第7章控制器設計第7章控制器設計1本章內容控制器的定義及其分類控制器的設計要求主要控制器的設計手握式工具的設計本章內容控制器的定義及其分類2第一節控制器的定義及其分類控制器的定義

控制器是把人的控制意愿轉化成機器運作命令的手段，按照控制的特點，控制器的定義又分為狹義的控制器和廣義的控制器。

（1）狹義：只負責控制命令的傳遞，本身不具有分析選擇的功能，即這樣的控制器沒有采用程序控制的機制。（2）廣義：除了負責控制命令的傳遞外，還具有智能分析功能，這種控制器又被稱作是智能控制器。

第一節控制器的定義及其分類控制器的定義3第一節控制器的定義及其分類控制器的分類控制器的分類方法很多。按操縱控制器的身體部位的不同，控制器分為手動控制器和腳動控制器；按功能可分為：開關類，轉換類、調節類、緊急開關類；按控制器運動類別的不同，控制器又可分為旋轉控制器、擺動控制器、按壓控制器、滑動控制器和牽拉控制器。

第一節控制器的定義及其分類控制器的分類4第二節控制器的設計要求控制器的編碼原則

（1）形狀編碼

形狀編碼是將不同功能的控制器，設計成不同的形狀及表紋，便于操作者辨認，不易發生混淆。它是一種容易被視覺特別是觸覺辨識的編碼方式。圖7-1是旋鈕的形狀編碼，在（a）和（b）之間不易混淆，（c）類適合任定位指示調節。

第二節控制器的設計要求控制器的編碼原則5（a）圓形、多邊型旋鈕（b）部分旋轉旋鈕（c）定位指示旋鈕圖7-1旋鈕的形狀編碼（a）圓形、多邊型旋鈕（b）部分旋轉旋鈕（c）定位6第二節控制器的設計要求（2）位置編碼位置編碼是通過位置安排不同來識別控制器的一種方式。（3）大小編碼大小編碼是通過控制器的尺寸大小不同來識別控制器的一種方式。這種編碼可以為視覺和觸覺提供信息，但人僅憑觸覺識別大小的能力很低。如對圓形旋鈕，若作相對辨認，大旋鈕的直徑至少比小旋鈕大20％。若作絕對辨認，一般只用2至3種大小不同的控制器。因此，大小編碼往往與形狀編碼等組合使用。第二節控制器的設計要求（2）位置編碼7第二節控制器的設計要求（4）顏色編碼顏色編碼是利用顏色不同來識別控制器的一種方式。顏色編碼特別有利于視覺搜索作業。但人對顏色的識別能力有限，—般不超過10余種，顏色過多容易混淆，不利于識別。常用的顏色有紅、橙、黃、綠、藍等。顏色編碼一般不單獨使用，往往與形狀、位置、大小編碼組合使用。同時應考慮與照明條件相匹配以及色調、明度與彩度三者的關系。第二節控制器的設計要求（4）顏色編碼8第二節控制器的設計要求（5）標記編碼標記編碼是通過標注圖形符號或文字來識別控制器的一種方式。在控制器的上面或旁邊，用符號或文字標明其功能，有助于提高識別效率。若標注圖形符號，應采用常規、通用的標志符號，簡明易辨；若標注文字，應通俗易懂，簡單明了，盡量避免用難懂的專業術語。使用標記編碼，需要一定的空間位置扣良好的照明條件，標記必須清晰可辨。第二節控制器的設計要求（5）標記編碼9第二節控制器的設計要求（6）操作方法編碼操作方法編碼是通過來自不同操作方法產生的運動覺差異來識別控制器的一種方式。這種編碼很少單獨使用，而是作為與其他編碼組合使用時的一種備用方式，以證實控制器最初的選擇是否正確。

第二節控制器的設計要求（6）操作方法編碼10第二節控制器的設計要求控制器的外形結構控制器的形狀應便于人的使用，有利于人對控制器的施力。對于手動控制器，其形狀設計應考慮手的生理特點。由于指球肌、大魚際肌和小魚際肌是手掌上肌肉最豐富的部位，是手部的天然減振器，而掌心是肌肉最少的部位，指骨間肌則是布滿神經末梢的部位，如圖7-2（a）所示。

第二節控制器的設計要求控制器的外形結構11IIIIIIIVVIV（a）手掌生理特點（b）手柄形狀圖7-2手掌生理特點與手柄形狀第二節控制器的設計要求IIIIIIIVVIV（a）手掌生理特點12第二節控制器的設計要求控制器的外形結構

圖7-2（b）中的Ⅰ、Ⅱ、III三種形狀的手柄，適用于用力持續時間較長的操作；Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ三種形狀的手柄適用于瞬間操作或施力不大時的操作。

第二節控制器的設計要求控制器的外形結構13第二節控制器的設計原則控制器的偶發啟動

控制器設計中另一個需要考慮的重要因素是如何防止控制器被意外觸發，科研人員研究以下7種保護方法：（1）將控制器安裝在陷入控制板的凹槽內；（2）在控制器上加保護罩；（3）將控制器安裝在不易被碰撞的位置；

第二節控制器的設計原則控制器的偶發啟動14第二節控制器的設計原則（4）使控制器的運動方向向著最不可能發生意外用力的方向；（5）操作者必須連續做兩種操作運動，才能使控制器被啟動，而后一種操作運動與前一種操作運動的方向不同，以此將控制器鎖定在位置上；（6）一組控制器必須按正確的順序操作時才能被啟動，使控制器彼此之間具有連鎖作用。如配電柜上的油開關和刀閘開關的操作順序連鎖；（7）適當增大控制器的操作阻力。

第二節控制器的設計原則（4）使控制器的運動方向向著最不可能15第三節主要控制器的設計一、手動控制器的設計（1）旋鈕旋鈕是用手指的擰轉來進行操作的一種手動控制器。根據形狀可分為：圓形旋鈕、多邊形旋鈕、指針式旋鈕、轉盤式旋鈕。第三節主要控制器的設計一、手動控制器的設計16第三節主要控制器的設計圓形旋鈕。這種旋鈕多呈圓柱狀或圓錐臺狀。鈕帽邊緣有各種槽紋。常用于需要連續旋轉一圈或一圈以上，定位精度要求不高的場合。多邊形旋鈕。這種旋鈕一般用于不需連續旋轉，旋轉定位精度不高，調節范圍不足一圈的地方。

第三節主要控制器的設計圓形旋鈕。這種旋鈕多呈圓柱狀或圓錐臺17第三節主要控制器的設計指針式旋鈕。這種旋鈕可具有3～24個控制位置，調節范圍不足一圈。在調節過程中，刻度盤不動，通過旋轉指針形狀的鈕，確定旋鈕的旋轉位置轉盤式旋鈕。與指針式旋鈕具有相同的功能，它與指針式旋鈕的不同點僅在于，它是以指針不動而轉動刻度盤，來達到預定控制位置的第三節主要控制器的設計指針式旋鈕。這種旋鈕可具有3～24個18第三節主要控制器的設計注：旋鈕的大小應使手指和手與其有足夠的接觸面積，便于手捏緊和施力以及保證操作的速度和準確性。因此，旋鈕的直徑不宜太小，也不宜太大，一般以5cm為最佳。為了使手操縱旋鈕時不打滑，常把手操作部分的鈕帽做成各種齒紋，以增強手的握執力。第三節主要控制器的設計注：旋鈕的大小應使手指和手與其有足夠19第三節主要控制器的設計（2）按鈕按鈕是僅在一個方向操作的控制器，其尺寸主要根據人的手指端尺寸確定。用拇指操作的按鈕，其最小直徑建議采用19mm；用其他手指尖操作的按鈕，其最小直徑建議采用10mm。

第三節主要控制器的設計（2）按鈕20第三節主要控制器的設計圖a為外凸弧形按鈕，操作時手的觸感不適，只適用于小負荷而操作頻率低的場合。按鈕的端面形式以中凹的型式為優，如圖d所示，它可增強手指的觸感，便于操作，這種按鈕適用于較大操作力的場合。第三節主要控制器的設計圖a為外凸弧形按鈕，操作時手的觸感21第三節主要控制器的設計按鈕應凸出面板一定的高度，過平不易感覺位置是否正確，如圖b所示。各按鈕之間應有一定的間距，否則容易同時按下，如圖c所示。第三節主要控制器的設計按鈕應凸出面板一定的高度，過平不易感22第三節主要控制器的設計（3）扳動開關

扳動開關一般只有開和關兩種功能，但可分為兩種控制位置(開和關)和三種控制位置(關一低速一高速)。對于有兩種控制位置的扳動開關，其位移量α最小為30o、最大120o。對于有三種控制位置的扳動開關，其位移量α最小為18o、最大60o。扳手直徑d為3～25mm、長度L為12.5～50mm。第三節主要控制器的設計（3）扳動開關23第三節主要控制器的設計（4）控制桿控制桿是一種需要用較大的力操縱的控制器。控制桿的運動多為前后推拉，左右推拉或做圓錐運動，因而需占用較大的操作空間。第三節主要控制器的設計（4）控制桿24第三節主要控制器的設計當操縱角度較大時，控制桿端部應設置球狀手把?？刂茥U的操縱角度以30o為宜，一般不超過90o。

對于需要用力較大的控制桿，為便于施力，立姿作業時手把的位置應與肩同高，坐姿作業應與肘同高第三節主要控制器的設計當操縱角度較大時，控制桿端部應設置球25第三節主要控制器的設計二、腳動控制器的設計腳動控制器主要有腳踏板、腳踏鈕等。當操縱力較小時，且不需要連續控制，宜選擇腳踏鈕。如需要較大操縱力，要求提供相當的速度時，多使用腳踏板。第三節主要控制器的設計二、腳動控制器的設計26第三節主要控制器的設計（1）腳踏板

腳踏板的形式可分為直動式、擺動式和回轉式。第三節主要控制器的設計（1）腳踏板27第三節主要控制器的設計（2）腳踏鈕

腳踏鈕與按鈕具有相同的功能。可用腳尖或腳掌操縱，踏壓表面應有紋理，應能提供操作反饋信息

第三節主要控制器的設計（2）腳踏鈕28第四節手握式工具的設計原則

人手是由骨、動脈、神經、韌帶和肌腱等組成的復雜結構，如圖所示第四節手握式工具的設計原則29當使用設計不當的手握式工具時，會導致多種累積損傷疾病，如腱鞘炎、腕道綜合癥、腱炎、滑囊炎、滑膜炎、痛性腱鞘炎、狹窄性腱鞘炎和網球肘等。第四節手握式工具的設計原則當使用設計不當的手握式工具時，會導致多種累積損傷疾病，如腱鞘30手握式工具（手柄）設計時應遵循的原則

1.避免靜肌負荷當使用工具時，臂部上舉或長時間抓握，會使肩、臂及手部肌肉承受靜負荷，導致疲勞，降低作業效率。

第四節手握式工具的設計原則手握式工具（手柄）設計時應遵循的原則第四節手握式工具的設計31a）直桿式電烙鐵b）彎把式電烙鐵第四節手握式工具的設計原則a）直桿式電烙鐵b）彎把式電烙322．保持手腕伸直一般情況下，手腕的中立位置是最佳的。在設計工具時，如果要用到手腕的力量，盡量使工具彎曲而不要使手腕彎曲，避免手腕的側偏。

第四節手握式工具的設計原則2．保持手腕伸直第四節手握式工具的設計原則33第四節手握式工具的設計原則第四節手握式工具的設計原則34兩種鉗子方案的比較第四節手握式工具的設計原則兩種鉗子方案的比較第四節手握式工具的設計原則353．使組織壓迫最小

手在操作工具時，有時需要用力較大。所以，在工作時要盡量分散力量，如增大手和工具的接觸面積，以減小對血管和神經(如手掌)的壓力。第四節手握式工具的設計原則3．使組織壓迫最小第四節手握式工具的設計原則364．減小手指的重復活動由于在生理上，拇指的活動是由局部的肌肉控制的，所以重復拇指的動作，其危害性比重復食指的動作要小，過多重復食指的動作能引起手指的腱鞘炎。第四節手握式工具的設計原則4．減小手指的重復活動第四節手握式工具的設計原則37本章重點掌握：控制器的各種設計原則本章重點掌握：控制器的各種設計原則38謝謝！謝謝！39第7章控制器設計第7章控制器設計40本章內容控制器的定義及其分類控制器的設計要求主要控制器的設計手握式工具的設計本章內容控制器的定義及其分類41第一節控制器的定義及其分類控制器的定義

控制器是把人的控制意愿轉化成機器運作命令的手段，按照控制的特點，控制器的定義又分為狹義的控制器和廣義的控制器。

（1）狹義：只負責控制命令的傳遞，本身不具有分析選擇的功能，即這樣的控制器沒有采用程序控制的機制。（2）廣義：除了負責控制命令的傳遞外，還具有智能分析功能，這種控制器又被稱作是智能控制器。

第一節控制器的定義及其分類控制器的定義42第一節控制器的定義及其分類控制器的分類控制器的分類方法很多。按操縱控制器的身體部位的不同，控制器分為手動控制器和腳動控制器；按功能可分為：開關類，轉換類、調節類、緊急開關類；按控制器運動類別的不同，控制器又可分為旋轉控制器、擺動控制器、按壓控制器、滑動控制器和牽拉控制器。

第一節控制器的定義及其分類控制器的分類43第二節控制器的設計要求控制器的編碼原則

（1）形狀編碼

形狀編碼是將不同功能的控制器，設計成不同的形狀及表紋，便于操作者辨認，不易發生混淆。它是一種容易被視覺特別是觸覺辨識的編碼方式。圖7-1是旋鈕的形狀編碼，在（a）和（b）之間不易混淆，（c）類適合任定位指示調節。

第二節控制器的設計要求控制器的編碼原則44（a）圓形、多邊型旋鈕（b）部分旋轉旋鈕（c）定位指示旋鈕圖7-1旋鈕的形狀編碼（a）圓形、多邊型旋鈕（b）部分旋轉旋鈕（c）定位45第二節控制器的設計要求（2）位置編碼位置編碼是通過位置安排不同來識別控制器的一種方式。（3）大小編碼大小編碼是通過控制器的尺寸大小不同來識別控制器的一種方式。這種編碼可以為視覺和觸覺提供信息，但人僅憑觸覺識別大小的能力很低。如對圓形旋鈕，若作相對辨認，大旋鈕的直徑至少比小旋鈕大20％。若作絕對辨認，一般只用2至3種大小不同的控制器。因此，大小編碼往往與形狀編碼等組合使用。第二節控制器的設計要求（2）位置編碼46第二節控制器的設計要求（4）顏色編碼顏色編碼是利用顏色不同來識別控制器的一種方式。顏色編碼特別有利于視覺搜索作業。但人對顏色的識別能力有限，—般不超過10余種，顏色過多容易混淆，不利于識別。常用的顏色有紅、橙、黃、綠、藍等。顏色編碼一般不單獨使用，往往與形狀、位置、大小編碼組合使用。同時應考慮與照明條件相匹配以及色調、明度與彩度三者的關系。第二節控制器的設計要求（4）顏色編碼47第二節控制器的設計要求（5）標記編碼標記編碼是通過標注圖形符號或文字來識別控制器的一種方式。在控制器的上面或旁邊，用符號或文字標明其功能，有助于提高識別效率。若標注圖形符號，應采用常規、通用的標志符號，簡明易辨；若標注文字，應通俗易懂，簡單明了，盡量避免用難懂的專業術語。使用標記編碼，需要一定的空間位置扣良好的照明條件，標記必須清晰可辨。第二節控制器的設計要求（5）標記編碼48第二節控制器的設計要求（6）操作方法編碼操作方法編碼是通過來自不同操作方法產生的運動覺差異來識別控制器的一種方式。這種編碼很少單獨使用，而是作為與其他編碼組合使用時的一種備用方式，以證實控制器最初的選擇是否正確。

第二節控制器的設計要求（6）操作方法編碼49第二節控制器的設計要求控制器的外形結構控制器的形狀應便于人的使用，有利于人對控制器的施力。對于手動控制器，其形狀設計應考慮手的生理特點。由于指球肌、大魚際肌和小魚際肌是手掌上肌肉最豐富的部位，是手部的天然減振器，而掌心是肌肉最少的部位，指骨間肌則是布滿神經末梢的部位，如圖7-2（a）所示。

第二節控制器的設計要求控制器的外形結構50IIIIIIIVVIV（a）手掌生理特點（b）手柄形狀圖7-2手掌生理特點與手柄形狀第二節控制器的設計要求IIIIIIIVVIV（a）手掌生理特點51第二節控制器的設計要求控制器的外形結構

圖7-2（b）中的Ⅰ、Ⅱ、III三種形狀的手柄，適用于用力持續時間較長的操作；Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ三種形狀的手柄適用于瞬間操作或施力不大時的操作。

第二節控制器的設計要求控制器的外形結構52第二節控制器的設計原則控制器的偶發啟動

控制器設計中另一個需要考慮的重要因素是如何防止控制器被意外觸發，科研人員研究以下7種保護方法：（1）將控制器安裝在陷入控制板的凹槽內；（2）在控制器上加保護罩；（3）將控制器安裝在不易被碰撞的位置；

第二節控制器的設計原則控制器的偶發啟動53第二節控制器的設計原則（4）使控制器的運動方向向著最不可能發生意外用力的方向；（5）操作者必須連續做兩種操作運動，才能使控制器被啟動，而后一種操作運動與前一種操作運動的方向不同，以此將控制器鎖定在位置上；（6）一組控制器必須按正確的順序操作時才能被啟動，使控制器彼此之間具有連鎖作用。如配電柜上的油開關和刀閘開關的操作順序連鎖；（7）適當增大控制器的操作阻力。

第二節控制器的設計原則（4）使控制器的運動方向向著最不可能54第三節主要控制器的設計一、手動控制器的設計（1）旋鈕旋鈕是用手指的擰轉來進行操作的一種手動控制器。根據形狀可分為：圓形旋鈕、多邊形旋鈕、指針式旋鈕、轉盤式旋鈕。第三節主要控制器的設計一、手動控制器的設計55第三節主要控制器的設計圓形旋鈕。這種旋鈕多呈圓柱狀或圓錐臺狀。鈕帽邊緣有各種槽紋。常用于需要連續旋轉一圈或一圈以上，定位精度要求不高的場合。多邊形旋鈕。這種旋鈕一般用于不需連續旋轉，旋轉定位精度不高，調節范圍不足一圈的地方。

第三節主要控制器的設計圓形旋鈕。這種旋鈕多呈圓柱狀或圓錐臺56第三節主要控制器的設計指針式旋鈕。這種旋鈕可具有3～24個控制位置，調節范圍不足一圈。在調節過程中，刻度盤不動，通過旋轉指針形狀的鈕，確定旋鈕的旋轉位置轉盤式旋鈕。與指針式旋鈕具有相同的功能，它與指針式旋鈕的不同點僅在于，它是以指針不動而轉動刻度盤，來達到預定控制位置的第三節主要控制器的設計指針式旋鈕。這種旋鈕可具有3～24個57第三節主要控制器的設計注：旋鈕的大小應使手指和手與其有足夠的接觸面積，便于手捏緊和施力以及保證操作的速度和準確性。因此，旋鈕的直徑不宜太小，也不宜太大，一般以5cm為最佳。為了使手操縱旋鈕時不打滑，常把手操作部分的鈕帽做成各種齒紋，以增強手的握執力。第三節主要控制器的設計注：旋鈕的大小應使手指和手與其有足夠58第三節主要控制器的設計（2）按鈕按鈕是僅在一個方向操作的控制器，其尺寸主要根據人的手指端尺寸確定。用拇指操作的按鈕，其最小直徑建議采用19mm；用其他手指尖操作的按鈕，其最小直徑建議采用10mm。

第三節主要控制器的設計（2）按鈕59第三節主要控制器的設計圖a為外凸弧形按鈕，操作時手的觸感不適，只適用于小負荷而操作頻率低的場合。按鈕的端面形式以中凹的型式為優，如圖d所示，它可增強手指的觸感，便于操作，這種按鈕適用于較大操作力的場合。第三節主要控制器的設計圖a為外凸弧形按鈕，操作時手的觸感60第三節主要控制器的設計按鈕應凸出面板一定的高度，過平不易感覺位置是否正確，如圖b所示。各按鈕之間應有一定的間距，否則容易同時按下，如圖c所示。第三節主要控制器的設計按鈕應凸出面板一定的高度，過平不易感61第三節主要控制器的設計（3）扳動開關

扳動開關一般只有開和關兩種功能，但可分為兩種控制位置(開和關)和三種控制位置(關一低速一高速)。對于有兩種控制位置的扳動開關，其位移量α最小為30o、最大120o。對于有三種控制位置的扳動開關，其位移量α最小為18o、最大60o。扳手直徑d為3～25mm、長度L為12.5～50mm。第三節主要控制器的設計（3）扳動開關62第三節主要控制器的設計（4）控制桿控制桿是一種需要用較大的力操縱的控制器?？刂茥U的運動多為前后推拉，左右推拉或做圓錐運動，因而需占用較大的操作空間。第三節主要控制器的設計（4）控制桿63第三節主要控制器的設計當操縱角度較大時，控制桿端部應設置球狀手把?？刂茥U的操縱角度以30o為宜，一般不超過90o。

對于需要用力較大的控制桿，為便于施力，立姿作業時手把的位置應與肩同高，坐姿作業應與肘同高第三節主要控制器的設計當操縱角度較大時，控制桿端部應設置球64第三節主要控制器的設計二、腳動控制器的設計腳動控制器主要有腳踏板、腳踏鈕等。當操縱力較小時，且不需要連續控制，宜選擇腳踏鈕。如需要較大操縱力，要求提供相當的速度時，多使用腳踏板。第三節主要控制器的設計二、腳動控制器的設計65第三節主要控制器的設計（1）腳踏板

腳踏板的形式可分為直動式、擺動式和回轉式。第三節主要控制器的設計（