人的运动系统及其设计ME课件.pptx

机械工程与自动化学院机械工程与自动化学院人 机 工 程 学教师：廖教师：廖 敏敏216 二月 2023第四章第四章 人的运动系统及其设计人的运动系统及其设计4.1 肌肉肌肉4.2 骨和关节运动骨和关节运动4.3 人体运动特征人体运动特征4.4 人的操作动作分析人的操作动作分析4.5 控制设计控制设计316 二月 20234.1 肌肉肌肉4.1.1 肌肉的生理特征肌肉的生理特征1.肌肉结构肌肉结构 416 二月 20234.1.1 肌肉的生理特征肌肉的生理特征2.肌肉收缩肌肉收缩 粗微丝（肌球蛋白）和细微丝（肌动蛋白）粗微丝（肌球蛋白）和细微丝（肌动蛋白）和两端的和两端的弹性成分弹性成分构成一个收缩系统。构成一个收缩系统。516 二月 20234.1.1 肌肉的生理特征肌肉的生理特征3.肌肉收缩的代谢过程肌肉收缩的代谢过程 616 二月 20234.1.1 肌肉的生理特征肌肉的生理特征4.肌肉活动强度的测量肌肉活动强度的测量 通常采用通常采用肌电图肌电图（Electromyography，EMG）来对肌肉）来对肌肉活动进行测量。肌电图就是通过放大的肌肉电活动来测量活动进行测量。肌电图就是通过放大的肌肉电活动来测量肌肉活动的记录。肌肉活动的记录。运动单位电位运动单位电位 肌电图肌电图 716 二月 20234.1.2 肌肉收缩的神经控制肌肉收缩的神经控制1.肌肉收缩与神经控制肌肉收缩与神经控制 肌肉收缩肌肉收缩取决于肌纤维收缩，而肌纤维收缩是由神经取决于肌纤维收缩，而肌纤维收缩是由神经冲动引起的。冲动引起的。肌肉的神经控制肌肉的神经控制是通过联系肌肉和中枢神经的运动神是通过联系肌肉和中枢神经的运动神经和感觉神经来实现的。经和感觉神经来实现的。816 二月 20234.1.2 肌肉收缩的神经控制肌肉收缩的神经控制2.反射反射 （1）反射（反射（Reflex）就是在中枢神经系统的参与下，就是在中枢神经系统的参与下，机体对外界刺激所作的有规律的反应。机体对外界刺激所作的有规律的反应。反射弧反射弧916 二月 20235.1.2 肌肉收缩的神经控制肌肉收缩的神经控制2.反射反射 （2）反射过程反射过程。刺激刺激感受器感受器神经冲动神经冲动反射中枢反射中枢运动指令运动指令效应器效应器动作动作大脑皮层大脑皮层感受体验感受体验1016 二月 20234.1.3 肌肉施力肌肉施力1.动态肌肉施力和静态肌肉施力动态肌肉施力和静态肌肉施力 （1）基本名词）基本名词 肌肉收缩产生肌力，肌力可以作用于骨，然后通过肌肉收缩产生肌力，肌力可以作用于骨，然后通过人体结构再作用于其他物体上，这个过程称为人体结构再作用于其他物体上，这个过程称为肌肉施力肌肉施力。动态肌肉施力动态肌肉施力就是肌肉运动时收缩和舒张交替改变；就是肌肉运动时收缩和舒张交替改变；静态肌肉施力静态肌肉施力则是持续保持收缩状态的肌肉运动形则是持续保持收缩状态的肌肉运动形式。式。1116 二月 20234.1.3 肌肉施力肌肉施力1.动态肌肉施力和静态肌肉施力动态肌肉施力和静态肌肉施力 （2）区别）区别 肌肉施力动态肌肉施力和静态肌肉施力区别：施力肌肉施力动态肌肉施力和静态肌肉施力区别：施力方式的根本区别方式的根本区别在于它们对血液流动的影响在于它们对血液流动的影响。1216 二月 20234.1.3 肌肉施力肌肉施力2.肌肉施力静态施力的生理效应肌肉施力静态施力的生理效应 在静态作业的情况下，与动态施力相比较，静态施在静态作业的情况下，与动态施力相比较，静态施力会造成力会造成能量消耗加大，肌肉酸痛，心率加快和恢复期能量消耗加大，肌肉酸痛，心率加快和恢复期延长等现象延长等现象。1316 二月 20234.1.3 肌肉施力肌肉施力2.肌肉施力静态施力的生理效应肌肉施力静态施力的生理效应 在静态作业的情况下，与动态施力相比较，静态施在静态作业的情况下，与动态施力相比较，静态施力会造成力会造成能量消耗加大，肌肉酸痛，心率加快和恢复期能量消耗加大，肌肉酸痛，心率加快和恢复期延长等现象延长等现象。1416 二月 20234.1.3 肌肉施力肌肉施力2.肌肉施力静态施力的生理效应肌肉施力静态施力的生理效应静态作业与人体症状如下：静态作业与人体症状如下：1516 二月 20234.1.3 肌肉施力肌肉施力2.肌肉施力静态施力的生理效应肌肉施力静态施力的生理效应 举例：举例：铣工铣工钻工钻工1616 二月 20234.1.3 肌肉施力肌肉施力3.肌肉施力静态施力极限肌肉施力静态施力极限 在设计作业动作的在设计作业动作的时候，首先应该尽量减少时候，首先应该尽量减少静态施力产生，肌肉施力静态施力产生，肌肉施力大小应该低于肌肉最大肌大小应该低于肌肉最大肌力的力的15%。1716 二月 20234.1.3 肌肉施力肌肉施力4.减少静态施力的设计减少静态施力的设计 减少静态施力最重要的就是要减少静态施力最重要的就是要避免不避免不“自然自然”的身的身体姿势体姿势。1816 二月 20234.1.3 肌肉施力肌肉施力4.减少静态施力的设计减少静态施力的设计 案例案例1：钳子的设计。：钳子的设计。1916 二月 20234.1.3 肌肉施力肌肉施力4.减少静态施力的设减少静态施力的设计计 案例案例2：避免长时：避免长时间地间地抬手抬手作业，是减作业，是减少静态施力设计的重少静态施力设计的重要内容。要内容。2016 二月 20234.1.3 肌肉施力肌肉施力4.减少静态施力的设计减少静态施力的设计 实例实例3：当手不得不在较高位当手不得不在较高位置作业时，应该置作业时，应该使用支承使用支承物来托住人的前臂、关节物来托住人的前臂、关节或手或手。2116 二月 20234.1.3 肌肉施力肌肉施力4.减少静态施力的设计减少静态施力的设计 实例实例4：如果会造成抬手作业，通常应该如果会造成抬手作业，通常应该设计手臂、脚支撑，设计手臂、脚支撑，避免静态施力避免静态施力。2216 二月 20234.2 骨和关节运动骨和关节运动4.2.1 骨的结构和功能骨的结构和功能 骨是人体内部最坚固的组织。人体骨是人体内部最坚固的组织。人体共有共有206块骨，约占人体体重的块骨，约占人体体重的1/10-1/5。骨按其所在部位可以分为骨按其所在部位可以分为颅骨、躯干骨颅骨、躯干骨和四肢骨和四肢骨。2316 二月 20234.2.1 骨的结构和功能骨的结构和功能2416 二月 20234.2.1 骨的结构和功能骨的结构和功能骨的功能骨的功能主要包括四个方面：主要包括四个方面：第一，骨与骨连接组成骨骼，第一，骨与骨连接组成骨骼，支持支持人体软组织和全人体软组织和全身重量；身重量；第二，骨形成体腔壁，第二，骨形成体腔壁，保护保护脑和心肺等组织；脑和心肺等组织；第三，骨具有第三，骨具有造血造血功能，并且是人体所需钙、磷物功能，并且是人体所需钙、磷物质的贮备仓库；质的贮备仓库；第四，肌肉收缩时，牵引骨绕关节转动，使人体产第四，肌肉收缩时，牵引骨绕关节转动，使人体产生各种生各种运动运动和操纵姿势。和操纵姿势。2516 二月 20234.2.2 骨杠杆骨杠杆 人体运动中，骨在肌肉拉力下绕关节转动，它的人体运动中，骨在肌肉拉力下绕关节转动，它的原理、结构和功能与机械杠杆相似，叫做原理、结构和功能与机械杠杆相似，叫做骨杠杆骨杠杆。（1）示例）示例1：2616 二月 20234.2.2 骨杠杆骨杠杆 人体运动中，骨人体运动中，骨在肌肉拉力下绕关节在肌肉拉力下绕关节转动，它的原理、结转动，它的原理、结构和功能与机械杠杆构和功能与机械杠杆相似，叫做骨杠杆。相似，叫做骨杠杆。（1）示例）示例2：2716 二月 20234.2.2 骨杠杆骨杠杆骨杠杆分类：骨杠杆分类：骨杠杆一般可以分为三类：骨杠杆一般可以分为三类：平衡杠杆、省力杠杆和速度平衡杠杆、省力杠杆和速度杠杆杠杆。2816 二月 20234.3人体运动特征人体运动特征4.3.1 人体运动的种类人体运动的种类（1）角度运动：角度运动包括）角度运动：角度运动包括伸展和弯曲伸展和弯曲。2916 二月 20234.3.1 人体运动的种类人体运动的种类（1）角度运动：角度运动包括）角度运动：角度运动包括伸展和弯曲伸展和弯曲。3016 二月 20234.3.1 人体运动的种类人体运动的种类（2）旋转运动：骨绕垂直轴的运动叫做旋转运动。）旋转运动：骨绕垂直轴的运动叫做旋转运动。3116 二月 20234.3.1 人体运动的种类人体运动的种类（3）环转运动：指整根骨头绕骨的一个端点，并与骨）环转运动：指整根骨头绕骨的一个端点，并与骨成一定角度的轴作旋转运动，运动的轨迹有点象一个成一定角度的轴作旋转运动，运动的轨迹有点象一个圆圆锥体锥体的图形。的图形。3216 二月 20234.3.1 人体运动的种类人体运动的种类（3）环转运动：指整根骨头绕骨的一个端点，并与骨）环转运动：指整根骨头绕骨的一个端点，并与骨成一定角度的轴作旋转运动，运动的轨迹有点象一个成一定角度的轴作旋转运动，运动的轨迹有点象一个圆圆锥体锥体的图形。的图形。3316 二月 20234.3.2 人体运动的范围人体运动的范围 人体运动的范围通常受到两个因素的影响：人体运动的范围通常受到两个因素的影响：人的尺人的尺寸寸和和关节活动的范围关节活动的范围。关节活动的范围通常用。关节活动的范围通常用关节运动关节运动的角度的角度来表现。来表现。3416 二月 20234.3.2 人体运动的范围人体运动的范围 人体运动的范围通常受到两个因素的影响：人体运动的范围通常受到两个因素的影响：人的尺人的尺寸寸和和关节活动的范围关节活动的范围。关节活动的范围通常用。关节活动的范围通常用关节运动关节运动的角度的角度来表现。来表现。3516 二月 20234.3.2 人体运动的范围人体运动的范围 人体运动的范围通常受到两个因素的影响：人体运动的范围通常受到两个因素的影响：人的尺人的尺寸寸和和关节活动的范围关节活动的范围。关节活动的范围通常用。关节活动的范围通常用关节运动关节运动的角度的角度来表现。来表现。3616 二月 20234.3.2 人体运动的范围人体运动的范围 人体运动的范围通常受到两个因素的影响：人体运动的范围通常受到两个因素的影响：人的尺人的尺寸寸和和关节活动的范围关节活动的范围。关节活动的范围通常用。关节活动的范围通常用关节运动关节运动的角度的角度来表现。来表现。3716 二月 20234.3.2 人体运动的范围人体运动的范围 人体运动的范围通常受到两个因素的影响：人体运动的范围通常受到两个因素的影响：人的尺人的尺寸寸和和关节活动的范围关节活动的范围。关节活动的范围通常用。关节活动的范围通常用关节运动关节运动的角度的角度来表现。来表现。3816 二月 20234.3.3 人体运动的时间人体运动的时间 人体运动的时间是从运动开始到运动结束的时间。人体运动的时间是从运动开始到运动结束的时间。人体运动的时间人体运动的时间主要依赖于运动方向、运动距离、动作主要依赖于运动方向、运动距离、动作特点、动作轨迹特征、负荷重量和运动精确性特点、动作轨迹特征、负荷重量和运动精确性。1.运动方向。运动方向。研究的结果表明：研究的结果表明：通过屈肘控制手臂的运通过屈肘控制手臂的运动，在左下方和右上方动，在左下方和右上方能够运动更快。能够运动更快。3916 二月 20234.3.3 人体运动的时间人体运动的时间 人体运动的时间是从运动开始到运动结束的时间。人体运动的时间是从运动开始到运动结束的时间。人体运动的时间人体运动的时间主要依赖于运动方向、运动距离、动作主要依赖于运动方向、运动距离、动作特点、动作轨迹特征、负荷重量和运动精确性特点、动作轨迹特征、负荷重量和运动精确性。1.运动方向。运动方向。不同区域内手指敲击运动速度差异不同区域内手指敲击运动速度差异4016 二月 20234.3.3 人体运动的时间人体运动的时间2.动作特点。动作特点。动作部位动作部位动作特点动作特点/动作轨迹特征动作轨迹特征最少平均时间最少平均时间/s手手抓取抓取直线的直线的0.07曲线的曲线的0.22旋转旋转克服阻力克服阻力0.72不克服阻力不克服阻力0.22脚脚直线的直线的0.36克服阻力的克服阻力的0.72腿腿直线的直线的0.36脚向侧面脚向侧面0.721.46躯干躯干弯曲弯曲0.721.62倾斜倾斜1.264116 二月 20234.3.3 人体运动的时间人体运动的时间3.目标距离目标距离。随着目标距离增加，定位运动时间增长；随着目标随着目标距离增加，定位运动时间增长；随着目标宽度增加，定位运动时间缩短。宽度增加，定位运动时间缩短。4216 二月 20234.3.3 人体运动的时间人体运动的时间4.动作轨迹特征动作轨迹特征。（1）连续改变连续改变和突然改变的曲线式动作，前者速度快，后和突然改变的曲线式动作，前者速度快，后者速度慢；者速度慢；（2）水平动作水平动作比垂直动作的速度快；比垂直动作的速度快；（3）一直向前一直向前的动作速度，比旋转式的动作速度快的动作速度，比旋转式的动作速度快1.52倍倍左右；左右；（4）圆形轨迹圆形轨迹的动作比直线轨迹动作灵活。的动作比直线轨迹动作灵活。（5）顺时针动作顺时针动作比逆时针动作灵活；比逆时针动作灵活；（6）手向着身体手向着身体的动作比离开身体的动作灵活；的动作比离开身体的动作灵活；（7）向前后的往复动作向前后的往复动作比向左右的往复动作速度快。比向左右的往复动作速度快。4316 二月 20234.3.4 人体运动的精度人体运动的精度与与运动时间、运动种类、运动方向和操作方式运动时间、运动种类、运动方向和操作方式等有关。等有关。1.运动速度与准确性。运动速度与准确性。4416 二月 20234.3.4 人体运动的精度人体运动的精度2.盲目定位运动的准确性。盲目定位运动的准确性。结论：正前方准确性最高，右方稍优于左方；同一方位下，下结论：正前方准确性最高，右方稍优于左方；同一方位下，下和中优于上方。和中优于上方。4516 二月 20234.3.4 人体运动的精度人体运动的精度3.运动方向与准确性运动方向与准确性。结论：在垂直面上，手臂上下运动更稳定，颤抖方向上下。在结论：在垂直面上，手臂上下运动更稳定，颤抖方向上下。在水平面上，手臂左右方向更稳定，颤抖方向也为左右方向。水平面上，手臂左右方向更稳定，颤抖方向也为左右方向。4616 二月 20234.3.4 人体运动的精度人体运动的精度4.操作方式操作方式与准确性与准确性。好好不好不好4716 二月 20234.3.5 人体力量人体力量 人体力量根据肌肉产生的位移的情况可以分为静态人体力量根据肌肉产生的位移的情况可以分为静态力量和动态力量。力量和动态力量。静态力量静态力量是人体保持特定姿势或固定位置需要的力量。是人体保持特定姿势或固定位置需要的力量。动态力量动态力量是人体位置或姿势发生变化时动作的力量。是人体位置或姿势发生变化时动作的力量。4816 二月 20231.影响人体力量的个体因素影响人体力量的个体因素 有很多因素会对人体力量有影响，比如基因、人的尺寸、训练、有很多因素会对人体力量有影响，比如基因、人的尺寸、训练、动机、年龄、性别等。在这些因素中，动机、年龄、性别等。在这些因素中，年龄和性别年龄和性别的影响是比较显的影响是比较显著的两个因素。著的两个因素。4916 二月 20231.影响人体力量的个体因素影响人体力量的个体因素身体主要部位肌肉所产生的力身体主要部位肌肉所产生的力肌肉的部位肌肉的部位力的大小（力的大小（N）男男女女手臂肌肉手臂肌肉左左370200右右390220肱二头肌肱二头肌左左280130右右290130手臂弯曲时的肌肉手臂弯曲时的肌肉左左280200右右290210手臂伸直时的肌肉手臂伸直时的肌肉左左210170右右230180拇指肌肉拇指肌肉左左10080右右12090背部肌肉（躯干屈伸的肌肉）背部肌肉（躯干屈伸的肌肉）12207105016 二月 20232.手的力量手的力量 手的力量与手的力量与运动方向、角度以及肘关节的角度运动方向、角度以及肘关节的角度等有等有密切关系。密切关系。表表3-7.5116 二月 20232.手的力量手的力量立姿弯臂时的力量分布立姿弯臂时的力量分布5216 二月 20232.手的力量手的力量立姿直臂时的力量分布立姿直臂时的力量分布5316 二月 20233.脚的力量脚的力量 脚的力量与下肢的脚的力量与下肢的姿势、位置和方向姿势、位置和方向有关。有关。5416 二月 20234.耐力耐力 人在一定时间里保持某种用力水平的能力叫做耐力。人在一定时间里保持某种用力水平的能力叫做耐力。人体的耐力和瞬时的力量大小不存在比例关系。人体的耐力和瞬时的力量大小不存在比例关系。肢体所有力量的大小，都与持续时间有关肢体所有力量的大小，都与持续时间有关。例如拉。例如拉力由最大值减到力由最大值减到1/4时，只需要时，只需要4分钟分钟。5516 二月 20234.3.6 肢体的动作速度与频率肢体的动作速度与频率 决定于决定于肢体肌肉收缩速度、运动方向和动作轨迹肢体肌肉收缩速度、运动方向和动作轨迹等。等。表表3-10 人体各部位动作速度与频率限度人体各部位动作速度与频率限度动作部位动作部位动作速度与频率动作速度与频率手的运动手的运动/（cms-1）35控制操纵杆位移控制操纵杆位移/（cms-1）8.817手指敲击的最大频率手指敲击的最大频率/（次（次s-1）35旋转把手与驾驶盘旋转把手与驾驶盘/（rs-1）9.4229.46身体转动身体转动/（次（次s-1）0.721.62手控制的最大谐振截止频率手控制的最大谐振截止频率/（Hz）0.8手的弯曲与伸直手的弯曲与伸直/（次（次s-1）11.2脚掌与脚的运动脚掌与脚的运动/（次（次s-1）0.360.725616 二月 20234.4人的操作动作分析人的操作动作分析 动作分析动作分析就是指作业或操作的动作组成、结构特点就是指作业或操作的动作组成、结构特点及其相互关系的分析。及其相互关系的分析。动作研究一般从动作研究一般从宏观（生产过程：流程、工艺、人、宏观（生产过程：流程、工艺、人、机器）机器）和和微观（操作动作）微观（操作动作）两个层次展开。两个层次展开。目的目的：（1）宏观：建立过程间、机器与人作业间等的最）宏观：建立过程间、机器与人作业间等的最佳匹配。佳匹配。（2）微观：删除无效动作、减少等待、增加动作）微观：删除无效动作、减少等待、增加动作节奏和提高工作效率。节奏和提高工作效率。5716 二月 20234.4.1 动作元素动作元素必须动作必须动作无效动作无效动作准备动作准备动作美美国国机机械械工工程程师师学学会会（ASME）把把人人的的动动作作分分为为18种种。5816 二月 20234.4.2 动作分析的方法动作分析的方法 动作分析主要有两种手段：动作分析主要有两种手段：目视动作分析和摄影分析目视动作分析和摄影分析。案例案例1：关于检查轴的长度，并把轴装入套筒的动素程序：关于检查轴的长度，并把轴装入套筒的动素程序图。图。5916 二月 20234.4.2 动作分析的方法动作分析的方法 动作分析主要有两种手段：动作分析主要有两种手段：目视动作分析和摄影分析目视动作分析和摄影分析。案例案例1：关于检查轴的长度，并把轴装入套筒的动素程：关于检查轴的长度，并把轴装入套筒的动素程序图。序图。6016 二月 20234.4.2 动作分析的方法动作分析的方法 案例案例2：咖啡店制作咖啡人员动作分析图。：咖啡店制作咖啡人员动作分析图。6116 二月 20234.4.2 动作分析的方法动作分析的方法 案例案例2：咖啡店制作咖啡人员动作分析图。：咖啡店制作咖啡人员动作分析图。6216 二月 20234.4.3 人的作业和动作效率人的作业和动作效率提高人的作业和动作效率的原则：提高人的作业和动作效率的原则：1）同时使用两手，避免一手操作一手空闲；）同时使用两手，避免一手操作一手空闲；2）力求减少动作数量，避免一切不必要的动作；）力求减少动作数量，避免一切不必要的动作；3）尽可能减少动作距离，避免出现全身性动作；）尽可能减少动作距离，避免出现全身性动作；4）寻求舒适的工作环境，减少动作的难度，避免不）寻求舒适的工作环境，减少动作的难度，避免不合理的工作姿势或作业方法。合理的工作姿势或作业方法。6316 二月 20234.5控制设计控制设计 从控制的形式看，控制分为从控制的形式看，控制分为直接控制和间接控制直接控制和间接控制两种方式。两种方式。人体工程学对控制的基本要求人体工程学对控制的基本要求是人能正确将信息是人能正确将信息传递给机器，保证信息顺利通过人机界面，同时，控传递给机器，保证信息顺利通过人机界面，同时，控制设计要符合人的生理心理特征，保证人操作时的安制设计要符合人的生理心理特征，保证人操作时的安全、舒适和方便全、舒适和方便。6416 二月 20234.5.1 控制设计的方法控制设计的方法（1）要了解需要执行的）要了解需要执行的控制任务控制任务的情况、控制的的情况、控制的要素要素等。等。（2）选择合适的）选择合适的控制器控制器。（如：控制任务、功能、场所）。（如：控制任务、功能、场所）（3）对控制器进行）对控制器进行设计设计。（如：识别性、反馈、人）。（如：识别性、反馈、人）（4）对控制器进行）对控制器进行布置布置。6516 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码控制器的编码方式要考虑以下几个因素：控制器的编码方式要考虑以下几个因素：第一，在控制器在进行识别时候，第一，在控制器在进行识别时候，用户的所有要求用户的所有要求；第二，用户第二，用户已经在使用的编码方式已经在使用的编码方式；第三，用户工作区域的第三，用户工作区域的照明情况照明情况；第四，用户第四，用户识别时的速度和精确度识别时的速度和精确度要求；要求；第五，控制器可以第五，控制器可以放置的空间放置的空间；第六，需要编码的第六，需要编码的控制器的数量控制器的数量。6616 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码1.视觉编码视觉编码视觉编码主要包括视觉编码主要包括标识编码标识编码和和色彩编码色彩编码。6716 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码（1）标识编码）标识编码 标识控制器功能最简单的方法就是运用标识控制器功能最简单的方法就是运用符号和标记符号和标记进行进行编码。编码。6816 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码（1）标识编码）标识编码 表示控制器功能最简单的方法就是运用表示控制器功能最简单的方法就是运用符号和标记符号和标记进行进行编码。编码。6916 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码（1）标识编码）标识编码 标识的位置标识的位置也十分重要。也十分重要。标识通常放置在控制件的上标识通常放置在控制件的上面或上部面或上部，不要把标识放在两个控制器中间的位置或，不要把标识放在两个控制器中间的位置或其它容易混淆的位置。其它容易混淆的位置。7016 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码（1）标识编码）标识编码 标识的位置标识的位置也十分重要。标识通常放置在控制件的上也十分重要。标识通常放置在控制件的上面或上部，面或上部，不要把标识放在两个控制器中间的位置或不要把标识放在两个控制器中间的位置或其它容易混淆的位置其它容易混淆的位置。7116 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码（1）标识编码）标识编码 紧急开关和安全控制应位于作业注意区的中心，且形紧急开关和安全控制应位于作业注意区的中心，且形状和颜色编码应明显。状和颜色编码应明显。7216 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码（1）标识编码）标识编码 其他：其他：A.进行标识编码设计时，还要考虑进行标识编码设计时，还要考虑照明照明因素。因素。B.对于文字和数字进行标识编码的情况，需要考对于文字和数字进行标识编码的情况，需要考虑虑文字的宽度、高度和字体文字的宽度、高度和字体等方面的因素。等方面的因素。C.如果标识和控制操作程序有如果标识和控制操作程序有次序次序，则可以顺其，则可以顺其次序进行布局设计。次序进行布局设计。7316 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码（2）色彩编码）色彩编码 7416 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码2.触觉编码触觉编码触觉编码主要包括触觉编码主要包括形状编码形状编码、尺寸编码尺寸编码和和材质编码材质编码。（1）形状编码：使用不同的形状可以很容易识别不同）形状编码：使用不同的形状可以很容易识别不同的控制器。的控制器。举例举例1：11种最不容易被混淆的形状。种最不容易被混淆的形状。7516 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码（1）形状编码：使用不同的形状可以很容易识别不同的）形状编码：使用不同的形状可以很容易识别不同的控制器。控制器。举例举例2：美国空军曾经开发了：美国空军曾经开发了15个旋钮的形态编码的方案。个旋钮的形态编码的方案。7616 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码（1）形状编码：使用不同的形状可以很容易识别不同的）形状编码：使用不同的形状可以很容易识别不同的控制器。控制器。举例举例：1.360度度2.角度位置不重要角度位置不重要1.360度度2.角度位置不重要角度位置不重要1.360度度2.角度位置重要角度位置重要7716 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码（1）形状编码：使用不同的形状可以很容易识别不同的）形状编码：使用不同的形状可以很容易识别不同的控制器。控制器。举例举例3：形状编码在设计中的应用，某搬运机械上的控制：形状编码在设计中的应用，某搬运机械上的控制柄的设计。柄的设计。7816 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码（1）形状编码：）形状编码：举例举例4：遥控器上的各：遥控器上的各个按键就是通过不同的个按键就是通过不同的形状来进行编码的。形状来进行编码的。圆形圆形圆环形圆环形椭圆形椭圆形7916 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码（1）形状编码：）形状编码：举例举例5：手机的数字按：手机的数字按键中，数字键中，数字“5”上面上面有一个突起的小点。有一个突起的小点。凸起凸起8016 二月 20235.5.2 控制器的编码控制器的编码2.触觉编码触觉编码（2）尺寸编码：）尺寸编码：触觉区分尺寸大小触觉区分尺寸大小的能力通常依赖于的能力通常依赖于物体形状，因此，物体形状，因此，不同的尺寸编码通不同的尺寸编码通常和不同的形状编常和不同的形状编码一起使用码一起使用。8116 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码2.触觉编码触觉编码（3）材质编码：控制）材质编码：控制件还可以通过表面的件还可以通过表面的材质进行编码，如图材质进行编码，如图手机设计中，就是手机设计中，就是通通过不同材质来区分数过不同材质来区分数字键和功能方向键字键和功能方向键。8216 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码3.位置编码位置编码位置编码就是利用控制器所处位置不同进行的编码形式。位置编码就是利用控制器所处位置不同进行的编码形式。8316 二月 20234.5.2 控制器的编码控制器的编码3.位置编码位置编码 位置编码位置编码有时候可能会有时候可能会发生混淆发生混淆。比。比如在手机上数如在手机上数字键的排布就字键的排布就和计算器上不和计算器上不一样。一样。8416 二月 20234.5.3 控制设计中的反馈和偶发启动控制设计中的反馈和偶发启动1.控制设计中的反馈控制设计中的反馈 控制操作的反馈来源于控制操作的反馈来源于3个方面：个方面：（1）人的手、足等运动器官本身运动情况带来的反馈；）人的手、足等运动器官本身运动情况带来的反馈；（2）由控制器产生的反馈信息由控制器产生的反馈信息；（3）显示器提供的反馈信息。）显示器提供的反馈信息。8516 二月 20234.5.3 控制设计中的反馈和偶发启动控制设计中的反馈和偶发启动 控制器产生的反馈信息主要来源于控制器产生的反馈信息主要来源于控制器的运动和控制器的运动和阻力阻力。阻力的设计是控制设计中的重要因素。阻力的设计是控制设计中的重要因素。一般控制的阻力为：一般控制的阻力为：（1）单手转动：）单手转动：0.2-0.5千克；千克；（2）单手按：）单手按：1-1.5千克；千克；（3）足踏：）足踏：4-8千克。千克。8616 二月 20234.5.3 控制设计中的反馈和偶发启动控制设计中的反馈和偶发启动2.控制设计中的偶发启动控制设计中的偶发启动 偶发启动偶发启动是在操作过程中，有时操作者由于手、胳是在操作过程中，有时操作者由于手、胳膊、袖口等无意碰撞或牵拉控制器而引起的。膊、袖口等无意碰撞或牵拉控制器而引起的。在设计中，在设计中，控制偶发启动的措施控制偶发启动的措施：适当增加阻力；适当增加阻力；将控制器陷入控制板面；将控制器陷入控制板面；将控制器安装在不容易被意外碰到的位置上；将控制器安装在不容易被意外碰到的位置上；重要控制器的使用采取比较复杂的使用方法等。重要控制器的使用采取比较复杂的使用方法等。8716 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计1.控制器分类控制器分类操纵装置的类型手控操纵器旋转式操纵器脚控操纵器移动式操纵器按压式操纵器8816 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计1.控制器分类控制器分类8916 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计1.手操纵控制器设计手操纵控制器设计（1）手把的形状应与手的生理特点相适应。手把的形状应与手的生理特点相适应。9016 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计1.手操纵控制器设计手操纵控制器设计（2）手把的形状便于触觉对其进行识别。）手把的形状便于触觉对其进行识别。9116 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计1.手操纵控制器设计手操纵控制器设计（3）尺寸应符合人手尺度的需要。）尺寸应符合人手尺度的需要。9216 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计1.手操纵控制器设计手操纵控制器设计（4）适宜的操纵力范围。）适宜的操纵力范围。9316 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计1.手操纵控制器设计手操纵控制器设计（5）操纵器的适宜尺寸。）操纵器的适宜尺寸。参数见表参数见表5-20.9416 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计 按键按键 按键设计，按键设计，应该保证手指操作的时候不会滑移应该保证手指操作的时候不会滑移。9516 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计 按键按键9616 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计 转臂开关转臂开关 转臂开关的转臂开关的“开开”、“关关”状态明显，操作可靠。状态明显，操作可靠。转臂开关的转臂开关的行程方向一般应为垂直行程方向一般应为垂直。9716 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计 旋钮旋钮 旋钮可以分为旋钮可以分为连续连续转动转动和和定位转动定位转动两类。两类。旋钮设计要求旋钮设计要求保证保证操作者手感舒服、转动操作者手感舒服、转动灵敏灵敏。9816 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计 旋钮旋钮 对于连续旋钮对于连续旋钮，一般都是用于，一般都是用于精细控制精细控制。9916 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计 旋钮旋钮 对于定位旋钮对于定位旋钮，阻力应该大于连续旋钮。，阻力应该大于连续旋钮。10016 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计 控制杆控制杆 10116 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计 控制杆控制杆 对于对于精密控制杆精密控制杆，一般应该增加手腕支承。，一般应该增加手腕支承。10216 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计 控制杆控制杆 控制杆的设计。控制杆的设计。10316 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计 手轮手轮和摇把和摇把 10416 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计 手轮和手轮和摇把摇把10516 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计 手轮和手轮和摇把摇把10616 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计3.脚操纵控制器脚操纵控制器分类分类脚控操纵器的类型脚踏板直动式脚踏钮摆动式回转式10716 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计3.脚操纵控制器脚操纵控制器表表5-21 脚控操纵器的适宜用力的推荐值脚控操纵器的适宜用力的推荐值脚空操纵器脚空操纵器适宜用力适宜用力/N休息时脚踏板受力休息时脚踏板受力1822悬挂脚蹬悬挂脚蹬4568功率控制器功率控制器68离合器和机械制动器离合器和机械制动器136离合器最大蹬力离合器最大蹬力272方向舵方向舵7261814可允许的最大蹬力可允许的最大蹬力226810816 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计3.脚操纵控制器脚操纵控制器设计设计 踏板设计的一些重要参数，它包括踏板设计的一些重要参数，它包括踏板距离踏板距离、高度高度、角度角度和和座位的安排座位的安排。踏板设计中人的姿势踏板设计中人的姿势10916 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计3.脚操纵控制器脚操纵控制器设计设计 踏板设计的一些重要参数，它包括踏板设计的一些重要参数，它包括踏板距离踏板距离、高度高度、角度角度和和座位的安排座位的安排。踏板设计的工作尺寸设计踏板设计的工作尺寸设计11016 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计3.脚操纵控制器脚操纵控制器设计设计脚脚踏板踏板设计和相关尺寸设计和相关尺寸(a)187次次/分钟分钟(b)178次次/分钟分钟(c)176次次/分钟分钟(d)140次次/分钟分钟(e)171次次/分钟分钟11116 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计3.脚操纵控制器脚操纵控制器设计设计脚踏脚踏钮相关尺寸钮相关尺寸11216 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计3.脚操纵控制器脚操纵控制器空间布置空间布置设计设计11316 二月 20234.5.4 常用控制装置设计常用控制装置设计3.脚操纵控制器脚操纵控制器站立踏板站立踏板设计设计11416 二月 2023案例与研究：人机工程学理发剪刀的设计与评估案例与研究：人机工程学理发剪刀的设计与评估（1）概述）概述 人体工程学理发剪刀的设计与评估研究发表在人体工程学理发剪刀的设计与评估研究发表在2003年年的的Industrial Ergonomics上，设计和研究者为上，设计和研究者为Chunk Chiavaras和和Jason L.Boyles等。等。研究从理发师常见的疾病出发，通过对理发师理发行研究从理发师常见的疾病出发，通过对理发师理发行为的观察，为的观察，设计出设计出了一款减少理发师不正常作业姿势的人了一款减少理发师不正常作业姿势的人体工程学剪刀（体工程学剪刀（ETD）。）。在此基础上，在此基础上，对对ETD剪刀和传统剪刀和传统剪刀进行对比研究和评估剪刀进行对比研究和评估。11516 二月 2023案例与研究：人机工程学理发剪刀的设计与评估案例与研究：人机工程学理发剪刀的设计与评估（2）问题来源）问题来源 传统的理发剪刀是传统的理发剪刀是直线型直线型的。的。11616 二月 2023案例与研究：人机工程学理发剪刀的设计与评估案例与研究：人机工程学理发剪刀的设计与评估（2）问题来源）问题来源 研究发现，理发师在理发的时候研究发现，理发师在理发的时候手腕通常是处手腕通常是处于一种不自然的状态。于一种不自然的状态。11716