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控制器的设计质量直接影响到整个系统的运行。往往生产中出现的事故，从表面看，似乎是操作者缺乏训练或思想不集中而引起的，但如果作进一步的分析就会发现，造成事故的原因主要是由于控制器设计没有充分考虑人的因素而造成的。因此，对“人-机”系统中人的因素的考虑和重视，是提高工效和避免事故的关键所在。一般地，我们可从以下几个设计的基本要求来考虑： 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 1、任何控制器，都要适应人体生理特征的要求。如控制器的安装位置、排列方式、操纵速度和操作力的大小都要符合人体的生理特征，以便使操作者都能舒适而满意的进行操作。 本文来自www.eadianqi.com 2、控制器要与设备系统的工作状态结合起来。控制器的运动方向应和显示器指针或设备的运动方向相适应，并使之适应人的习惯。如设备某部分是上下直线运动时，此部分的控制器也应上下直线运动；又如汽车的方向盘操作的方向与汽车的转弯方向应该是一致的。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 3、控制器的形态应体现其操作方式，以利于辨认。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 4、控制器的造型设计要求外形尺寸大小适当，适应人体生理特点，而且造型应美观大方，且便于操作。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
5、操纵中的握、动等操作都是人与物接触的过程，从关心人的角度来考虑，我们还是以手动控制器和脚动控制器为主来进行设计探讨。 本文来自www.eadianqi.com （一）手动控制器设计 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
手是人体进行操作活动最多的器官之一。长期不合理的手动操作，能使人产生手部痛觉、出现老茧、甚至变形；同时也能引起大脑疲劳、影响劳动情绪、降低工作效率、影响劳动质量。因此，设计时应充分研究人手与物的关系。比如：首先操纵控制器的形状应与手的特点相适应。就手掌而言，掌心部位肌肉最少，指骨间肌和手指肌是神经末梢满布的区域，而指球肌、大鱼际肌、小鱼际肌是肌肉丰满的肌肉部位，是手掌上的天然减震器（图1为手的生理结构示意）。因此，设计手的接触物时应避免将受力集中于掌心及指骨肌，防止受压受震而引起难以治疗的痉挛，至少也减少了手的疲劳和操作不准。其次，形状应便于触觉对它进行识别。。再者就是手动控制器尺寸应符合人手尺度的需要。 本文来自www.eadianqi.com
人手的运动有着一定的特征，研究手的运动规律，对于手动控制器的设计是很重要的。比如： 手的垂直方向运动速度比水平运动速度快； 手从上往下运动的速度比从下往上的运动速度快； 在水平面内，手的前后运动速度比左右运动速度快，同时旋转运动又比直线运动快； 对一般人来说，右手活动比左手快，顺时针活动比逆时针活动快； 单手操作比双手操作既快又准。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 手动控制器设计中，人手的接触物有旋转、按键、操纵手把等。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 1、旋钮 本文来自www.eadianqi.com 根据功能要求，旋钮可以旋转一圈（360°），一圈以上或不满一圈，可以连续多次旋转，也可作定位旋转等。其形状可分为圆形旋钮、多边旋钮、指针旋钮和手动转盘等，如图2所示。显然，根据设计的形状不同，旋转的用力和旋转量的大小也有区别。如图2a所示的旋转适于微调；如图6-27b所示的旋钮力量可大些；如图2c所示的旋钮带有指示刻线；图2d所示为带有刻度盘的旋钮。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
（1）圆形旋钮 圆形旋钮最常用（图3所示为常见的旋钮形式）。圆形旋钮可用于连续、平稳的旋转（0~360°）及用于多重旋转，可作微量旋钮，精度较高。为了满足旋转要求，往往在其表面上加工出直纹或网纹滚花，旋钮的边缘可作轻微的倒角，但应避免旋钮有锥度。 本文来自www.eadianqi.com
圆形旋钮还可做成两个或三个同心多层旋钮，但必须设计得当，否则操作时容易产生上下层旋钮的五一碰触干扰。如图4所示为多层旋钮的形式及尺寸。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
（2）多边旋钮 常用于不需要连续旋转的场合。一般调节范围不足360°，旋转定位精度不高。 本文来自www.eadianqi.com （3）指针式旋钮 旋钮带有指针的形状，当旋钮旋转时，可靠指针确定旋钮的位置。这种开关应当具有机械的定位装置，当旋钮刚好到位时，操作者应能感觉到或者听到，因此，可得到较精确的调节。设计时应突出指针的形状，以便使操作者了解旋钮的最终位置，并且该旋钮应当有足够的长度、深度，从而使操作者充分的握住，甚至可以设计出一种附加长度以便协助操作者使用更大的力使旋钮旋转定位。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 图5提供了旋钮的适合直径与操作活动的关系，可供设计时参考。 本文来自www.eadianqi.com
2、按键 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
在现代工业产品中，按键用的日益广泛，如计算机的键盘、打字机、传真机、电话机、自动控制设备等，都大量使用按键。它的好处就是可以节省空间，便于操作，便于记忆，熟练者不用视觉就能迅速操作，一个熟练的操作者平均击键频率为5次／s。在按键的设计中，应考虑人手按压的力度、回弹时间及使用频率、手指移动的距离等。 本文来自www.eadianqi.com 在设计中经常使用的按键以四周钝圆的四方形最方便，不常用的可采用圆形。按键表面应劭有凹陷或纹理粗糙，以便掀时手指不易滑落。在手掌掀压的按键表面应为蘑菇形，这样有利于手掌用力均匀。 本文来自www.eadianqi.com 图6a所示为外凸形按键，其操作手感不好，一般用于轻小型而操作次数较少的设备上；按键形式以中凹型（图6d）为佳；按键应突出面板一定的高度，过低则不易感觉位置是否正确（图6b）；按键之间应有一定的距离，否则容易同时接触两个键（图6c);适宜的尺寸可参考图6e所示；密集的按键可做成如图6f所示的形式。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
在设计按键时要合理的确定出其所需的按压力之外，还要注意为了减少不注意时的按键所造成的错误操作，因此必须使案件具有一定的阻力，特别对于机械设备，一个合适的压力控制是非常必要的。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 3、操纵手把 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 操纵手把的外形、大小、长短、质量以及材料等，除应满足操作要求外，还应付和手的结构、尺寸及触觉特性。图6-32给出了手把形状设计，其中图7a、b、c为好；图7d、e、f为差，它们反映了操纵杆握杆与手掌的关系。 本文来自www.eadianqi.com
要设计一种合理的手把，就必须考虑手幅长度、手握粗度、握持状态和触觉舒适性。通常，手把长度必须接近或超过手幅长度，使手在握柄上有一个活动和选择的范围。手把的径向尺寸必须与正常的手握尺寸相符或小于手握尺度。如太粗，手就不能我住手把；太细，手部肌肉就会过度紧张而疲劳。另外，手把的结构必须能够保持手的自然握住状态，以使操作灵活自如。手把的外表面处理，应以保证操作者的触觉舒适性为主。图8所示是各种手把的握住状态。 本文来自www.eadianqi.com
4、拇指轮 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 操作者利用拇指或食指进行操作的一种旋钮，它们只适用于平稳、连续的旋转，而不需要精确的调节场合，例如：音量、光强等，其形状和尺寸如图9所示。 本文来自www.eadianqi.com
设计这种拇指轮的阻力一般在1.7~5.79N之间，若采用多个拇指轮时注意水平布置时不要一个在一个之上，或一个在一个前面，通常该轮向上或向右旋转为“增加功能”。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 （二）脚动控制器的设计 本文来自www.eadianqi.com 用脚操纵的控制器也是比较多和常用的控制装置。如汽车的离合器踏板、制动踏板以及其他机械（如冲床、蒸汽锤）的脚踏板等。一般在下列情况时考虑选用脚动控制器： 需要进行连续操作，而用手又不方面的场合； 无论是连续性控制，还是间歇性控制，其操作力都在超过50~150N的情况下； 手的控制工作量过大，不足以完成控制任务时。 本文来自www.eadianqi.com
在设计和选用脚动控制器时，首先要确定人的操作姿势。一般来说，在立姿和坐姿的选择中应尽量采用坐姿。因为坐姿状态下人体容易保持平衡，而且容易出力。用于精确操作时，坐姿显然优于立姿。为了使操作者在操作时，既省力又舒适，就必须处理好控制器相对于人的位置，否则操作起来不但费劲，而且还容易疲劳。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
脚动控制器主要有脚踏板和脚踏钮两类。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
1、脚踏板 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
脚踏板可分双脚操作踏板和单脚操作踏板。双脚操作的脚踏板主要有往复式和回转式；单脚操作的脚踏板是直动时、分脚踏式和脚踏式，如图10所示。 本文来自www.eadianqi.com 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
脚踏板典型的例子，如汽车的制动踏板。这种踏板人腿与脚的舒适角度为90°，其位置有三种情况，如图11所示。 本文来自www.eadianqi.com
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其中，图11a是座椅较高，小腿和地面几乎垂直的情况，脚的下压力不能超过90N；图11b是座椅较低，小腿倾斜的情况，此时踏力不得超过180N；图11c是座位很低，小退下较平的情况，此时一般蹬力能达到600N。 本文来自www.eadianqi.com 为了便于施力，必须提供一个牢固的座椅支撑，如图12所示。 本文来自www.eadianqi.com 本文来自www.eadianqi.com
脚踏板的高度，应设在脚能出最大力的位置处。在坐姿时，操作力为蹬力，座椅的高度要低于一般座椅的高度，这样当操作力很大时，踏板的高度可与椅面相平或稍低，但不得超过椅面高度，如图13所示。 本文来自www.eadianqi.com 本文来自www.eadianqi.com
若是站立操作，则脚踏板的高度不得超过地面25cm，最佳为20cm或少些。图14列出了立姿、坐姿、立做交替操作时的脚踏板设计参数，可供选用。 本文来自www.eadianqi.com
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当脚踏板开关用于立姿操作时，要很好的安排其位置，使操作者在不影响稳定性的情况准确的使用，避免发生误踩的危险，一般其色彩设计为黄色或橙黄色以引人注目。踏板的形状和尺寸如图15所示。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
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当脚踏板开关用于机械操作时，脚踏的最佳角度大约应设计成10°或再小一些，如果过大，对站立操作者来说，单脚操作易失去平衡，很不安全。如果要求双脚均能踏动，或操作者由于其他需要可以不断改变操作者的姿势时，最好采用踏动杠杆，如图16所示。其中踏动杠杆距地面不应超过15cm。 本文来自www.eadianqi.com 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
2、脚踏钮 本文来自www.eadianqi.com 在某种情况，当手操作不方便时，可采用脚踏钮来代替手动按钮的迅速操作。图17所示为常用脚踏钮的尺寸的供参考。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
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脚踏钮的使用一般仅限于开或关的简单操作。由于脚踏钮的尺寸较小，在盲踏场合不易踏准，因此仅限于操作空间过小，而又不易采用脚踏板的情况下使用。例如汽车起动马达脚踏钮。 本文来自www.eadianqi.com |
