽車制動(dòng)踏板、油門踏板），另一種是開關(guān)踏板（沖床、剪床上的踏板）。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2（1）調(diào)節(jié)踏板調(diào)節(jié)踏板有以腳后跟為轉(zhuǎn)軸的（如汽車的加速踏板，見圖6.25a）和腳懸空（見圖6.26）的兩種。腳踏板常設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方形。踏板下的舒適角不大于20o，踏板安置位置離正中矢狀面100∽180mm的范圍內(nèi)為宜，每腳與人的中線叉開10o～15o為宜（見圖6.25b）。圖6.25b腳的舒適叉開角度圖6.25a以鞋跟為轉(zhuǎn)軸的踏板

6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2（2）踏板開關(guān)6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2腳動(dòng)控制裝置的操縱力6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2四控制裝置的特征編碼與識(shí)別6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2根據(jù)控制器的用途，將控制器設(shè)計(jì)成不同的形狀，以使視覺上和觸覺上易于區(qū)分。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2以不同大小來(lái)區(qū)別控制器的功能和用途，通常在同一系統(tǒng)中只能設(shè)計(jì)大、中、小三種規(guī)格。由于大小編碼的視覺和觸覺感知度小的原因，常與其他形式編碼一起使用。6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2、藍(lán)6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2(文字或圖形)6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26.2.3顯示裝置和控制裝置的相合性設(shè)計(jì)6人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2運(yùn)動(dòng)相合性圖6.336人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-26人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)-2空間相合性最好控制器就放置在顯示器