1、16.1 人机界面概述人机界面概述6.2 信息显示装置的类型及设计原则信息显示装置的类型及设计原则6.3 视觉显示装置设计视觉显示装置设计6.4 听觉显示装置设计听觉显示装置设计6.5 控制装置的类型及设计原则控制装置的类型及设计原则6.6 控制装置设计控制装置设计6.7 控制器和显示器的相合性控制器和显示器的相合性6.8 显示器和控制器的布置显示器和控制器的布置掌握人机界面的定义及要素；掌握人机界面的定义及要素；掌握信息显示装置的类型及相关的设计基本原则，在掌握信息显示装置的类型及相关的设计基本原则，在此基础上掌握主要显示装置（此基础上掌握主要显示装置（视觉显示、听觉显示装视觉显示、听觉显示
2、装置置）的设计；）的设计；掌握掌握控制装置控制装置的类型及相关的设计基本原则，学习手的类型及相关的设计基本原则，学习手动控制器及脚动控制器的一般设计要求；动控制器及脚动控制器的一般设计要求；理解理解控制器和显示器的相合性控制器和显示器的相合性内容，显示器和控制的内容，显示器和控制的布置基本原则及具体布置设计要求。布置基本原则及具体布置设计要求。2人机界面（人机界面（HumanHumanMachine InterfaceMachine Interface）是人与机器进）是人与机器进行交互的操作方式，即用户与机器互相传递信息的媒介，行交互的操作方式，即用户与机器互相传递信息的媒介，其中包括信息的输
3、入和输出。好的人机界面美观易懂、其中包括信息的输入和输出。好的人机界面美观易懂、操作简单且具有引导功能，使用户感觉愉快，能增强兴操作简单且具有引导功能，使用户感觉愉快，能增强兴趣，从而提高使用效率趣，从而提高使用效率。34在人机系统中，人与机之间存在一个相互作用的在人机系统中，人与机之间存在一个相互作用的“面面”，称为，称为人机界面人机界面，人与机之间的信息交流和控，人与机之间的信息交流和控制活动都发生在人机界面上。机器的各种显示都制活动都发生在人机界面上。机器的各种显示都“作作用用”于人，实现机人信息传递；人通过视觉和听觉于人，实现机人信息传递；人通过视觉和听觉等感官接受来自机器的信息，经过
4、人脑的加工、决策，等感官接受来自机器的信息，经过人脑的加工、决策，然后作出反应，实现人机的信息传递。可见，人机然后作出反应，实现人机的信息传递。可见，人机界面的设计直接关系到人机关系合理性，而研究人机界面的设计直接关系到人机关系合理性，而研究人机界面则主要针对两个问题：界面则主要针对两个问题：显示与控制显示与控制。5在人机界面上，向人表达机械运转状态的仪表在人机界面上，向人表达机械运转状态的仪表或器件叫显示器（或器件叫显示器（displaydisplay），供人操纵机械），供人操纵机械运转的装置或器件叫控制器（运转的装置或器件叫控制器（controllercontroller）。）。如果把感受
5、器、中枢神经系统和运动器作为人如果把感受器、中枢神经系统和运动器作为人的三个要素，而把机械的的三个要素，而把机械的显示器、机体和控制显示器、机体和控制器器作为机械的三个要素，并将各要素之间的联作为机械的三个要素，并将各要素之间的联系用图表示出来，就叫做三要素基本模型。系用图表示出来，就叫做三要素基本模型。676.2.1 6.2.1 信息显示装置的类型信息显示装置的类型86.2.2 6.2.2 信息显示装置设计原则信息显示装置设计原则准确性原则准确性原则简单性原则简单性原则一致性原则一致性原则排列性原则排列性原则9使用哪种显示类型和哪种显示方式，使用哪种显示类型和哪种显示方式，主要取决于主要取决
6、于显示的目显示的目的的和和被显示内容的性质被显示内容的性质,要根据不同的工作场合和工作要求要根据不同的工作场合和工作要求来确定。来确定。如：有的要求精确的数量显示；有的要求明显地显示某如：有的要求精确的数量显示；有的要求明显地显示某一种状态；有的要求显示各信息之间的比较。对于显示器的一种状态；有的要求显示各信息之间的比较。对于显示器的要求，要求，是使操纵者能够是使操纵者能够快速辨别、准确认读、不易失误、不快速辨别、准确认读、不易失误、不易疲劳易疲劳。以以误认百分率、误解百分率、认读所需时间误认百分率、误解百分率、认读所需时间三个参量评价。三个参量评价。10视觉显示方式有两种：视觉显示方式有两种
7、：定量显示定量显示和和定性显示定性显示。1 1）定量显示定量显示包括包括数字式显示数字式显示、指针式模拟显示指针式模拟显示等两类。等两类。作为定量显示，在静态显示的条件下数字显示产生的误读率较低，作为定量显示，在静态显示的条件下数字显示产生的误读率较低，且认读时间短。且认读时间短。格雷瑟在格雷瑟在19491949年用八个指针式仪表和一个数字显示仪表，对受过训练的年用八个指针式仪表和一个数字显示仪表，对受过训练的飞行员和大学生进行认读实验。飞行员和大学生进行认读实验。结果：三针式高度计误读率最高结果：三针式高度计误读率最高并且认读并且认读时间最长。时间最长。11数字式显示的特点：数字式显示的特点
8、：认读过程简单速度快，读数准确精度认读过程简单速度快，读数准确精度高（适应于静态显示，高（适应于静态显示，误读率为指针模拟显示的误读率为指针模拟显示的1/101/10）。）。但反映不了偏差量；但反映不了偏差量；指针式模拟显示的特点：能连续的、直观的指针式模拟显示的特点：能连续的、直观的反映机器的运反映机器的运行状态或预测机器的变化趋势。行状态或预测机器的变化趋势。给人以形象化的启示，不给人以形象化的启示，不但反映测量的偏差量，而且也显示了偏差方向。适合于静但反映测量的偏差量，而且也显示了偏差方向。适合于静态。态。轮船：轮船：7575以上用以上用指针式仪表检查设备的运行情况。指针式仪表检查设备的
9、运行情况。12 要求和目的：要求和目的：准确有效地表明机械设备的运行状态，而不准确有效地表明机械设备的运行状态，而不需要记录和显示精确的数值需要记录和显示精确的数值。标志显示（视觉编码）标志显示（视觉编码）用不同标志将机器或设备的运行状态进行分类，作出区用不同标志将机器或设备的运行状态进行分类，作出区分性的显示。如机械的准备状态、运行状态、停止状态、正分性的显示。如机械的准备状态、运行状态、停止状态、正常区、危险区等。常区、危险区等。l数字和文字数字和文字：电梯显示器：电梯显示器l几何图形：几何图形：收录机键盘收录机键盘l色彩：色彩：安全色安全色（GB28932001）信息符号的颜色最多不超过
10、）信息符号的颜色最多不超过10种。种。实验表明，在实验表明，在数字、字母、几何形状、位置和色彩数字、字母、几何形状、位置和色彩这五种常用的视觉编这五种常用的视觉编码方式中，码方式中，数字和颜色数字和颜色编码最为有效，而按编码最为有效，而按位置编码位置编码的效率最低。的效率最低。13形象化显示形象化显示 形象化显示可以具体直观地显示机器的状态。形象化显示可以具体直观地显示机器的状态。14设计指针式仪表应考虑的安全人机工程学问题：刻度盘刻度盘的形状和大小是否合理；的形状和大小是否合理；指针式仪表的大小与观察距离是否比例适当；指针式仪表的大小与观察距离是否比例适当；刻度盘的刻度盘的刻度划分刻度划分、
11、数字和字母的、数字和字母的形状、大小形状、大小以及以及刻度盘色彩对比刻度盘色彩对比是是否便于监控者迅速而准确地识读；否便于监控者迅速而准确地识读；根据监控者所处的位置，指针式仪表是否布置在最佳视区范围内。根据监控者所处的位置，指针式仪表是否布置在最佳视区范围内。15l表排列时显示形式表排列时显示形式 当用多表排列显示几个同类当用多表排列显示几个同类性质的数量（或质量）的增性质的数量（或质量）的增高或下降是，采用高或下降是，采用竖放的直竖放的直线刻度盘仪表最为有利线刻度盘仪表最为有利 。l一表双显示一表双显示 一表双显示可以克服两只仪表一表双显示可以克服两只仪表数值比较数值比较时的困难，但这种仪
12、表易产生误读，只有表时的困难，但这种仪表易产生误读，只有表盘比较大时才会使用，这时必须使两个表针盘比较大时才会使用，这时必须使两个表针的的形状、颜色、针尾形状、颜色、针尾不相同。不相同。l带式仪表带式仪表 对于具有较多的刻度线，又需对于具有较多的刻度线，又需要控制刻度线密度时，可采用带式要控制刻度线密度时，可采用带式刻度仪表。刻度仪表。16l对称双指针仪表对称双指针仪表 这种表盘可以这种表盘可以同时显示左右状态同时显示左右状态。如图所。如图所示，示，左右两个指针对称安排，可以明显看出左右两个指针对称安排，可以明显看出两个相同或相反的控制状态两个相同或相反的控制状态。l直角坐标式仪表直角坐标式仪
13、表 图为两个相互垂直的刻度表标图为两个相互垂直的刻度表标尺，和两条指线垂直相交构成的仪尺，和两条指线垂直相交构成的仪表，中央表，中央“+”+”形表示机器当前的状形表示机器当前的状态，两条指线指出态，两条指线指出两个控制参数两个控制参数，这种仪表可用于这种仪表可用于二维函数的图解二维函数的图解。171 1）仪表盘的设计）仪表盘的设计l形状选择形状选择有有圆型、半圆型、竖直型、水平型和开窗型圆型、半圆型、竖直型、水平型和开窗型等五种。图表等五种。图表示在一定的照度下，各种表型显示的误读率比较。示在一定的照度下，各种表型显示的误读率比较。试分析原因？18开窗型，开窗型，由于指针不动，刻度数字动，显示
14、的数字少，其由于指针不动，刻度数字动，显示的数字少，其误读率最小。误读率最小。与此相反，与此相反，圆型，半圆型圆型，半圆型等，由于需在仪表中寻找和确认等，由于需在仪表中寻找和确认指针的位置，相对开窗型数字多，在较短的显示时间内比开指针的位置，相对开窗型数字多，在较短的显示时间内比开窗型的误读率高，但因可以用窗型的误读率高，但因可以用指针的倾角指针的倾角来推测显示量，因来推测显示量，因此高于水平型和竖直型显示。圆形的扫描路线比直线短。此高于水平型和竖直型显示。圆形的扫描路线比直线短。水平和竖直型水平和竖直型由于寻找指针位置最费时间，在提示时间短由于寻找指针位置最费时间，在提示时间短的情况下，误读
15、率最高，但与竖直型相比，的情况下，误读率最高，但与竖直型相比，水平型的误读率水平型的误读率偏低偏低，这是因为眼球的运动快的缘故。，这是因为眼球的运动快的缘故。原因分析：原因分析：19仪表盘尺寸设计仪表盘尺寸设计仪表盘的大小尺寸也会影响误读率，一般主要取决于刻度标记的数量和视距数量和视距。刻度数量越多，视距越大，表盘尺寸也越大。但是，无限制地增大表盘尺寸，会导致视线扫描路线和表盘占用面积增大。因此，在设计仪表表盘尺寸的时候，必须要确定表盘尺寸、刻度标记数量和视距之间的恰当比例。以圆形仪表盘为例，假设表盘的最佳直径为D，视距为L，刻度标记数量为I，三者的恰当比例关系如图6-6所示。结果显示，L一定
16、时，I增大时D增大；I一定时，L增大时D增大。20识读速度、识读准确性还与识读速度、识读准确性还与刻度大小、刻度线刻度大小、刻度线的类型、的类型、刻度刻度线的宽度和刻度线的长短线的宽度和刻度线的长短有关。有关。刻度盘上最小刻度线间的距离称为刻度盘上最小刻度线间的距离称为刻度刻度，刻度大小可根据人，刻度大小可根据人眼的眼的最小分辨能力最小分辨能力（0.61mm,0.61mm,一般一般12.5mm12.5mm）和刻度）和刻度盘的盘的材料性质材料性质(钢、铝等钢、铝等 1.0mm1.0mm，铜，铜0.5mm0.5mm）及视距而定。）及视距而定。即刻度线的粗细；刻度线宽度取决于刻度大小。研究表明，即刻
17、度线的粗细；刻度线宽度取决于刻度大小。研究表明，当刻度线宽度为刻度的当刻度线宽度为刻度的10%10%左右时，读数地误差最小左右时，读数地误差最小。一般。一般取刻度大小的取刻度大小的1015%1015%；普通刻度线的宽度常取为；普通刻度线的宽度常取为0.20.20.02mm0.02mm；远距离观察可取；远距离观察可取0.60.8mm0.60.8mm，带有精密装，带有精密装置取置取0.00150.00150.1mm0.1mm211）刻度线设计刻度线设计刻度线的类型与刻度线的粗细粗细、长短长短和方向方向有关。研究表明，刻度线的宽度与刻度有关，一般取刻度的5%-15%5%-15%，且刻度线宽度为刻度的
18、10%10%的时候误读率最小，普通刻度线的宽度通常为0.10.10.02mm0.02mm；刻度线的长度与认读准确性有着密切的联系，刻度线分为长刻度线、中刻度线和短刻度线三种，各刻度线和视距之间的比例关系如表6-3所示。刻度方向是指刻度盘上刻度递增的方向，应该与人的视觉运动规律一致，即设计的时候应以从左向右，从上至下，顺时针为佳。222 2）刻度间距设计）刻度间距设计刻度线之间的距离称为刻度间距。如果视距为L，小刻度的最小间距为L/600；大刻度的最小间距为L/50。根据认读效率与刻度大小之间的关系，最好将刻度间距与人眼形成的视角保持在10左右。当视距为750mm时，刻度间距宜为1mm-2.5m
19、m。233 3）设计刻度的标记及标数设计）设计刻度的标记及标数设计当表盘上的刻度比较多时，宜将刻度分为当表盘上的刻度比较多时，宜将刻度分为大刻度大刻度标记、标记、中刻度中刻度标记和标记和小刻度小刻度表记。表记。一般情况下，一般情况下，最大的最大的刻度必须标数，最小的刻度不标数。刻度必须标数，最小的刻度不标数。如果表盘的空间足够大，数字应标记在刻度记号的如果表盘的空间足够大，数字应标记在刻度记号的外侧外侧，避免其被指针挡住；表盘空间有限时，数字应标记在刻避免其被指针挡住；表盘空间有限时，数字应标记在刻度记号的内侧，以扩大刻度间距。度记号的内侧，以扩大刻度间距。但若指针处于表盘外侧，数字统一标于刻
20、度记号但若指针处于表盘外侧，数字统一标于刻度记号内侧内侧。圆形仪表的标数除了按照顺时针方向递增以外，圆形仪表的标数除了按照顺时针方向递增以外，0 0位应设位应设置于时钟的置于时钟的1212点或点或9 9点位置，以符合人们的认读习惯点位置，以符合人们的认读习惯。2425 模拟显示大都是靠指针指示。指针的形状、宽窄、长短和色彩配置指针的形状、宽窄、长短和色彩配置形状形状指针形状要单纯、明确，不应有装饰。指针形状要单纯、明确，不应有装饰。指针的基本形状各种箭头形状的比较5)指针设计指针设计指针设计的人机学问题指针设计的人机学问题2627 宽度宽度指针针尖宽度应与最短刻度线等宽。指针不应接触刻度盘面，
21、指针针尖宽度应与最短刻度线等宽。指针不应接触刻度盘面，但要尽量贴近盘面。但要尽量贴近盘面。精度精度要求很要求很高高的仪表，其的仪表，其指针和刻度盘面应装配在指针和刻度盘面应装配在同一平面内同一平面内。长度长度指针的针尖不要覆盖刻度，一般离开刻度记号指针的针尖不要覆盖刻度，一般离开刻度记号1.6mm左右。左右。颜色颜色指针的颜色与刻度盘的颜色应有较鲜明的对比。指针、刻度指针的颜色与刻度盘的颜色应有较鲜明的对比。指针、刻度和表盘的配色关系要符合人的和表盘的配色关系要符合人的色觉原理色觉原理。一般：亮底暗指针。一般：亮底暗指针优于优于暗底亮暗底亮指针。（墨绿色和淡黄色表盘配白色或黑色，误读率最小；黑
22、色和灰黄指针。（墨绿色和淡黄色表盘配白色或黑色，误读率最小；黑色和灰黄色表盘配白色刻度，误读率最大）色表盘配白色刻度，误读率最大）其特点是其特点是显示简单、准确、可显示各种读数和状态的具显示简单、准确、可显示各种读数和状态的具体数值体数值，对于需要记数或读取数值的作业来说，这类显示器，对于需要记数或读取数值的作业来说，这类显示器具有具有认读速度快、精度高，且不易产生视觉疲劳等认读速度快、精度高，且不易产生视觉疲劳等优点。优点。28H字符高度，mm；L视距，mm；最小视角，一般取值1030，由实验决定。2930 电子数码显示电子数码显示圆点阵显示圆点阵显示（4）信号显示设计信号显示设计1)信号显
23、示特征信号显示特征特点：特点：面积小、视距远、引人注目且简单明了，但信面积小、视距远、引人注目且简单明了，但信息量有限，当信号太多时，会形成杂乱和干扰。息量有限，当信号太多时，会形成杂乱和干扰。信号装置主要有信号装置主要有两个作用两个作用，其一，其一是指示性的是指示性的，即引起，即引起操作者的注意，或指示操作，具有传递信息的作用；操作者的注意，或指示操作，具有传递信息的作用；其二是其二是显示工作状态显示工作状态，即反映某个指令、某种操作或，即反映某个指令、某种操作或某种运行过程的执行情况。某种运行过程的执行情况。322)信号灯设计所依据的主要原则信号灯设计所依据的主要原则 信号灯的视距和亮度：
24、在一定视距下，能引起人注意的信号灯，其亮度至少两倍于背景两倍于背景的亮度，同时背景以灰暗无光为好，但信号灯的亮度太大会造成眩目而影响观察。见表表6-4信号灯的颜色：信号灯的颜色：作为作为警戒、禁止、停顿警戒、禁止、停顿或指示不安全或指示不安全情况的信号灯，最好使用情况的信号灯，最好使用红红色色；提请注意提请注意的信号灯用的信号灯用黄色黄色；表示；表示正常正常运行运行的信号灯用的信号灯用绿色绿色。33表表6-4 能见距离与空气透明度的关系能见距离与空气透明度的关系大气状态大气状态透明系数透明系数能见距离能见距离 km空气绝对纯净空气绝对纯净0.99200透明度非常好透明度非常好0.97150很透
25、明很透明0.96100透明度良好透明度良好0.9250透明度中等透明度中等0.8120空气稍许混浊空气稍许混浊0.6610空气混浊（霾）空气混浊（霾）0.364空气很混浊（浓霾）空气很混浊（浓霾）0.122薄薄 雾雾0.0151中中 雾雾2 10-4 8 10-100.50.2浓浓 雾雾10-19 10-340.10.05极浓雾极浓雾10-34几十几十 几米几米343）闪光信号）闪光信号 闪光信号较之固定光信号更能引起人闪光信号较之固定光信号更能引起人注意，闪光信号的作用是：注意，闪光信号的作用是：引起观察者的进一步注意；引起观察者的进一步注意；指示操作者立即采取行动；指示操作者立即采取行动；
26、反映不符指令要求的信息；反映不符指令要求的信息；用闪光的快慢指示机器或部件运动速度的快慢；用闪光的快慢指示机器或部件运动速度的快慢；用以指示警觉或危险信号。用以指示警觉或危险信号。闪光信号的闪烁频率一般为闪光信号的闪烁频率一般为0.61.67Hz，较优先和较紧，较优先和较紧急的信息可使用较高的闪烁频率（急的信息可使用较高的闪烁频率（1020Hz）。354）信号灯形象和复和显示）信号灯形象和复和显示 形象显示：形象显示：为了使信号灯的显示与其代表的含意有为了使信号灯的显示与其代表的含意有逻辑上的联系，用一些形象化的办法效果最好。如逻辑上的联系，用一些形象化的办法效果最好。如用用“”代表方向，用代
27、表方向，用“”或或“O”表示禁止；用表示禁止；用“！”表示警觉、危险；用较快的闪光表示快速，表示警觉、危险；用较快的闪光表示快速，用较慢的闪光表示慢速等，这就是信号灯的形象显用较慢的闪光表示慢速等，这就是信号灯的形象显示。示。复合显示：复合显示：当所要显示的信息内容较复杂时，往往当所要显示的信息内容较复杂时，往往单个信号灯难以胜任，在此情况下，可采用多个信单个信号灯难以胜任，在此情况下，可采用多个信号灯的复合显示来实现。号灯的复合显示来实现。36现代信息显示中，广泛应用各种类型的符号标志，从交通现代信息显示中，广泛应用各种类型的符号标志，从交通（铁路、公路、海上）路标、航标、气象标志，到毒物危
28、险（铁路、公路、海上）路标、航标、气象标志，到毒物危险标志、工程图、地图、电子线路、商标、电子元器件等，种标志、工程图、地图、电子线路、商标、电子元器件等，种类繁多，形式不一，但通常都类繁多，形式不一，但通常都采用与其指示的含义相一致的采用与其指示的含义相一致的简化图形，以作为一种高度概括、简练、形象生动的通用信简化图形，以作为一种高度概括、简练、形象生动的通用信息载体来代替信号的传示息载体来代替信号的传示。符号标志的应用，。符号标志的应用，有利于操作者有利于操作者迅速观察和辨认，提高了信息的传递速度迅速观察和辨认，提高了信息的传递速度，在某些场合显得，在某些场合显得更经济。更经济。符号标志的
29、评价标准：符号标志的评价标准：识别性、注目性、视认性、可读性、联想性。识别性、注目性、视认性、可读性、联想性。37381.1.屏面设计屏面设计显示屏屏面的大小与目标物的大小和视距有关。认读周期短或者只需要检测一些微弱信号时，视距可减少。作业者也可以根据情况靠近屏幕观察。除了屏面大小，屏幕分辨率也是屏面设计的一个很重要的因素。2.2.目标亮度目标亮度通常目标的亮度达到65cd/m2时就能有效分辨目标物。总的来说，亮度适中为好，太亮会刺激眼睛且易疲劳，对于显示器的使用寿命也会有一定的影响。3.3.亮度对比度亮度对比度暗目标搭配亮背景的设计会使眼睛在读取时舒适感更强。缺点是容易产生闪烁，仅适合应用在
30、一些高端的CRT。39在人机系统中，也利用声音这一媒介来显示、传递人与机之间的信息。听觉显示器分成两大类：听觉信息显示器和言语信息显示器40角笛和汽笛：角笛角笛和汽笛：角笛的声音有吼声和尖叫声，常用作的声音有吼声和尖叫声，常用作高噪声环境中的报警高噪声环境中的报警装置装置。汽笛声汽笛声频率高，声强也高，较适合于频率高，声强也高，较适合于紧急状态的音响报警装置紧急状态的音响报警装置。警报器：警报器：它的声音强度大，可传播很远，频率由低到高，发出的声调有它的声音强度大，可传播很远，频率由低到高，发出的声调有上升和下降的变化，可以抵抗其它噪声的干扰，特别能引起人们的注意，上升和下降的变化，可以抵抗其
31、它噪声的干扰，特别能引起人们的注意，并强制性地使人们接受，主要用作并强制性地使人们接受，主要用作危急状态报警危急状态报警。414243大大于于40dB（A）6.5.1 控制器的类型控制器的类型（1）按操纵方式（身体器官）划分）按操纵方式（身体器官）划分 1）手控制器手控制器 2）足控制器足控制器 （2）按控制器的功能划分）按控制器的功能划分 1）开关控制器开关控制器，用于简单的开或关，启动或停止。常用的有，用于简单的开或关，启动或停止。常用的有按钮、踏板、手柄等。按钮、踏板、手柄等。2）转换控制器转换控制器，适用于系统，适用于系统不同状态之间的转换不同状态之间的转换。如手柄、。如手柄、选择开关
32、、转换开关、操纵盘等。选择开关、转换开关、操纵盘等。3）调整控制器调整控制器，用于调整系统中，用于调整系统中工作参数定量增加或减少工作参数定量增加或减少。如旋钮、手轮、操纵盘等。如旋钮、手轮、操纵盘等。4）制动控制器，制动控制器，用于紧急状态下启动或停止。要求灵敏度高、用于紧急状态下启动或停止。要求灵敏度高、可靠性强，如制动闸、操纵杆、手柄、按钮等。可靠性强，如制动闸、操纵杆、手柄、按钮等。441.1.控制器的设计要求控制器的设计要求（1 1）尺寸、形状要适应人体结构尺寸要求。适宜的操纵力不应该超出）尺寸、形状要适应人体结构尺寸要求。适宜的操纵力不应该超出人的用力限度，并将操纵器控制在人施力适
33、宜、方便的范围内。表人的用力限度，并将操纵器控制在人施力适宜、方便的范围内。表6-86-8为一些控制器的允许的最大用力。为一些控制器的允许的最大用力。表6-8为一些控制器的允许的最大用力。（2 2）与人的施力和运动输出特性相适应。）与人的施力和运动输出特性相适应。（3 3）多个控制器时，应易于辨认和记忆。）多个控制器时，应易于辨认和记忆。（大小、颜色、空间位置大小、颜色、空间位置上上）。（4 4）尽量利用控制器的结构特点或操作者体位的重力进行控制。重复）尽量利用控制器的结构特点或操作者体位的重力进行控制。重复性和连续性的控制动作应分布在各个器官，防止产生单调感和作业疲性和连续性的控制动作应分布
34、在各个器官，防止产生单调感和作业疲劳。劳。（5 5）尽量设计多功能控制器。）尽量设计多功能控制器。452.2.操纵阻力的设计操纵阻力的设计控制信息的反馈方式有仪表显示、音响显示、振动变化及操控制信息的反馈方式有仪表显示、音响显示、振动变化及操纵阻力。其中，纵阻力。其中，操纵阻力操纵阻力是为了提高操作的准确性、平稳性是为了提高操作的准确性、平稳性和速度以及向操作者提供反馈信息，以判断操纵是否被执行和速度以及向操作者提供反馈信息，以判断操纵是否被执行同时防止控制器被意外碰撞而引起的偶发启动。因此，它是同时防止控制器被意外碰撞而引起的偶发启动。因此，它是设计控制器的重要考虑因素。操纵阻力主要有设计控
35、制器的重要考虑因素。操纵阻力主要有静摩擦力、弹静摩擦力、弹性力、粘滞力和惯性力性力、粘滞力和惯性力，特点如表，特点如表6-96-9。操纵阻力的大小与控制器的操纵阻力的大小与控制器的类型、位置、移动距离、操作频类型、位置、移动距离、操作频率、力的方向率、力的方向等因素有关。一般操纵力必须控制在施力方向等因素有关。一般操纵力必须控制在施力方向的最佳施力范围内，而的最佳施力范围内，而最小阻力应最小阻力应大于大于操作人员手脚的操作人员手脚的最小最小敏感压力敏感压力。46表表6-9 摩擦、弹性、粘滞性等控制器的阻力特性摩擦、弹性、粘滞性等控制器的阻力特性类型类型举例举例特性特性优优 点点缺缺 点点用途用
36、途摩擦力摩擦力开关闸开关闸刀刀开始时阻力较大，开始时阻力较大，开关滑动时阻力开关滑动时阻力即下降即下降因阻力大，可减少意因阻力大，可减少意外动作外动作控制准确度控制准确度低低宜作不宜作不连续控连续控制制弹弹 力力弹簧作弹簧作用等用等阻力随控制器移阻力随控制器移动距离加长而增动距离加长而增大大控制准度确高；控制控制准度确高；控制器能自动归回空位器能自动归回空位控制器到中控制器到中间位置要定间位置要定位时，需设位时，需设定位装置定位装置可作连可作连续控制续控制粘滞力粘滞力活塞作活塞作用等用等阻力与控制器移阻力与控制器移动速度相对应动速度相对应控制准度高；运动速控制准度高；运动速度均匀；稳定性好度均
37、匀；稳定性好造价高造价高宜作连宜作连续控制续控制惯性力惯性力起重机起重机的摇把的摇把等等阻力由多级结构阻力由多级结构的惯性产，一般的惯性产，一般较大较大允许平滑移动；因需允许平滑移动；因需较大作用力，故减少较大作用力，故减少了意外移动的可能了意外移动的可能操作疲劳；操作疲劳；移动准确性移动准确性差差可用于可用于不精确不精确控制控制473.控制器编码控制器编码 编码的目的：一是为了说明控制器的编码的目的：一是为了说明控制器的位置或状态，以便位置或状态，以便确认操作的准确性确认操作的准确性；二是使二是使不同的控制器各具特点不同的控制器各具特点，便于记，便于记忆、寻找和感受信息，保证操作的正确性。忆
38、、寻找和感受信息，保证操作的正确性。1）形状和表纹编码）形状和表纹编码 根据控制器的用途，将控制器设计成不同的根据控制器的用途，将控制器设计成不同的形状和触觉能形状和触觉能辨认的表纹辨认的表纹，以使，以使视觉上和触觉视觉上和触觉上易于上易于区分区分。几何形状几何形状15 注意：注意：（1）形状编码要尽量简单易识别；）形状编码要尽量简单易识别；（2）形状编码的形态设计要尽量与其使用功能的特）形状编码的形态设计要尽量与其使用功能的特点相吻合；点相吻合；（3）控制器的形状编码的手感要好；当戴手套操作）控制器的形状编码的手感要好；当戴手套操作时，也应能较好地分辨和使用。时，也应能较好地分辨和使用。48
39、三类旋钮控制器三类旋钮控制器连续旋转钮（控制范围超过连续旋转钮（控制范围超过360o）部分旋转钮部分旋转钮（控制范围不超过（控制范围不超过360）定位指示旋钮定位指示旋钮（控制范围有固定的边界限）（控制范围有固定的边界限）492）大小编码）大小编码 应用范围较小，通常在同一系统中只能设计应用范围较小，通常在同一系统中只能设计大、中、小三大、中、小三种规格。由于种规格。由于大小编码的视觉和触觉感知度小的原因，大小编码的视觉和触觉感知度小的原因，常与其他形式编码一起使用常与其他形式编码一起使用。几何。几何大小大小5 5 3）位置编码）位置编码 要求：位置编码的控制器数量不多，并须与人的操作顺序和要
40、求：位置编码的控制器数量不多，并须与人的操作顺序和操作习惯相一致操作习惯相一致。（盲位定位盲位定位）位置编码的标准化；操作方法编码4）色彩编码）色彩编码 色彩编码一般不单独使用，常与形状编码、大小编码等合并使用。色彩编码一般不单独使用，常与形状编码、大小编码等合并使用。5种种5）符号编码）符号编码 在控制器上标以不同的在控制器上标以不同的文字或图形符号文字或图形符号以区别不同的控制器。以区别不同的控制器。示意性符号示意性符号减少了大脑译码的过程。减少了大脑译码的过程。符号应力求简单、达意、明显、易认。符号应力求简单、达意、明显、易认。50操作控制系统操作控制系统的安全因素的安全因素l操作误差的
41、种类操作误差的种类 资料表明，资料表明，58%78%的操作误差所引起的事故是由于的操作误差所引起的事故是由于人机关系协调性不够造成的。人机关系协调性不够造成的。1）置换差错。）置换差错。其主要原因是不同功用的控制器位置安排不适当或控制其主要原因是不同功用的控制器位置安排不适当或控制器的识别标志不明显。器的识别标志不明显。2）调节错误。）调节错误。调节控制时，调错控制器的位置，致使机器或设备的运调节控制时，调错控制器的位置，致使机器或设备的运行状态发生错误。如自动走刀机床的进刀深度及速度的控制。行状态发生错误。如自动走刀机床的进刀深度及速度的控制。51 3）逆转错误。）逆转错误。操作控制器时，操
42、作控制器时，操作的方向与实际需要的方向相反，操作的方向与实际需要的方向相反，因而因而产生逆转错误。产生逆转错误。原因原因是控制器的运动方向不合人的操作习惯，控制器的方是控制器的运动方向不合人的操作习惯，控制器的方向与机器的运转方向或与指示器的方向向与机器的运转方向或与指示器的方向缺逻辑上的联缺逻辑上的联系，或系，或控制器本身缺乏醒目的导向标志。控制器本身缺乏醒目的导向标志。4）无意的操作错误）无意的操作错误 在使用控制器时在使用控制器时忘记复位或固定忘记复位或固定，操作时间不准确操作时间不准确，以及，以及操作不小心操作不小心等，都能造成无意的错误。等，都能造成无意的错误。其其原因有原因有：控制
43、器本身缺乏复位装置或某种报警信号系统；：控制器本身缺乏复位装置或某种报警信号系统；操纵部件的阻力不够，手感不强，操作时难以感觉出操纵量操纵部件的阻力不够，手感不强，操作时难以感觉出操纵量的大小；控制器的配置量和操纵力超过了人的操作能力，使的大小；控制器的配置量和操纵力超过了人的操作能力，使人难以方便地操作。人难以方便地操作。52（1）手动控制器设计）手动控制器设计 手的运动有如下特征：垂直面垂直面内手的运动速度比在水平面内快，准确度高；内手的运动速度比在水平面内快，准确度高；手从手从上往下上往下运动比从下往上运动为快；运动比从下往上运动为快；在水平面内，手的在水平面内，手的前后前后运动比左右运
44、动快，作旋转运动比运动比左右运动快，作旋转运动比作直线运动的速度快。对一般人来说，作直线运动的速度快。对一般人来说，右手右手运动比左手快，运动比左手快，且右手向右运动比向左运动为快；且右手向右运动比向左运动为快；手向手向接近身体接近身体方向运动比离开身体方向这两个运动时，速方向运动比离开身体方向这两个运动时，速度最慢；度最慢；顺时针顺时针方向运动比逆时针方向运动为快；方向运动比逆时针方向运动为快；单手单手操作的精确度高，速度快。操作的精确度高，速度快。53根据功能要求，旋钮可以根据功能要求，旋钮可以旋转一圈旋转一圈、多圈多圈、或、或不满不满一圈一圈、可以、可以连续多次旋转连续多次旋转，也可以，
45、也可以定位旋转定位旋转。根据旋钮的形状，可分为根据旋钮的形状，可分为圆形旋钮圆形旋钮，指针形旋钮指针形旋钮和和手动转盘手动转盘等。等。旋钮设计旋钮设计54 按钮有按钮有两种结构两种结构：一种是按则下降，松则弹起，这是：一种是按则下降，松则弹起，这是单作用按钮单作用按钮；还有一种按下之后可以锁住，再揿时才能；还有一种按下之后可以锁住，再揿时才能弹回，这是具有保持位的弹回，这是具有保持位的双作用按钮双作用按钮。按钮有三个按钮有三个主要参数主要参数：直径、作用力及移动距离。直径、作用力及移动距离。直直径，对大拇指可取径，对大拇指可取20mm，其它手指可取为，其它手指可取为15mm。直径。直径大于大于
46、15mm时，可将顶部做成球面线凹坑，以便于手感定时，可将顶部做成球面线凹坑，以便于手感定位。单指按钮的阻力，大拇指按钮可取为位。单指按钮的阻力，大拇指按钮可取为2.9419.6N，其他手指按钮可取为其他手指按钮可取为1.475.89N。按钮设计按钮设计5556 扳动开关一般有扳动开关一般有“开开”、“关关”两个位置，手柄两个位置，手柄长度最大可取长度最大可取50mm，最小不得小于最小不得小于5mm。其中以其中以船形开关船形开关翻转速翻转速度最度最快快，推拉开关和滑推拉开关和滑动开关动开关由于行程和阻力由于行程和阻力的原因，动作时间较长。的原因，动作时间较长。扳动开关具有操作简便、扳动开关具有操
47、作简便、动作迅速的优点动作迅速的优点。扳动开关设计扳动开关设计57（2）操纵杆设计）操纵杆设计 操纵杆多用在拖拉机，起重机，履带式机动车辆，飞机等交操纵杆多用在拖拉机，起重机，履带式机动车辆，飞机等交通工具和各种重型的控制系统。通工具和各种重型的控制系统。优点：优点：可以利用较大的杠杆比，操纵阻力较大的控制器。可以利用较大的杠杆比，操纵阻力较大的控制器。使操纵杆的运动方向与被控机器的运动方向一致，可以实使操纵杆的运动方向与被控机器的运动方向一致，可以实现模拟操作。现模拟操作。操纵杆宜作推、拉等直线运动，较旋转式操纵动作反应快。操纵杆宜作推、拉等直线运动，较旋转式操纵动作反应快。缺点：缺点：搬动
48、角度不能很大，因此不宜作大幅度连续控制，而且调节的搬动角度不能很大，因此不宜作大幅度连续控制，而且调节的准确性也较差。准确性也较差。58（3）脚和腿操纵的控制器设计）脚和腿操纵的控制器设计 适用条件：适用条件：1）需要连续进行操作，而用手操作又不方便的场合；）需要连续进行操作，而用手操作又不方便的场合；2）无论是连续性控制还是间歇性控制，其操纵力超过）无论是连续性控制还是间歇性控制，其操纵力超过510kg的情况下；的情况下；3）手的控制工作量太大，不足以完成控制任务时。）手的控制工作量太大，不足以完成控制任务时。脚动控制器主要有脚动控制器主要有脚踏板，脚踏钮和脚动开关脚踏板，脚踏钮和脚动开关等
49、。当操纵力等。当操纵力超过超过515kg，或，或操纵力小于操纵力小于5kg，但需要连续操作时，但需要连续操作时，宜选用，宜选用脚踏板。对于操纵力较小，且不需连续控制时，宜选用脚踏钮脚踏板。对于操纵力较小，且不需连续控制时，宜选用脚踏钮或脚踏开关。或脚踏开关。59 脚踏板有两种：脚踏板有两种：一种是一种是调节用脚踏板调节用脚踏板，如汽车的制，如汽车的制动踏板等，这种踏板应使之随移动距离而增加阻力动踏板等，这种踏板应使之随移动距离而增加阻力以便产生增量的反馈，如图；另一种是以便产生增量的反馈，如图；另一种是开关踏板开关踏板，如汽车起动马达脚踏按钮等。如汽车起动马达脚踏按钮等。脚踏板的设计脚踏板的设
50、计6061对于对于蹬力要求较大蹬力要求较大的脚操纵器，其空间位置应考虑到施力的脚操纵器，其空间位置应考虑到施力的方便性，的方便性，即使脚和整个腿在操作时形成一个施力单元即使脚和整个腿在操作时形成一个施力单元。大、。大、小腿间的夹角应在小腿间的夹角应在105135 范围内，范围内，以以120 为最佳，这为最佳，这种姿势下脚的蹬力可达种姿势下脚的蹬力可达2250N。62对于对于蹬力要求较小蹬力要求较小的脚操纵器，考虑的脚操纵器，考虑坐姿时脚的施力坐姿时脚的施力方便方便，大、小腿夹角以，大、小腿夹角以105-110 为宜。为宜。636.7.1 6.7.1 空间关系空间关系的相合性的相合性著名的著名的
