【安全课件】控制器

控制器设计制作：孟现柱[e-mail]控制器设计的作用控制器是操作者用以控制机器运行状态的装置或部件。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。一、控制器的类型控制器手动控制器自动控制器接触式控制器无线遥控装置机械式控制器声控制器光控制器红外线感应控制器、定时控制器传感器（温度）控制器一、控制器的类型——机械式控制器1．按操纵方式划分2．按控制器的功能划分3．按运动方式划分1）手动控制器，如各种手柄、按钮、旋钮、选择器、杠杆、手轮等。2）脚动控制器，如脚踏板、脚踏钮、膝控制器等。控制器与人的肢体有关，其外形、大小、位置、运动方向、运动范围和操作力等，都要适合于人的生理特征，便于手和脚的操纵。一、控制器的类型——机械式控制器1．按操纵方式划分2．按控制器的功能划分3．按运动方式划分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）转换控制器，适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、操纵盘等。3）调整控制器，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）制动控制器，用于紧急状态下启动或停止的操纵。要求灵敏度高、可靠性强，如制动闸、操纵杆、手柄、按钮等。一、控制器的类型——机械式控制器1．按操纵方式划分2．按控制器的功能划分3．按运动方式划分1)旋转控制器如曲柄、手轮、旋塞、旋钮、钥匙等。2)摆动控制器如开关杆、调节杆、杠杆键，拨动式开关、摆动开关、踏板等。3)按压控制器如钢丝脱扣、按钮、按键、键盘等。4)滑动控制器如手闸、指拨滑块等。5)牵拉控制器如拉环、拉手、拉圈、拉钮等。二、控制器设计的一般原则1、控制器设计的一般要求1)要适应人体运动的特征2)控制器操纵方向3)利于辨认和记忆4)借力控制5)与显示器结合控制器设计要适应人体运动的特征，考虑人体的尺寸和体力，如快速反应的用手动或指动控制器，用力较大的操作用受臂或下肢控制。二、控制器设计的一般原则1、控制器设计的一般要求1)要适应人体运动的特征2)控制器操纵方向3)利于辨认和记忆4)借力控制5)与显示器结合控制器操纵方向应与预期的功能方向和机器设备的被控方向一致。二、控制器设计的一般原则1、控制器设计的一般要求1)要适应人体运动的特征2)控制器操纵方向3)利于辨认和记忆4)借力控制5)与显示器结合机器控制要利于辨认和记忆。二、控制器设计的一般原则1、控制器设计的一般要求1)要适应人体运动的特征2)控制器操纵方向3)利于辨认和记忆4)借力控制5)与显示器结合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进行控制。二、控制器设计的一般原则1、控制器设计的一般要求1)要适应人体运动的特征2)控制器操纵方向3)利于辨认和记忆4)借力控制5)与显示器结合尽量设计多功能控制器，并与显示器有机地结合。二、控制器设计的一般原则2、设计控制器时应该考虑的因素1）控制信息的反馈2）控制器的适用力3）控制器的运动4）使用部位的尺寸和结构5）控制器的特征编码和识别控制器的状态要及时地通过人的手、脚、眼或其他器官反馈给操作者，以保证操作的可靠性及有效度。控制器反馈的方式主要有：光显示、振动显示、音响显示、操纵力显示。在控制器上装有灯光，当按钮到位时，按钮即发光。这样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。二、控制器设计的一般原则2、设计控制器时应该考虑的因素1）控制信息的反馈2）控制器的适用力3）控制器的运动4）使用部位的尺寸和结构5）控制器的特征编码和识别控制器的状态要及时地通过人的手、脚、眼或其他器官反馈给操作者，以保证操作的可靠性及有效度。控制器反馈的方式主要有：光显示、振动显示、音响显示、操纵力显示。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。二、控制器设计的一般原则2、设计控制器时应该考虑的因素1）控制信息的反馈2）控制器的适用力3）控制器的运动4）使用部位的尺寸和结构5）控制器的特征编码和识别控制器的状态要及时地通过人的手、脚、眼或其他器官反馈给操作者，以保证操作的可靠性及有效度。控制器反馈的方式主要有：光显示、振动显示、音响显示、操纵力显示。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。二、控制器设计的一般原则2、设计控制器时应该考虑的因素1）控制信息的反馈2）控制器的适用力3）控制器的运动4）使用部位的尺寸和结构5）控制器的特征编码和识别控制器的状态要及时地通过人的手、脚、眼或其他器官反馈给操作者，以保证操作的可靠性及有效度。控制器反馈的方式主要有：光显示、振动显示、音响显示、操纵力显示。首先，操纵阻力是控制反馈的主要因素。阻力过小会使操纵者感觉不到反馈信息，心中无数。为了更好地利用操纵力反馈，下表列出了常见阻力特性。控制器的阻力特性阻力类型举例特性优点缺点用途摩擦力开关、闸刀开始时阻力较大，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不连续控制弹力弹簧作用等阻力随控制器移动距离加长而增大1．控制准度确高2．控制器能自动归回空位控制器移动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作用等阻力与控制器移动速度相对应1．控制准确度高2．运动速度均匀3．稳定性好造价高宜作连续控制惯性力起重机的摇把等阻力由多级结构的惯性产生，一般较大1．允许平滑移动2．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二、控制器设计的一般原则2、设计控制器时应该考虑的因素1）控制信息的反馈2）控制器的适用力3）控制器的运动4）使用部位的尺寸和结构5）控制器的特征编码和识别控制器的状态要及时地通过人的手、脚、眼或其他器官反馈给操作者，以保证操作的可靠性及有效度。控制器反馈的方式主要有：光显示、振动显示、音响显示、操纵力显示。操纵阻力的大小与控制器的类型、位置、移动距离、操作频率、力的方向等因素有关。一般操纵力必须控制在该施力方向的最佳施力范围内，而最小阻力应大于操作人员手脚的最小敏感力。下表列出不同控制器的最小阻力。不同控制器所要求的最小阻力控制器类型所需最小阻力手动按钮2.8扳动开关2.8旋转选择开关3.3旋纽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)二、控制器设计的一般原则2、设计控制器时应该考虑的因素1）控制信息的反馈2）控制器的适用力3）控制器的运动4）使用部位的尺寸和结构5）控制器的特征编码和识别控制器的状态要及时地通过人的手、脚、眼或其他器官反馈给操作者，以保证操作的可靠性及有效度。控制器反馈的方式主要有：光显示、振动显示、音响显示、操纵力显示。其次，控制器到位时应使阻力发生变化，作为反馈信息传达给操纵者。这种变化可以是操纵到位时阻力突然变小或阻力突然变大两种情况，见图。二、控制器设计的一般原则2、设计控制器时应该考虑的因素1）控制信息的反馈2）控制器的适用力3）控制器的运动4）使用部位的尺寸和结构5）控制器的特征编码和识别操纵阻力是控制反馈的主要因素。阻力不能过小；但阻力过大又会使控制器的动作不灵敏，难以驾驭，而且也会使操纵者提前产生疲劳。二、控制器设计的一般原则2、设计控制器时应该考虑的因素1）控制信息的反馈2）控制器的适用力3）控制器的运动4）使用部位的尺寸和结构5）控制器的特征编码和识别首先应使控制器的操作方向与系统过程的变化方向相一致，这样可以使控制操作形象化，又可使控制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）。其次控制器的操作方向与人心理上的固定概念相一致，如向上、顺时针扳动按钮意味着接通或加强。控制器的运动操作准确性与控制器操纵方向及系统反应方向的关系系统反应方向控制器操作方向操作错误数占实验总数的百分数单手操作双手操作从下往上向上5.07.0向前（离开自己）7.58.8向侧面（向左和向右）11.715.3向后（向自己）11.318.5向下13.319.8表说明控制器的操作方向与系统变化方向偏离越大，操作者所产生的操作误差越大。二、控制器设计的一般原则2、设计控制器时应该考虑的因素1）控制信息的反馈2）控制器的适用力3）控制器的运动4）使用部位的尺寸和结构5）控制器的特征编码和识别不同的操纵器，由于压或握的用力方式不同，操纵件的尺寸和形状不同。对于手用工具，应使工作重心落在手握的部位，握把部位不易太光滑或太粗糙，手柄的形状应该尽量使手腕保持自然状态，亚洲人的手柄直径一般取40-50mm。对于脚用按钮或踏板，应该有足够大的行程和接触面，并有增加摩擦力的网络。二、控制器设计的一般原则2、设计控制器时应该考虑的因素1）控制信息的反馈2）控制器的适用力3）控制器的运动4）使用部位的尺寸和结构5）控制器的特征编码和识别将控制器进行合理编码，使每个控制器都有特征，是减少差错的有效措施之一。控制器编码一般有6种方式：形状、位置、大小、操作方法、色彩和文字符号编码。可根据需要，采用一种或几种方式的编码组合。对不同用途的控制器设计成不同的形状，使人的触觉也能辨别。形状编码应按控制器的性质设计成不同的形状，并能与控制器的功能有逻辑上的联系，这样不仅利于记忆，而且在紧急情况下也不容易出现错误。此外，控制器的形状应当便于使用操纵，方便用力。（下图）常用旋纽的形状编码实例空军常用的控制器形状编码海军雷达系统中常用的控制钮二、控制器设计的一般原则2、设计控制器时应该考虑的因素1）控制信息的反馈2）控制器的适用力3）控制器的运动4）使用部位的尺寸和结构5）控制器的特征编码和识别将控制器进行合理编码，使每个控制器都有特征，是减少差错的有效措施之一。控制器编码一般有6种方式：形状、位置、大小、操作方法、色彩和文字符号编码。可根据需要，采用一种或几种方式的编码组合。利用控制器间的相对位置以及控制器与操作者体位的相对位置进行编码。例如汽车上的离合器踏板、制动器踏板和加速器踏板的布置。在没有视觉辅助的情况下，能够使操作者准确地搜索到所需要的控制器，利用位置编码，其控制器之间应有足够的间距，以防在控制器使用时发生置换错误。对垂直布置的控制器的操作准确性优于水平布置。二、控制器设计的一般原则2、设计控制器时应该考虑的因素1）控制信息的反馈2）控制器的适用力3）控制器的运动4）使用部位的尺寸和结构5）控制器的特征编码和识别将控制器进行合理编码，使每个控制器都有特征，是减少差错的有效措施之一。控制器编码一般有6种方式：形状、位置、大小、操作方法、色彩和文字符号编码。可根据需要，采用一种或几种方式的编码组合。以不同大小来区别控制器的功能和用途，通常在同一系统中只能设计大、中、小三种规格。由于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。二、控制器设计的一般原则2、设计控制器时应该考虑的因素1）控制信息的反馈2）控制器的适用力3）控制器的运动4）使用部位的尺寸和结构5）控制器的特征编码和识别将控制器进行合理编码，使每个控制器都有特征，是减少差错的有效措施之一。控制器编码一般有6种方式：形状、位置、大小、操作方法、色彩和文字符号编码。可根据需要，采用一种或几种方式的编码组合。利用每个控制器所具有的独特的操作方法。例如，按钮只有上、下变换，旋钮只有旋转变换，而且控制器只有按照这种唯一的操作方法才能实现其控