人机工程学 第五章 控制器设计课件

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1、第 5 章 控制器的设计,主讲：苏 胜,控制器的分类,1,手控操纵器设计,2,脚控操纵器设计,3,编码设计,4,控制器选择、布置原则,显示器与控制器的相合性,5,6,Conteroller Design,5.1控制器的分类,定义操纵装置（控制器）是将人的信息输送给机器，用以调整、改变机器状态的装置。 一、控制器的分类 1.按操纵控制器所用的身体器官或行为分类: 手动控制器 脚动控制器 言语控制器 在多数控制作业中都采用手动控制器，当手处于高负荷状态时，可考虑采用脚动控制器。,2. 根据输入信息的特点分类 1）离散控制器： 可调出有限的、确定的几种状态，状态变化是跃变式的。 2）连续调节控制器：

2、 可在一个连续体上调节，状态变化是平滑、跃进式的。,5.1控制器的分类,3. 按控制器运动的类别的不同 1）平移式控制器 平移式控制器又可分为： 摆动控制器 如：手挡 按压控制器 如: 按键 滑动控制器 如：拨钮 牵拉控制器 如：电锯 2）旋转控制器：如方向盘、旋钮。,5.1控制器的分类,5.1控制器的分类,5.1控制器的分类,二、控制器的编码设计 1、形状编码 2、位置编码 3、尺寸编码 4、颜色编码 5、符号编码 6、表纹编码 7、操作编码,5.2 控制器的编码设计,1. 形状和表纹编码 形状编码是将不同用途控制器设计成不同的形状，以便使各控制器彼此之间不易混淆。 人通过触觉辨认形状的能力

3、比辨认大小的能力强，编码时应选择与控制功能相关联的形状，形状应简单，有助于操作者对其译码 。表纹编码依赖于触觉反馈，一般与形状编码同时使用。,5.2 控制器的编码设计,2. 位置编码 若有充裕的工作空间，此时控制器可按视觉位置定位。,5.2 控制器的编码设计,3. 尺寸编码 亦称大小编码是通过控制器的尺寸大小不同来分辨控制器，因此，控制器的大小之间的尺寸等级差必须达到触觉的识别阈限。,大小编码不如形状编码有效，一般不宜超过3个。,5.2 控制器的编码设计,4. 颜色编码 将不同功能的控制器，涂以不同的颜色，以示彼此之间的区别，称为颜色编码。 宜安装在照明较好，操作者实现可及的空间，所用颜色不宜

4、过多，应使用有标准意义的表示色，颜色编码一般与其他编码同时使用。,5.2 控制器的编码设计,5. 符号编码 在不同控制器的上方或侧旁，标注不同的文字或符号，通过这些文字或符号区分控制器，即为标记编码。 1）采用文字：应是简短的，采用操作者熟悉的术语给出控制功能，如，“开”，“关” 。 2）采用图形符号，应尽可能以常规的方法，采用通用符号。 但采用这种方法需要良好的照明和较大的空间，易出错。,5.2 控制器的编码设计,6. 操作方法编码 采用操作方法编码时，每个控制器都有自己独特的驱动方式，如，拉，推，旋转，滑动，按压等。,5.2 控制器的编码设计,7、编码设计的总原则 所有编码需易辨认、有区别

5、 编码与其功能间有逻辑上的关系 尽量使用标准化代码 编码间多进行混合使用，以增强其识别性,5.2 控制器的编码设计,三、手控式操纵器的设计 （一）、执握柄（操纵把）的设计 1、手的解剖学因素 （1）手部肌肉构成 （2）手部肌肉特性 指球肌，大、小鱼际： 肌肉组织发达、减震好、施力大 指骨间肌，掌心： 肌肉少、减震差、易疲劳、操作准确性低,5.3 手控式操纵器的设计,（50mm时欧洲人握力最大，亚洲人4050mm之间。）,2、执握柄（操纵把）的设计 （1）原则：充分考虑手部生理特征 （2）执握柄形式 1）圆弧型 与掌心、指间肌接触面大 适于用力小、瞬间操作 2）直线型（宽手把型、扁平型） 与掌心

6、、指间肌接触面小 适于用力大、长时间操作 （3）建议尺寸（直径）,30-32mm,22-35mm Min7.5mm,Min5mm,5.3 手控式操纵器的设计,5.3 手控式操纵器的设计,一般手工具物理特徵的案例分析羊角锤执握柄设计,羊角锤的形式及结构分析,5.3 手控式操纵器的设计,铁锤的特征与可能受影响的敲击效率分析表,5.3 手控式操纵器的设计,握持位置B处 握持位置C处,5.3 手控式操纵器的设计,一般手工具物理特征的设计指南,（二）按钮设计 1、作用：常用作系统的启动和关停。 2、形状：常为圆心和矩形、椭圆形。 3、尺寸：按纽的尺寸主要按成人手指端的尺寸和操作要求而定。 （1）圆弧形按

7、纽直径以818mm 为宜； （2）矩形按纽以10*10、10*15或15*20为宜 （3）按纽应高出盘面512mm （4）行程为36mm （5）按纽间距一般为12.525mm,最小不得小于6mm。 4、阻力：1.4311.35N,5.3 手控式操纵器的设计,（三）按键设计 1、形状：常为圆心和矩形、椭圆形。 2、键面形式：凸键 平键 凹键 3、尺寸：按纽的尺寸主要按成人手指端的尺寸和操作要求而定。 （1）按面直径以1220mm 为宜； （2）按纽应高出盘面512mm （3）行程为57mm （4）间距大于6mm （5）按纽间距一般为12.525mm,最小不得小于6mm。,5.3 手控式操纵器的设

8、计,5.3 手控式操纵器的设计,（四）拨钮（钮子开关、肘节开关）设计 1、用途：开关专用，不具有调节功能。 2、形状：见下图。 3、尺寸： （1）拨钮直径以325mm 为宜 （2）开关长度12.550mm （3）行程角度为4070 4、阻力：2.8311.34N,5.3 手控式操纵器的设计,（五）旋钮设计 1、用途：调节及开关控制。 2、分类：指针旋钮、常规旋钮。 3、尺寸： （1）直径：定位旋钮： 3575mm ；连续旋钮： 1075mm （2）高度：定位旋钮： 2050mm ；连续旋钮： 1525mm （3）行程角度为1590 4、阻力：定位旋钮 1218N ；连续旋钮：24.5N,连续旋

9、转钮（控制范围超过360o）,定位指示旋钮（控制范围有固定的边界限范围有固定的边界限制）,5.3 手控式操纵器的设计,2020/9/20,第 27 页,（六）方向盘的设计方向盘的要用于机动车辆的转向。方向盘设计中的主要问题有：方向盘平面间的夹角a、方向盘的直径D和方向盘的构造三个问题，夹角的大小取决于不同车型驾驶员的位置，直径的大小取决于司机施力的舒适性限度。1a、D的取值范围 方向盘夹角 直径 卡车及公共汽车： 15o30o 400mm左右 （这也是一般车辆的取值范围。) 大型载重车辆： 0o 450500mm。 小卧车、小卡车： 45o60o 350400mm。,5.3 手控式操纵器的设计

10、,2020/9/20,第 28 页,2方向盘的构造（1）截面直径在1928mm之间。 （2）下缘凹点间距： 19mm左右。 （重型车辆的驾驶盘为便于用力常在轮缘下部作出波浪形 ）,图1 方向盘的椭圆形截面轮辐,图2椭圆形截面轮辐,5.3 手控式操纵器的设计,2020/9/20,第 29 页,汽车方向盘最大转角为120o ，这样可以保证在急转弯时，驾驶员能双手握住方向盘而不必倒手。汽车方向盘与车轮转动角度的比值可取1.53.0，如图3所示（方向盘与车轮 ）。,5.3 手控式操纵器的设计,2020/9/20,第 30 页,为驾驶中省力，同时也为车辆自动保持直线前进，转向机构应设有自动归复到保持直线

11、前进位置的复位装置。有些小型车辆设计了可调整方向盘角度的结构，方向盘立柱的倾角可调，一般可调范围在15o以内。调整方向盘的角度，一是为了应不同体形驾驶员的舒适度需要；二是为了使方向盘不遮挡观察仪表的视线，如图4（可调节方向盘 ）。,5.3 手控式操纵器的设计,2020/9/20,第 31 页,3安全设施发生撞车事故时方向盘对司机最为危险，方向盘的安全设计：轮缘外层应用软体材料，驾驶部位的仪表及台面及台面均应较软的包敷材料；立柱应低于手轮平面，以免撞车时插到司机的胸部，对于高速汽车需要低得多些；高级轿车在方向盘中央设置了一个空气袋，平时折合在立柱顶端的一个圆盆中，一旦汽车发生碰撞使汽车骤然停止时

12、气袋就会自动充气，以保护司机的面部和胸部，如图5。同时还应保证快速排气，及时排气，以免造成司机窒息。,5.3 手控式操纵器的设计,四、脚动控制器的设计 1、脚控制器的使用前提： （1）需大力操作时； （2）精度要求不高时； （3）手操作负荷过大时； （4）非立姿操作时。,5.4 脚动控制器的设计,2020/9/20,第 33 页,2、脚动控制器的形式,5.4 脚动控制器的设计,2020/9/20,第 34 页,3、脚动控制器的适宜用力,5.4 脚动控制器的设计,2020/9/20,第 35 页,4、脚踏板控制的设计： （1）各种踏板效率比较,5.4 脚动控制器的设计,2020/9/20,第 3

13、6 页,（2）、脚踏板与操纵方式,5.4 脚动控制器的设计,2020/9/20,第 37 页,（3）、脚踏板结构形式,5.4 脚动控制器的设计,2020/9/20,第 38 页,（4）、不同坐高的脚踏板高度设计,5.4 脚动控制器的设计,(6)脚踏板布置设计尺寸： 1）椅前76.2-88.9mm； 2）据椅面高50-178mm； 3）偏离人体中心：小于75-125mm时出力最大；,5.4 脚动控制器的设计,2020/9/20,第 40 页,（5）调节型踏板设计 调节踏板有以鞋跟为转轴的（见图1）和脚悬空的两种。 以鞋跟为转轴的踏板典型例子：踏板下的舒适角不大于20o，一般控制在15o左右，每脚

14、与人的中线叉开10o15o为宜（见图2） 。,图1 以鞋跟为转轴的踏板,图2 脚的舒适叉开角度,5.4 脚动控制器的设计,2020/9/20,第 41 页,（6）踏板开关设计 脚踏开关多用于定位操纵，要很好地安排它的位置，使操作者在不影响稳定性的情况下即能使用，还要避免发生误踏的危险。给出了踏板开关的形状和尺寸，踏板的转角不宜超过10o,转角太大需将脚抬离地面才能操作，操作者单脚承重，很不安全。 如果要求双脚均能踏动，或操作者连续不断改换位置时也能踏动，最好采用踏动标杆，踏动标杆距地面不应超过15cm，但伸长度不要大于15cm。,5.4 脚动控制器的设计,2020/9/20,第 42 页,踏板

15、开关操纵,5.4 脚动控制器的设计,1、 各种控制装置的使用功能,五、控制器的选择和布置原则,5.5 控制器的选择和布置原则,2020/9/20,第 44 页,2、 各种控制装置的使用情况比较,5.5 控制器的选择和布置原则,2020/9/20,第 45 页,3、 不同工作情况下选择控制器的建议,5.5 控制器的选择和布置原则,4、控制器的排列,1主要控制器；2紧急控制和精确调节的次要控制器； 3其他次要控制器的可取限度；4次要控制器的最大布置区,5.5 控制器的选择和布置原则,5、控制器的间距 在控制器的设计中，各控制器之间应留有适当的间距，以免在操作某个控制器时会碰触到与他相邻的控制器，但

16、间距不宜过大，否则会增加操作者四肢不必要的运动量。 控制器不同，间距也不相同。 （详见P115表5-22）,5.5 控制器的选择和布置原则,6、控制器的布置原则 1）重要性原则：按照每个控制器的重要程度决定其位置，安排优先权。 2）使用频率原则：按照每个控制器在完成任务中使用的频率决定其位置，安排优先权。 3）功能原则：按照控制器的功能关系安排其位置，将功能相同或相关的控制器或显示器组合在一起。 4）使用顺序原则：对使用顺序固定的控制器，按他的使用顺序安排位置。 5）控制器间要留有适当的间距,5.5 控制器的选择和布置原则,5.5 控制器的选择和布置原则,六、显示器与控制器的相合性 1.控制显示比 控制显示比(简称C