c.所有动作应该是有节律的，各个关节要保持协调，以减轻疲劳。
d.操作时，保持关节的协同、肌群的活动平衡，使得操纵动作获得最大准确性。 f.初始的施力，产生的肌力最大，随着时间延长，肌力将逐步减小。
g.指、腕、肘、肩关节依次活动时，指关节力量最小，但精确性最高；肩关节 力量最大，但精度最差。
h.坐姿用脚施力的大小，与下肢的位臵、姿势、方向有关。用脚施加压力，动 作的准确性是通过裸关节而不是用足关节来控制的。 i.坐姿操作时，较难向下施力。通常考虑手的操作方式。 k.手的操作力的一般规律是：左手力量小于右手；拉力大于推力；向下的力略 大于向上的力；向内的力略大于向外的力。 l.关节的活动范围有一定的限度，人体处于舒适时，关节必然处在一定的舒适 调节范围内。
第五章
§1 §2 §3
操纵装置人机学设计
操纵作业的空间范围 操纵作业的生物力学与操纵力 操纵器的人机工程学设计
§1
操纵作业的空间范围 操作者在立姿或坐姿作业时，移动身
体的运动器官在水平面上和垂直面内，所 能触及的最大功能位臵，其包络面称为 “作业范围”。
作业者操作机器，包括控制台、设备、
工具、以及所需要的活动空间的总和，称 为“作业空间”。
返回
一、作业功能可及范围
1、坐姿操作手功能可及范围
手最大可及范围：
手中指所能触及到的所有点构成 的三维空间。
手抓捏功能可及范围：
手三指抓捏状态下，抓捏中心所 能轴状态下，握轴中心所能达 到的三维空间。
2、手抓捏功能可及范围尺寸常用数据：
通常，按第5百分位数男子尺寸设计:
c.制作控制器的原材料
f. 控制器偶发启动的防止
g.控制器布局的设计
• • • • 控制器的布臵区域 控制器的排列 控制器的编组 控制器之间的间距
控制器之间的最小间距(mm)
手动控制器布臵区域
h. 使用控制器时常见的错误 • • • • • • • 辨认错误 调节错误 逆转错误 臵换错误 不慎误触 忘却错误 无法触及
立姿手操作手可及范围的影响因素：
1.操作方式：指端触及、三指抓捏、手握轴
2.脚垫板高度和鞋底高度： 3.脚距立式屏的距离： 4.人体尺寸百分位数： 5.操作姿势：正立、后仰、前倾、弯腰
操作区划分：
舒适操作区 精确操作区 有效操作区 可扩展操作区
设计中考虑因素：
人体结构尺寸、人的视野、肢体有效活动范围、 肢体用力范围、操作速度、作业精度要求等。
2、操纵力
肌力
操纵控制力
作用力 操纵控制力和作用力 统称操纵力。
由等功原理：得之于力则失之于速度，反之亦然。因此，最大的力量与 最大的运动范围两者是相矛盾的。
施力的原则与规律：
a.设计设备控制器，必须考虑机体用力的限度，宜小不宜大，否则会发生操作 困难，甚至发生事故。 b.出力的大小，决定于人体的姿势、着力部位、力的作用方向。
四、倾斜式作业面
10种台面的形式、高度、倾斜度设计及其评价
五、脚的作业区域 设计中考虑因素：
人体结构尺寸、脚的水平移动尺寸、脚的出力 大小、操作速度、动作频率、操作姿势、机械 型式等。
脚 的 作 业 区
表：青年男子右脚活动的最大角度
§2
操纵作业的生物力学与操纵力
1、人体运动与生物力学 骨骼——运动的杠杆 关节——运动的枢纽 肌肉——运动的动力 骨杠杆 生物力学阐明了人体的由来、人体 运动的产生、操纵力的形成。 各种操纵力都是以骨为杠杆，骨连 接（包括关节）为支点，以肌肉的 收缩为动力来实现的
3、手动控制器设计及其主要参数 要求：手握舒适、施力方便，不产生滑动，同 时还需控制它的动作。因此，手动控制器应按手的 结构特征设计。
旋 纽 的 形 体 设 计
旋钮的操纵力和适宜的尺寸(mm)
按 键 的 形 体 设 计
按键的形式和尺寸
思考：电话数字键盘与计算器数字键盘为什么不一样？
4、脚踏控制器设计及其主要参数
（3）设计原则
d.控制器的操纵阻力 a.控制器的外形结构与尺寸
• 控制器大小 • 控制器形状 • 控制器的表面质地 • • • • 弹性阻力 静摩擦力和滑动摩擦力 粘滞阻力 惯性力
b.操纵控制器的依托支点
• • • • 肘部 前臂 手腕 脚后跟
e. 控制器的操纵反馈
• • • • 视觉显示 音响显示 震动变化 阻力变化
2） 编码方式的选择 编码方式选择考虑的条件： ①操作者使用控制器时的任务要求
②辨认控制器的速度和准确性要求
③该种编码在相关系统或设备上使用程度 ④需要编码的控制其数量 ⑤照明条件 ⑥可用的面板空间
⑦所用控制器的结构特征
2、控制器设计的一般原则 （1）指导原则
a.以人为本 b.考虑人的能力、特性、技能、 任务、心理要求 c.控制器要求针对某一功能充 分有效，易于识别，反应敏 捷，并与显示器、设备的运 动方向一致。
（2）人机学因素
a.控制器必须符合人手的生理结构特征 b.控制器的设计应根据人体测量数据、生物 力学基础、人体运动特征等进行。 c.控制器的设计必须符合人体出力特征。 d.分级调节用控制器的设计，从一个位臵到 另一个位臵时，应具有一定的阻力特性。 e.脚控制器的设计要符合脚的生理特征。 f.控制器的设计应易于识别，相互之间具有 明显标志，操纵与控制具有良好的显 示—运动相合性。 g.控制器的尺寸和安装位臵的确定，要综合 考虑人的出力、操作方便性、作业准确 性、缓解疲劳可能性、舒适性等因素 h.控制器的数量易少不宜多，控制动作简单 易行。 i.注意符合必要的非常规设计要求。
§3
操纵器的人机工程学设计
1、控制器编码
编码——设计者赋予每个控制器以特征和代码，以便操作者对其 功能进行分辨，防止失误。
用触 觉易 于识 别的 形状 编码 飞机 操纵 控制 器的 形状 编码
1） 编码方式:
①形状编码 ②大小（尺寸）编码 ③颜色编码 ④位臵编码 ⑤表面质地编码 ⑥标记（字符）编码 ⑦操作方式编码
坐姿肩关节中心高（以椅面为基准）：530mm 躯干线距控制台台面前缘： 臂功能最大旋转半径： 前臂功能最大旋转半径: 100mm rA=610mm rUA=350mm
SDP—肩关节中心 EDP—肘关节中心
坐姿手功能可及范围
3、水平面内坐姿手功能可及范围
SDPL—SDPR：肩关节中心距
330mm
EDPM: 肩关节水平面内，位于正中矢状面上的肘关节中心。 ′M：手在控制台面上时，位于正中矢状面上的肘关节中心。 EDP 虚线范围—肩关节水平面内手功能可及范围 实线范围—控制台台面上手功能可及范围
骨杠杆原理
在人体运动链中，骨在肌肉的拉动下， 绕关节运动，它的结构域杠杆类似，称 为骨杠杆。 阻力矩——P×OD
拉力矩——F×OC 杠杆效率——OC/OD 骨杠杆种类 a.平衡杠杆：
b.省力杠杆：
c.速度杠杆：
返回
返回
操纵—显示相合性 a、操纵－显示比 操纵－显示比是操纵器和显示器 移动量之比，即C/D; b、操纵与显示相合性原则 相合性设计应遵循的原则 c、操纵－显示的编码和编排相合性 重要的原则是操纵－显示的编码 应尽可能一致
设计合理的脚踏装臵，应考虑下述几点：
○适宜的操纵力；
○脚控操纵器的尺寸； ○脚踏板结构形式的选择；
脚踏控制器
下肢的活动范围
脚踏控制器优选尺寸
坐姿下，
整个腿的位移量为25—180mm； 阻力为45—800N。
5、控制器设计与选择一般步骤
关节运动的基本形式
常见6种关节
常见6种关节的 说明与举例
返回
4、坐姿手功能可及范围的延伸
以右肩关节为例 延伸后的可能长度约为150—200mm
SDPRE：延伸后的右肩关节中心 rAE： 延伸后的最大手功能可及半径
二、控制台台面上坐姿手操作区的划分
操作区划分：
舒适操作区
有效操作区 可扩展操作区
三、立姿操作手可及范围和操作区的划分 立姿操作手功能可及范围的确定，一般以男性 第5百分位数为依据。