人机工程学应用和实训.ppt

* * 手动装置设计 手的尺寸与人体关节活动 手动装置设计的人机工程学原则 人体的施力与运动输出特性 常用手动装置的设计 案例分析 一.手的尺寸与人体关节活动 1手的尺寸 2人体关节活动 人在感知显示装置传示的信息以后，经大脑分析，作出判断，然后操纵机器的运行。在声控及其他非接触式智能控制技术充分发展以前，手足尤其是手动操纵，是主要的操纵方式。生活中的工具、设施也多由手脚使用。因此，操纵装置和器物设计中人的因素，主要是指手脚的操纵特性，包括人体手脚尺寸、肢体的施力与运动特性等。 1.手的尺寸 2.人体关节活动 手部关节活动范围a 手部的关节活动可分为腕关节活动和指关节活动两种类型。 　　腕关节主要有两个自由度的活动：①向手心或手背方向的转动，分别称为掌侧屈、背侧屈，参看图5-3a；②向拇指或小手指方向的转动，分别称为桡侧偏、尺侧偏。 腕关节的活动范围 手部关节活动范围(b) 　与手掌相连的指关节有两个自由度的活动：手指握拳或伸开的伸屈活动；指间张开或并拢的张合活动。不与手掌相连的指关节只能作伸屈活动。 手动操纵器按操控运动的轨迹，可分为： 　　旋转式操纵器：如旋钮、摇柄、十字把手、手轮(转向盘)等。 　　移动式操纵器：如操纵杆、手柄、推扳开关等。 　　按压式操纵器：如按钮、按键等。 　用手掌按压操作的操纵器的表面，采用蘑菇样的球面凸起形状。用手指按压的表面要有适合指形的凹陷轮廓。按钮的水平截面应为圆形或矩形，按键应为矩形。矩形按钮和直径3～5mm的按钮可做成球面或平面形状；在需要互相区别、避免混淆而进行编码的情况下允许制成其他形状。 　　用手指操作的扳钮开关、转换开关的柄部应为圆柱形、圆锥形或棱柱形，柄部外端呈凸球形表面；圆锥形柄部的大头朝外(参看后面图5-28)。 二.手动装置设计的人机工程学原则 三.人体的施力 a.人体的肌力及其影响因素 1 .人体主要部位的肌肉力量 2.坐姿的手臂操作力 3.立姿的手臂操纵力 4.握力 人体主要部位的肌肉力量 　人体施力均来源于人体肌肉收缩所产生的力量，称为肌力。决定肌力大小的主要生理因素是： 　　①单条肌纤维的收缩力； 　　②该部位肌肉中肌纤维的数量和体积； 　　③肌肉收缩前的初长度； 　　④中枢神经的机能状态； 　　⑤肌肉对骨骼发生作用的机械条件，等等。 从上面所述可知，影响肌力大小的生理因素是复杂的。经测定，20—30岁中等体力的男女青年主要部位的肌力数值如表5-4所示。 　　一般女性的肌力比男性低20％～30％。右利者右手肌力比左手约高l0％；左利者左手肌力比右手约高6％～7％。 坐姿的手臂操作力 　对于中等体力的男子(右利者)，坐姿下手臂在不同角度、不同指向上的操纵力，可对照参看图5-4和表5-5。 表5-5坐姿的手臂操纵力(中等体力的男子，右利者) 　分析表5-5中的数据，可以看出：①在前后方向和左右方向上，都是向着身体方向的操纵力大于背离身体方向的操纵力；②在上下方向上，向下的操纵力一般大于向上的操纵力。表5-5是测试右利男子所得数据，所以右手操纵力大于左手操纵力；对于左利者，情况应该相反。 立姿的手臂操纵力 立姿屈臂操纵力的一项测试实验结果如图5-5所示。实验研究了立姿屈臂从手钩向肩部方向的操纵力与前臂、上臂问夹角的关系，从图中可以看出：前臂上臂间夹角约为70。时，具有最大的操纵力。像风镐、凿岩机之类需手持的较重器具，大型闸门开启装置等设施的设计时，都应注意适应人体屈臂操纵力的这种特性。 立姿屈臂操纵力的分布 立姿、前臂在水平面两方向上的推力 握力 在两臂自然下垂、手掌向内(即手掌朝向大腿)执握握力器的条件下测试，一般男子优势手的握力约为自身体重的47％～58％；女子约为自身体重的40％～48％。但年轻人的瞬时最大握力常高于这个水平。非优势手的握力小于优势手。若手掌朝上测试，握力值增大一些；手掌朝下测试，握力值减小一些。 人体所有的施力状态下，力量的大小都与持续的时间有关。随着施力持续时间加长，力量逐渐减小。例如某些类型的肌力持续到4min时，就会衰减到最大值的1／4左右；且肌力衰减到最大值1／2所经历的持续时间，对多数人是基本相同的。