人机系统的安全设计控制器设计教学PPT.ppt

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： ⑴ 手控装置 如按钮、开关、旋钮、曲柄、杠杆及手轮。 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 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 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 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。  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 表5－19 不同控制器所要求的最小阻力 ⑵ 控制器的运动 由于控制器的主要目的是控制系统的变化，因此，应尽量使控制器的操作方向与系统过程的变化方向相一致，这样可以使控制器的操作形象化，又可使控制器的操作和系统的变化之间产生一定的逻辑关系，有利于操作人员记忆和辨认，提高操作效率。下图给出几种操纵控制器与系统反应的对应方向的关系。 操纵控制与系统反应的对应方向 ⑶ 控制器上手或脚的使用部位的尺寸和结构 手或脚操作的控制器尺寸，首先取决于控制器上手或脚使用部位的尺寸，其次需根据操作时是否戴手套，或作业时鞋的形式来决定放宽的尺寸。显然对不同的控制器，由于压或握的用力方式不同，操纵件尺寸和形状也不同。 手或脚使用的部位还决定于控制器的重量分配。必须在保证空位时操纵者可以离开控制器自由活动，工作位时，不会因负担控制器的重量而引起疲劳。 如果是手用工具，又不是利用重力工作的，就应尽量使工作的重心落在手握的部位上，以免手腕肌肉承担较大的静力负荷而引起疲劳。 握把部位不宜太光滑或太粗糙，若过于光滑，操纵时不易抓稳或握住，特别是手上有油或水的情况下更加不利，易发生失手事故，或因长时间过大的静力负荷而使手疲劳，故一般选用无光泽的软纹皮包层为宜。 手柄的形状应尽量使手腕保持自然状态，使手与小臂处于一条直线上，如果使手腕向某一方向弯曲，就会使骨骼肌产生静力疲劳。因此设计原则是“宁肯弯曲手柄也不要使手臂弯曲”。对手动工具也是这样，更需要使握力充分发挥出来。影响握力的主要因素是手柄直径，手柄直径为50mm时欧洲人握力最大，对亚洲人而言手柄直径可取40～50mm之间。 由于脚对动作和压力的敏感度均较低，因此脚用按钮或踏板应有足够大的行程，以减小误踏时产生误动作的可能。脚用按钮还应有足够大的接触平面，以便于寻找和踩稳。脚踏板应有增加摩擦力的网纹。