第四节控制器的设计 ·控制器是操作者用以控制机器运行状态的装 置或部件,是联系人和机的重要部件之 ·生产中的许多事故是因控制器的设计未能充 程 分考虑人的因素所致 ·费茨(P.M.Fits)和琼斯(R.E. Jones) 第 1947年在分析飞行驾驶中出现的460个操作失 误中,发现其中68%的错误是由于控制器设 计不当引起的。这足以说明控制器设计的重 要性 2006.3 安会与环境二系 第1页
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 2006.3 安全与环境工程系 第 1 页 第四节 控制器的设计 • 控制器是操作者用以控制机器运行状态的装 置或部件，是联系人和机的重要部件之一 • 生产中的许多事故是因控制器的设计未能充 分考虑人的因素所致 • 费茨（P．M．Fitts）和琼斯（R．E．Jones） 1947年在分析飞行驾驶中出现的460个操作失 误中，发现其中68％的错误是由于控制器设 计不当引起的。这足以说明控制器设计的重 要性
一、控制器的类型与选择 1、按操纵的动力装置分,有三类: (1)手控装置如按钮、开关、旋钮、曲柄、杠杆及手轮 (2)脚控装置如脚踏板、脚踏钮、膝控制器等 机·(3)其它如声控、光控。 工·2、按控制器的功能分,有四类: 程·①开关控制器用于简单的开或关,启动或停止的操纵 控制。常用的有按钮、踏板、手柄等。 2)转换控制装置用于系统当中不同状态之间的转换操 第 纵控制。如手柄、选择开关、转换开关、操纵盘。 拿了(3)调整控制装置用于调整系统中工作参数定量增加或 减少的操纵控制。如旋钮、手轮、操纵盘等。 4)紧急停车控制装置用于紧急状态下启动或停止的 操纵控制。如制动闸、操纵杆、手柄。 2006.3 安会与环境二系 第2宽
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 2006.3 安全与环境工程系 第 2 页 • 一、控制器的类型与选择 • 1、按操纵的动力装置分，有三类： • ⑴ 手控装置 如按钮、开关、旋钮、曲柄、杠杆及手轮。 • ⑵ 脚控装置 如脚踏板、脚踏钮、膝控制器等。 • ⑶ 其它 如声控、光控。 • 2、按控制器的功能分，有四类： • ⑴ 开关控制器 用于简单的开或关，启动或停止的操纵 控制。常用的有按钮、踏板、手柄等。 • ⑵ 转换控制装置 用于系统当中不同状态之间的转换操 纵控制。如手柄、选择开关、转换开关、操纵盘。 • ⑶ 调整控制装置 用于调整系统中工作参数定量增加或 减少的操纵控制。如旋钮、手轮、操纵盘等。 • ⑷ 紧急停车控制装置 用于紧急状态下启动或停止的 操纵控制。如制动闸、操纵杆、手柄
二、控制器设计的一般原则 1、控制器设计的一般要求 (1)控制器设计要适应人体运动的特征,考虑 操作者的人体尺寸和体力。(表5-16、17 (2)控制器操纵方向应与预期的功能方向和机 器设备的被控制方向一致。 程 学·(3)控制器要利于辨认和记忆。 (4)尽量利用控制器的结构特点进行控制(如 第 弹簧等)或借助操作者体位的重力(如脚踏 开关)进行控制。 °(5)尽量设计多功能控制器,并把显示器与之 有机结合,如带指示灯按钮等。 2006.3 安会与环境二系 第3页
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 2006.3 安全与环境工程系 第 3 页 • 二、控制器设计的一般原则 • 1、控制器设计的一般要求 • ⑴ 控制器设计要适应人体运动的特征，考虑 操作者的人体尺寸和体力。(表5-16、17) • ⑵ 控制器操纵方向应与预期的功能方向和机 器设备的被控制方向一致。 • ⑶ 控制器要利于辨认和记忆。 • ⑷ 尽量利用控制器的结构特点进行控制（如 弹簧等）或借助操作者体位的重力（如脚踏 开关）进行控制。 • ⑸ 尽量设计多功能控制器，并把显示器与之 有机结合，如带指示灯按钮等
表5-16常用操纵机构所允许的最大用力 操纵结构的形式 允许的最大用力(N) 轻型按钮 重型按钮 30 脚踏按钮 20~90 程 轻型转换开关 4.5 重型转换开关 20 第 前后动作的杠杆 150 左右动作的杠杆 130 手轮 150 方向盘 150 2006.3 安会与环境二系 第4宽
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 2006.3 安全与环境工程系 第 4 页 表5－16 常用操纵机构所允许的最大用力 操纵结构的形式 允许的最大用力（N） 轻型按钮 5 重型按钮 30 脚踏按钮 20～90 轻型转换开关 4.5 重型转换开关 20 前后动作的杠杆 150 左右动作的杠杆 130 手轮 150 方向盘 150
表5-17平稳转动控制器的最大用力 操作特征 最大用力(N) 用手操纵的转动机构 <10 程 用手和前臂操纵的转动机构 19~38 用手和上肢操纵的转动机构 78~98 第 用手以最高速度旋转的机构 8.8~19 在精确安装时的转动工作 19~29 2006.3 安会与环境二系 第5宽
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 2006.3 安全与环境工程系 第 5 页 操 作 特 征 最大用力（N） 用手操纵的转动机构 < 10 用手和前臂操纵的转动机构 19～38 用手和上肢操纵的转动机构 78～98 用手以最高速度旋转的机构 8.8～19 在精确安装时的转动工作 19～29 表5－17 平稳转动控制器的最大用力
2、设计控制器时应考虑的因素 °(1)控制信息的反馈 来自人体自身反馈信息的部位:眼睛观察 手脚的位移;手、臂、肩或脚、腿、臀感 受的位移或压力信息。 来自机反馈的信息:仪表显示、音响显示、 程 振动变化及操纵阻力四种形式。 1)光显示。即在控制器上装有灯光显示,如图1 第 所示。将按钮做成透明体,内设小灯,当按钮到位 时,按钮即发光。这样不仅可以表明操作控制器的 到位,还可以显示按钮的位置状态,提示操作者注 意。还可以在控制按钮以外的相应位置上用不同色 光的联动装置来表示操作控制器到位的情况。 2006.3 安会与环境二系 第6宽
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 2006.3 安全与环境工程系 第 6 页 • 2、设计控制器时应考虑的因素 • ⑴ 控制信息的反馈 • 来自人体自身反馈信息的部位：眼睛观察 手脚的位移；手、臂、肩或脚、腿、臀感 受的位移或压力信息。 • 来自机反馈的信息：仪表显示、音响显示、 振动变化及操纵阻力四种形式。 • 1）光显示。即在控制器上装有灯光显示，如图1 所示。将按钮做成透明体，内设小灯，当按钮到位 时，按钮即发光。这样不仅可以表明操作控制器的 到位，还可以显示按钮的位置状态，提示操作者注 意。还可以在控制按钮以外的相应位置上用不同色 光的联动装置来表示操作控制器到位的情况
程 2)振动变化。可以反映在控制器上,也 可反映在体觉上(如机动车辆)。振动也 第 常常转化为噪声的形式传递给操作者。 3)音响显示。在控制器上设置到位音响装 置(如“卡嗒”声),这种音响常由控制 器定位机构中自动发出也可以装设专门的 联动音响装置 2006.3 安会与环境二系 第7宽
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 2006.3 安全与环境工程系 第 7 页 • 2）振动变化。可以反映在控制器上，也 可反映在体觉上（如机动车辆）。振动也 常常转化为噪声的形式传递给操作者。 • 3）音响显示。在控制器上设置到位音响装 置（如“卡嗒”声），这种音响常由控制 器定位机构中自动发出也可以装设专门的 联动音响装置
4)操纵阻力主要有静摩擦力、弹性 力、粘滯力、惯性力四种形式。其特 点见表5-18。 ·阻力大小与控制器的类型、位置、移 程 动的距离、操作频率、力的方向等有 关。表5-19列出了不同控制器的最小 第 阻力。 2006.3 安会与环境二系 第8页
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 2006.3 安全与环境工程系 第 8 页 • 4）操纵阻力主要有静摩擦力、弹性 力、粘滯力、惯性力四种形式。其特 点见表5-18。 • 阻力大小与控制器的类型、位置、移 动的距离、操作频率、力的方向等有 关。表5-19列出了不同控制器的最小 阻力
表5—18摩擦、弹性、粘滯性、惯性等 控制器的阻力特性 类型特性 优点 缺点 用途 开始时阻力 摩擦闸大,开关滑因阻力大可减少控制准确度低 宜作连续 力 刀动时阻力即意外动作 控制 下降 程 弹力弹阻力随控制控制准确度高;控控制器移到中间可作连续 簧 器移动距离制器能自动归回位置要定位时, 加长而增大空位 需设定位装置 控制 第熟活阻力与控制控制准确度高运 器移动速度动速度均匀稳定造价高 宜作连续 力 塞相对应 性好 控制 阻力由多级允许平滑移动;因 惯性摇结构的惯性需较大作用力故操作疲劳移动准可用于不 力 把产生,一般减少了意外移动确性差 精确控制 较大 的可能 2006.3 安会与环境二系 第9页
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 五 章 ︶ 2006.3 安全与环境工程系 第 9 页 类型 举 例 特性 优点 缺点 用途 摩 擦 力 闸 刀 开 始 时 阻 力 大 ， 开 关 滑 动 时 阻 力 即 下降 因阻力大可减少 意外动作 控制准确度低 宜 作 连 续 控制 弹力 弹 簧 阻 力 随 控 制 器 移 动 距 离 加长而增大 控制准确度高;控 制器能自动归回 空位 控制器移到中间 位置要定位时， 需设定位装置 可 作 连 续 控制 粘 滞 力 活 塞 阻 力 与 控 制 器 移 动 速 度 相对应 控制准确度高;运 动速度均匀;稳定 性好 造价高 宜 作 连 续 控制 惯 性 力 摇 把 阻 力 由 多 级 结 构 的 惯 性 产 生 ， 一 般 较大 允许平滑移动;因 需较大作用力故 减少了意外移动 的可能 操作疲劳;移动准 确性差 可 用 于 不 精确控制 表5－18 摩擦、弹性、粘滯性、惯性等 控制器的阻力特性
控制器类型 所需最小阻力(N) 手动按钮 2.8 表 扳动开关 2.8 旋转选择开关 3.3 旋钮 0~1.7 摇柄 程 手轮 22 第 手柄 9 脚动按钮 56(如果脚停留在控制器上) 17.8(如果脚不停留在控制器上) 不同控制器所要求的最小阻力 脚踏板 44.5(如果脚停留在控制器上) 17.8(如果脚不停留在控制器上) 2006.3 安会与环境二系 第10页
安全人机工程学︵第五章︶安全人机工程学︵第五章︶安全人机工程学︵第五章︶ 2006.3 安全与环境工程系 第 10 页 控 制 器 类 型 所需最小阻力（N） 手动按钮 2.8 扳动开关 2.8 旋转选择开关 3.3 旋钮 0~1.7 摇柄 9~22 手轮 22 手柄 9 脚动按钮 5.6 （如果脚停留在控制器上） 17.8（如果脚不停留在控制器上） 脚踏板 44.5（如果脚停留在控制器上） 17.8（如果脚不停留在控制器上） 表5－19 不同控制器所要求的最小阻力
