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1、1,第六章 人机界面设计,第三节 显示与控制界面布局设计,第一节 显示装置设计,第二节 操纵装置设计,主要内容,Contents,Human-Computer Interface Design,2,第二节 操纵装置设计,Operating Device Design,设计内容： 操纵器选用 操纵器设计原则 常用操纵器设计,3,第一节 操纵装置设计,Operating Device Design,人操控机过程：,4,一、操纵器的选用,Manipulator selection,常见操纵器：,1按操控方式,2按操控运动轨迹,3按操控功能,手动 脚动 声控,旋转式 移动式 按压式,开关式 转换式 调
2、节式,直动 遥控,5,常见操纵器：,一、操纵器的选用,Manipulator selection,6,常见操纵器：,一、操纵器的选用,Manipulator selection,7,操纵器的选用原则（ GB/T 14775-1993 ）,1)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。 2)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件下选用。 控制器选择建议表6.10,一、操纵器的选用,Manipulator selection,8,一、操纵器的选用,Manipulator selection,9,1.操纵器的形状与式样,二、操纵器的设计
3、原则,Manipulator design principles,手的握持部位不得有尖角、锐棱、缺口，持握牢靠、方便、无不适感。 脚控操纵器便于施力，蹋板于地面最佳倾角30 ，踝关节的活动不大于25。 式样应便于使用，便于施力。 操纵器有定位的操纵器，应有标记或止动限位机构，必要时应设置自锁、连锁等机构。 形状最好能对功能有隐喻、暗示，以利于辨认和记忆。,10,2.结合操纵姿势和人体尺寸设计操纵器,二、操纵器的设计原则,Manipulator design principles,合理的施力体位,施力时身体的姿势、施力的位置、指向等综合因素称为施力体位。 设计及安置操纵器时，应使操纵者处于合理的
4、施力体位。,11,2.结合操纵姿势和人体尺寸设计操纵器,二、操纵器的设计原则,Manipulator design principles,操纵器尺寸与人体尺寸相适应 操纵器上手脚握持、触压、抓捏、抠挖部位的尺寸，应与人的手脚尺寸相适应；,12,二、操纵器的设计原则,Manipulator design principles,手轮一次手握连续转动的角度一般宜在90 以内，最大不得超过120 。,13,避免静态施力,二、操纵器的设计原则,Manipulator design principles,14,2.结合操纵姿势和人体尺寸设计操纵器,二、操纵器的设计原则,Manipulator design
5、 principles,提供操纵依托支点,15,2.结合操纵姿势和人体尺寸设计操纵器,二、操纵器的设计原则,Manipulator design principles,提供操纵依托支点,a.肘部作为前臂和手关节运动时的依托支点。 b.前臂作为手关节运动时的依托支点。 c.手腕作为手指运动时的依托支点。 d.脚后跟作为踝关节运动时的依托支点。,16,3.操纵器的操纵力,二、操纵器的设计原则,Manipulator design principles,操纵力与肌力体能的适宜性,欲使一个班次(34小时)中工效较高，操纵频次高的操纵力应不大于最大肌力的12；低频次的操纵力允许略大。 查找资料确定操纵器
6、最大操纵力阻力。,17,3.操纵器的操纵力,二、操纵器的设计原则,Manipulator design principles,操纵力大小与操纵准确度,操纵力过小会引起： a.容易引发误触动事故； b.信息反馈太弱，使人不知操纵是否确已完成，不放心； c.不容易精确地跟踪、调节与控制。,FMIN操纵力FMAX,18,操纵器分类：（按运动轨迹分类）,三、单个操纵器设计,Single manipulator design,1.按压式操纵器 2.转动式操纵器 3.移动、扳动式操纵器 4.脚动操纵器,19,1.按压式操纵器,三、单个操纵器设计,Single manipulator design,工作状态
7、：通、断或起、停。,20,1.按压式操纵器,三、单个操纵器设计,Single manipulator design,按钮和按键设计注意事项： 按钮颜色的选取。 附加显示当前状态的信号灯。 表面形状、触感、凸起高度、间距等。 按钮的安置是否适合操作手型。,21,2.转动式操纵器（旋钮）,三、单个操纵器设计,Single manipulator design,2)尺寸与操作,旋钮设计应该便于人捏握转动，施加操作力矩。,22,2.转动式操纵器（手轮）,三、单个操纵器设计,Single manipulator design,23,2.转动式操纵器（手轮）,三、单个操纵器设计,Single manipu
8、lator design,设计中的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。,24,3.移动、扳动式操纵器（操纵杆）,三、单个操纵器设计,Single manipulator design,操纵杆一般不适宜用作连续控制或精细调节，而常用于几个工作位置的转换操纵，可取得较大的杠杆比，用于需要克服大阻力的操纵。,25,3.移动、扳动式操纵器（操纵杆）,三、单个操纵器设计,Single manipulator design,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杆，一般操纵力在2060N的范围内，例如汽车变速杆的操纵力常为3050N。
9、若每个班次中操作次数达到1000次，则操纵力应不超过15N。,26,3.移动、扳动式操纵器（操纵杆）,三、单个操纵器设计,Single manipulator design,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，操纵杆只能加长。 需要高操作频率时，操纵杆只能缩短。,27,3.移动、扳动式操纵器（扳钮开关 ）,三、单个操纵器设计,Single manipulator design,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，或配合腕关节的微动进行操作 。 适宜的力值范围为26.2N。,28,4.脚动操纵器,三、单个操纵器设计,Single ma
10、nipulator design,宜在坐姿下操作，用在下列两种情况下： 操纵工作量大，只用手操作难以完成任务； 操纵力大，例如操纵力超过50N且需连续操作，或虽为间歇操作但操纵力更大。,29,4.脚动操纵器,三、单个操纵器设计,Single manipulator design,30,第三节 显示与控制界面布局设计,Display and control interface layout,设计内容： 显示仪表布局设计 操纵器布局设计 操纵器的识别编码,31,显示仪表布局设计,Display interface layout,显示装置所在平面与人的正常视线接近于垂直；,(显示装置布置的一般原则)
11、,32,显示仪表布局设计,Display interface layout,(显示装置布置的一般原则),布置应紧凑，按重要性和观视频度分别布置在合适的视区内。,显示装置较多时，仪表板改为弧围或折弯形。,等视距,视距=800,33,显示仪表布局设计,Display interface layout,(显示装置布置的一般原则),根据操作流程，按从左到右、从上到下、按顺时针方向布置；,按“功能分区”的原则布置仪表；,34,显示仪表布局设计,Display interface layout,(显示装置布置的一般原则),检查类、警戒类仪表的“零位”和辅助线；,1.零位位置在12、9、6点位置上； 2.仪
12、表多时，仪表间添加辅助线。,35,显示仪表布局设计,Display interface layout,36,操纵器布局设计,Control interface layout,(操纵器布局的一般原则),1.布置在手脚操作灵便自如的位置(重要),1)手动操纵器,操布置在操作者上肢活动范围的可达区域内。 优先把重要的和较常用的布置在易达区域内。 使用更频繁的布置在最佳区域内。 然后再扩大范围布置其余操纵器。,37,操纵器布局设计,Control interface layout,(操纵器布局的一般原则),1.布置在手脚操作灵便自如的位置(重要),1)手动操纵器,38,操纵器布局设计,Control
13、interface layout,(操纵器布局的一般原则),2)单手操作的操纵器应布置在操作手这一侧； 双手操作的操纵器应布置在操作者正中矢状面附近。,39,操纵器布局设计,Control interface layout,(操纵器布局的一般原则),操纵杆的布置，宜使操作者在操纵时上臂与前臂形成90135的夹角，以利于在推、拉方向施力。,40,操纵器布局设计,Control interface layout,(操纵器布局的一般原则),无手柄手轮的转动平面应与前臂成10 60；,以前臂运动转动的带柄手轮，转动平面与前臂宜成10 90；,而直臂以手腕运动转动的带柄手轮，转动平面与前臂宜成1045。
14、,41,操纵器布局设计,Control interface layout,(操纵器布局的一般原则),一些学者经过研究发现在坐姿下前臂在身体前方操作时，以上臂外展625操作较为高效舒适；外展超过30，工效将降低。,42,案例分析,Case Study,43,操纵器布局设计,Control interface layout,(操纵器布局的一般原则),3)脚操纵器,坐姿：布置在操作脚侧偏离正中矢状面100180m范围内,坐姿：大小腿间夹角90110；需大力蹬踩者，夹角可达160。,44,操纵器布局设计,Control interface layout,(操纵器布局的一般原则),3)脚操纵器,立姿：踩
15、踏高度不超过150mm，踩到底时与地面持平。,45,操纵器布局设计,Control interface layout,(操纵器布局的一般原则),2.按功能分区布置，按操作顺序排列 (重要),46,操纵器布局设计,Control interface layout,(操纵器布局的一般原则),2.按功能分区布置，按操作顺序排列 (重要),应依照操作的顺序、与肢体的优势活动方向排列操纵器，以便于操纵。,横向排列：左到右 竖向排列：上到下 环状排列：顺时针,47,操纵器布局设计,Control interface layout,(操纵器布局的一般原则),3.避免误操作与操作干扰,1)各操纵器间保持足够距
16、离，为了避免干扰和操作中连带误触动，操纵器间应保持足够距离。,48,操纵器布局设计,Control interface layout,(操纵器布局的一般原则),3.避免误操作与操作干扰,2)操纵器不安置在胸、腹高度的近身水平面上,49,操纵器布局设计,Control interface layout,(操纵器布局的一般原则),3.避免误操作与操作干扰,2)操纵器不安置在胸、腹高度的近身水平面上,有效视区,操纵器,50,操纵器布局设计,Control interface layout,(操纵器布局的一般原则),3.避免误操作与操作干扰,3)总电源、紧急刹车等特殊开关应特殊处位置。 总电源开关、紧急刹车、报警等特殊操纵器应与普通操纵器分开，标志明显醒目，尺寸较大，安置在无障碍区域。,51,操纵器布局设计,Control interfac
