华北理工大学人因工程学第六章 显示器控制器设计.ppt

图6-25所示是较为理想的坐垫体压分布曲线，图中各条曲线 为等压力线，所标数字的压力单位为kPa。研究
2．按台面的结构特点分类 按台面的结构特点， 控制台可以分为三类（ 图6-2）： ①薄型台面 ②厚型台面 ③ 前置附加台面
3．按控制台形式分类 ①桌式控制台 ②直柜式控制台 ③组合式控制台 ④弯折式控制台
4．按自动化程度分类
①全自动化（或半自动化）过程控制台
②手动过程控制台
二、控制台的人体工程设计
（3）腰椎后突和前突
正常的腰曲弧线是微微前突。为使坐姿下的腰曲弧线变形最 小，坐椅应在腰椎部提供两点支承。由于第5～6胸椎高度相 当于肩胛骨的高度，肩胛骨面积大，可承受较大压力，所以 第一支承应位于第5～6胸椎之间，称其为肩靠。第二支承设 置在第4～5腰椎之间的高度上，称其为腰靠，和肩靠一起组 成坐椅的靠背。无腰靠或腰靠不明显将会使正常的腰椎呈图 6-24（a）所示的后突形状。而腰靠过分凸出将使腰椎呈图624（b）所示的前突形状。腰椎后突和过分前突都是非正常状 态，合理的腰靠应该是使腰曲弧线处于正常的生理曲线。
（3）控制台台面的倾斜度
①控制台的台面上安装显示器和控制器时，为使显示装置易读 且操作控制器较舒适，应使台面相对于水平面有一个前倾角 αP，如图6-7（a）所示。前倾角αP一般可取10°～15°，若 αP小于10°，与水平台面相比无明显优势。
② 在某些情况下， 具有前倾角的台面会使控制台后缘的高度 增加，从而使操作者前方的视域界限线升高，导致控制台后 边的盲区加大，如图6-7（b）所示。
（5）控制台台面的长度
①对单座位控制台，台面最大长度为1120mm。
②当台面长度大于1120mm时，可考虑采用表面平整的、组合的 两翼式控制台，如图6-10所示。

显示器的发展趋势
高分辨率
曲面显示
随着人们对清晰度需求的提高，高分辨率 显示器已成为市场主流。
曲面显示器能够提供更广阔的视野和更逼 真的沉浸感，是未来显示器发展的重要方 向。
透明显示
柔性显示
透明显示器具有穿透性强、节省空间等优 点，在商业展示、家居装饰等领域有广阔 的应用前景。
柔性显示器的出现打破了传统显示器的形 态限制，可弯曲、可折叠，为移动设备、 可穿戴设备等领域带来了新的创新空间。
《显示器设计》PPT课件
• 显示器设计概述 • 显示器原理 • 显示器技术 • 显示器应用 • 显示器设计与优化
01
显示器设计概述
显示器的定义与分类
显示器定义
显示器是一种将电子信号转换为可视 图像的设备，用于向用户展示信息。
显示器分类
按技术类型可分为液晶显示器（LCD ）、有机发光二极管显示器（OLED ）、等离子显示器（PDP）等；按应 用可分为计算机显示器、电视显示器 、手机显示器等。
QLED显示器技术
QLED显示器的原理
QLED显示器利用量子点技术，通过控制量子点 的发光状态来显示图像。
QLED显示器的优点
QLED显示器具有高亮度、高色域、长寿命等优 点，是当前高端电视市场的主流技术之一。
QLED显示器的缺点
QLED显示器存在制造成本较高、色彩表现不够自然等问题，需要进一步改进。
显示器设计的未来展望
高分辨率与高帧率
未来显示器将向更高分辨率和高帧率 发展，提供更加细腻和流畅的图像表 现。
柔性显示技术
随着柔性显示技术的发展，未来显示 器将更加轻薄、可弯曲和可折叠，拓 展更多应用场景。
新型显示材料与技术
新型显示材料与技术将不断涌现，如 MicroLED、Quantum Dot等，带 来更高的亮度和更广的色域表现。

§3) 要考虑信息传递的视觉环境的性质。 这里，显示器所在环境的照明强度、
朝向、照明光源的强度与方向以及工作场 所中各种表面(包括天花板、墙、地板、 控制台的桌面)对光的反射状况都是重要 的影响因素。例如，在距显示器最近的环 境中，光线很暗时就应该在显示器上附加 照明。这可以采用在显示器外增设照明装 置的方法，也可以采取在显示器内部设置 照明的形式。
【精品课件】显示器设计的人机工程 学[1]
§ 第五，必须明确信息将发挥什么作用。 是作为报警、检查、跟踪、识别，还是
作为一项指令，这一问题在保证不同项的 已知相关信息间的所有恰当关系方面是很 重要的。
【精品课件】显示器设计的人机工程 学[1]
8.2 信息显示设计
§ 在人机系统中，产品的信息是通过人的感觉器官传 递的．人根据接受的信息作出反应。因此，信息的 传递必须极其准确，极为迅速。
【精品课件】显示器设计的人机工程 学[1]
显然，前者较经济，且易于安装与维修。 但要注意当照明设置在外部时应避免在显示 器表面产生镜面反射而造成眩光，影响认读。
§ 触觉则是另一种能用以传播信息的感觉，最普遍 为人所知的是盲文。盲文能由盲人用手触模进行 “阅读”。产品与电气信号也能由触觉来表现。
§ 研究表明，触觉虽然不能像视觉、听觉那样精确 分辨出强度或性质上的微小差别，但能够有效传 递有限的不连续的刺激，例如用于发出报警的信 号。在视觉和听觉的传播途径被占满或负担过重 时．触觉系统可以很好地部分分担它们的工作。
信息 合适的显 类型 示界面
注释
应用
品质 指针指
3
示
适用于显示明确的 量尺（多
信息（如工作正常， 种规格），
温度高，温度低等） 流速计，
可以用不同的颜色 飞行器

（一）控制器的编码 （二）控制器的大小和间距 （三）控制器的阻力
1、阻力的类型 2、阻力的大小和反馈
第一节 控制器概述
一、控制器定义及其分类 二、控制器的设计要素
（一）控制器的编码 （二）控制器的大小和间距 （三）控制器的阻力
1、阻力的类型 控制器的阻力主要有以下四种类型：
‐ 静摩擦和库伦摩擦 ‐ 弹性阻力 ‐ 黏滞阻力 ‐ 惯性
第一节 控制器概述
一、控制器定义及其分类
（一）控制器的定义及作用 （二）控制器的分类
根据输入信息特点，控制器可分为连续调节控制器和离散位选控制器 根据运动方式，控制器可分为平移控制器和旋转控制器 根据运动维度，控制器可分为一维控制器和多维控制器 根据操作控制器的身体器官，控制器可分为手控制器、脚控制器和言语
问题
第三节 新型控制界面
一、语音控制界面
（一）语音识别系统 （二）语音控制的功能 （三）语音控制界面设计中应注意的问题
1、视觉负荷 2、精度与自由度 3、米达斯接触 4、时间延迟 当前由于视线跟踪技术还没有完全成熟，系统感应并计算视线所需
要的时间，会相应延迟“物体已被选中”的反馈时间；而且操作员必须 保持凝视一小段时间，系统作出反应才能降低意外激活的可能性
1、速度限制 2、人的言语可变性 3、环境噪声 环境噪声会大大降低语音系统的识别率 除了尽量将语音控制界面应用在环境噪声较低的情境中，还应在需
要精确识别的场合，尽量使用触发识别模式，或者口令触发模式
第三节 新型控制界面
一、语音控制界面 二、眼动控制界面
（一）眼动控制界面的原理 （二）眼动控制界面的功能与应用
1、人体测量学尺寸 2、功能重要性和操作顺序 控制器的位置排列可根据控制器的功能重要性、系统的操作顺序等

③颜色编码最好与其他编码方式，如形状编码、大小编 码等结合使用，以提高控制器的可分辨性。
6/7
（6）标记编码
尚辅教学配套课件
在不同控制器的上方或旁边，标注不同的文字或符号， 通过这些文字或符号标示控制器的使用功能。
例如：计算机显示器的亮度、色彩、对比度等的调节旋 钮以及一些消费电子产品上的表示运转速度的箭头标志等。
5. 尽量设计多功能控制器。
例如：车床进给箱上的手柄。
三、控制器设计的工效学设计原则
主要讨论设计控制器时如何考虑人机关系的因素，如控 制器的形状、大小、位置、操纵力、运动方向、运动范围和 环境条件与系统反应的关系等。
1．控制器编码
将控制器进行合理编码，便于操作者辨认和记忆，可以
有效减少误操作。
6/7
对于引起工作状态翻转或清零的控制器，不宜安排在操 作重复程度高的动作轨迹上，以免传授严重的无意误操作。
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（2）安装在胸腹高度尚的辅近教身学水配平套面课上件的控制器
在这一高度上的按钮、旋钮等控制器，容易在操作中不经 意地被肘部触动，造成事故。通常以垂直或微后倾放置，不 仅可以提高视觉效果，而且可以防止无意操作。
度、握持状态和触觉的舒适性。通常，手把的长度必须接近 和超过手幅的长度，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度相符或小于手握 尺度。
另外，手把的结构必须能够保持手的自然握持状态，以 使操作灵活自如。手把的外表面应平整光洁，以保证操作者 的触觉舒适性。
6/7
3.典型手动控制器设计尚 辅 教 学 配 套 课 件
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制功能。
操作者可根据动作的差别识别控制器。这种编码方式通 常与其它编码方式结合使用。6/7

0
1
2
3
4
5
6
较小旋钮的直径（单位：英寸）
图6-5 只通过触觉能够到达有效区别大小两个旋钮目的的旋 钮直径尺寸对应关系
3) 质地编码
除了尺寸和形状之外，控制器表面材料的质地也是编 码的一种形式。由于对于质地的分辨需要较敏锐的触觉， 因此这种编码方式通常在手控控制器中采用。常见的设计 方案包括使用不同的手柄材料和在手柄表面刻画不同的纹 路两种方法。在材料的选择上，木质、塑料和金属等都是 较为常见的选项。而通过表面纹路来改变质地，往往需要 较大的差别才能保证编码的有效。在采用质地作为编码时， 另外要注意两点：第一，人手的触觉在环境因素影响下会 发生变化，因此，对于在寒冷、水下等环境下使用的控制 器，利用质地编码时常会发生失效的情况；第二，当操作 者必须戴手套完成控制时，质地编码也常常失效。
人因工程-第六章 控制 器的设计-PPT精选 工作总结 /述职报告/季度汇报 /演讲报告
3) 单自由度或多自由度控制器
控制器的自由度决定控制器上活动部分所允 许的运动方式。简单地说，单自由度的控制只发 生在单一方向上,这种单自由度控制也常常被称为 一维控制。相比之下，多自由度控制器能够实现 多于一个自由度的控制运动，常见的例子包括电 脑鼠标，游戏操纵杆，手动汽车的档位操纵杆等。 这几个例子中，控制器都接受使用者两个自由度 上的输入，因此也被称为二维控制。
可接近性值数的范围
可接近性指数的值域是在-2.0和+1.0之间。 指数越靠近1.0，代表控制器的布局越合理。 通过这个量化的指标，设计人员能够在几 个不同的控制平台设计方案中选取最优方 案。
6.3 传统控制器的设计
• 基本设计原则 • 手柄设计 • 脚踏板设计
6.3.1 基本设计原则

数。每一刻度，对应1个单位值，必要时也可以对应2个或5个单 位值，以及它们的l0、100、1000……倍。
17
a
刻度标数进级和递增方向
递增方向：刻度值的递增方向应与人的视线运动的适宜
方向一致，即从左到右、从下到上，或顺时针旋转方向。
18
a
刻度标值示例
ａ）
ｂ）
适宜与不适宜的刻度标值示例
19
a)适宜 b)不适宜
应用：图文电视屏幕、计算机高分辨率显示器、示波器、 彩超及雷达。
36
a
荧光屏显示
目标状态对显示的影响
1.亮度
2.呈现时间
3.目标的运动速度
4.目标的颜色
5.目标与背景的关系
37
a
荧光屏显示
亮度
目标的亮度愈高，愈易觉察，但是当目标亮度超 过34.3cd／m2时，视敏度不再继续有较大的改善，所 以目标亮度不宜超过34.3cd／m2。为了在屏面上突出 目标，屏面的亮度不宜调节到最亮，而以合适的亮度， 工作效率最优。
才能从背景中分辨出来。在屏面亮度为0.3～34cd/m2时， 亮度对比阈值一般随屏面亮度而线性增加，在屏面亮度
为68.6cd/m2时，亮度对比达到最大阈值的90％；因此
68.6cd/m2被作为屏面亮度的最佳值。
43
a
第二节 视觉显示器的设计
标志符号的设计
标志符号是直接提供信息的视觉显示之一，它广泛地应用
9
a
——
仪 表 形 式 与 误 读 率
a
10
刻度线高度
当视距为L时，刻度线最小长度为： 长刻度线长度=L/90； 中刻度线长度=L/125； 短刻度线长度=L/200；
11
a

ment
显示装置的定义
• 传统：主要是指生产过程中显示信息的各种仪表。
• 现代：显示器是指任何把信息由机器或环境传递 给人的媒介。
包括：各种工业仪表是显示器，各种交通符 号是显示器，各种警报也是显示器，日常生活中 的报纸、电视、收音机等都是显示器，产品的说 明书也是显示器，都是以不同方式把信息传递给 人的。
四、视觉显示器的空间设计
1、显示器的空间设置
视觉显示器设置的最大视区和最佳视区
观察角度
许多工效学手册推荐水平 视线偏15为最佳观察角度
视觉作业区
人眼对视野不同区域察觉 和辨别能力有所不同。对于 搜索作业，中心视野优于边 缘视野。
Xi’an Jiaotong UNIVERSITY
Team of Prof. Sun L. Y.
2、对于动态显示，当显示快速变化时，人 会感觉到数字显示闪烁，而指针式显示能 给出角度的变化，因此，指针式显示较好。
模拟式显示仪表又可分为指针运动式和指针固定式两种，后者也 称刻度移动式仪表。
数字显示器
指直接用数字或字符来显 示机器工作状态各参数的 装置。如计算器、电子表 及列车运行的时间显示屏 幕。
中：指针无变化有利监控 但指针与调节监控活动的 关系不明显
中：占用面积大，照明可设 在控制台上，刻度的长短有 限，尤其使用多指针显示时 认读性差
可靠性好 稳定性好 易于显示信号的变化趋向 易于判 断信号值与额定值之差
占用面积小，仪表需局部 照明，只在很小一段范围 内认读，认读性好
显示速度较慢 易受冲击和振动的影响 环境因素影响较大 过载能力差, 质量控制困难
特点:显示准确、简单， 并能直接显示各参数具体 的量值。因此，使人的认 读速度快、精确度高，且 不易产生视觉疲劳。

第 6 章 控制系统的校正与设计
➢6.1 控制系统校正的概念
控制系统是由为完成给定任务而设置的一系列元件组成， 其中可分成被控对象与控制器两大部分。
当将选定的控制器与被控对象组成控制系统后，如果不能 全面满足设计要求的性能指标时，在已选定的系统不可变部 分基础上，还需要再增加些必要的元件，使重新组合起来的 控制系统能够全面满足设计要求的性能指标。这就是控制系 统设计中的综合与校正问题。
控制系统的校正元件：为使系统能全面满足性能指标，只 能在原已选定的不可变部分基础上，引入其它元件来校正控 制系统的特性。这些能使系统的控制性能满足设计要求的性 能指标而有目的地增添的元件。
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第 6 章 控制系统的校正与设计
控制系统校正的作用：使原系统在性能指标方面缺陷得到补偿。 系统的校正方案：校正元件的形式及其在系统中的位置，以及它 和系统不可变部分的联接方式。在控制系统中，经常应用的基本 上有两种校正方案，即串联校正与反馈校正。
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第 6 章 控制系统的校正与设计
➢6.2 基本控制规律分析
6.2.1 比例（P）控制规律
具有比例控制规律的控制器称为P控制器。P控制器的输出
信号m(t)成比例地反应其输入信号ε(t)，即
mt Kp(t)
(6-1)
其中为比例系数，或称P控制器的增益。 如图6.5为P控制
R(s) +
-
+
G1 (s)
-
C (s) G2 (s)
Gc (s)
H (s)
图 6-2 反馈校正系统方框图
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第 6 章 控制系统的校正与设计
系统的校正与设计问题，通常简化为合理选择串联或（和 ）反馈校正元件的问题。究竟是选择串联校正还是反馈校正 ，主要取决于信号性质、系统各点功率的大小，可供采用的 元件、设计者的经验以及经济条件等。 反馈校正作用：能达到到与串联校正同样的校正效果；还 可减弱系统不可变部分的参数漂移对系统性能的影响。 反馈校正适用范围：若给定控制系统的某参量随工作条件 改变，变化幅度较大，且给定控制系统有条件采用反馈校正 ，则采用反馈校正方案是合理、可行的。

以下是局部光源的亮度值：单位cd/m² 太阳：1.5*10**10 ；日光灯：〔5-10〕*10³； 月光〔满月〕：2.5*10³；黑白电视机荧光屏： 120左右；彩色电视机荧光屏：80左右。
是补勒充克知斯识，是英文lux的音译，也可写为lx。被 光均匀照射的物体，在1平方米面积上得到的光 通量是1流明时，它的照度是1勒克斯。有时为 了充分利用光源，常在光源上附加一个反射装 置，使得某些方向能够得到比较多的光通量， 以增加这一被照面上的照度。例如汽车前灯、 手电筒、摄影灯等。
补充知识
案例:哪个圆圈比较大?
绝对判断 A B C
C>A>B
补充知识
案例:哪个圆圈比较大?
绝对判断
A B C D E
D>C>A>B>E
补充知识
案例:哪个圆圈比较大?
相對判斷 D
C
A
E
B E>B>C>D>A
案例:哪个灯泡比较亮?
绝对判断与相对判断 A B C D E D>B>E>A>C
补充知识
5.2.2 信号显示设计
1. 信号灯设计 信号灯的视距设计，参阅表5-5，表5-6 信号灯形状、标记设计，参阅表5-7 信号灯的颜色选择，参阅表5-8
常见的十种编码颜色 信号灯的布置 重要信号灯设计
表盘上的刻度线、刻度线间 距、文字和数字尺寸是依据视 距确定的，参阅表5-3，刻度 与标数的优劣比照见右图。
4. 仪表指针 指针的形状和长度 指针的零位 5. 仪表的色彩
仪表色彩是否适宜，将影响认读速度和误读率。 6. 仪外表板形式及其布置
组合形式面板见图5-5，其布置参阅表5-4。仪表板 上的仪表位置设计原那么如下： 按仪表的重要程度排列 按适用顺序排列 按功能进展组合排列 按最正确零点方向排列，见图5-6 安视觉特性排列 按显示于操纵相合性排列，见图5-7

二、选择电动机型号，分配传动比 三、传动装置的设计
1.带传动的设计计算 2.齿轮传动的设计计算
四、减速器的设计 1. 轴的结构设计，轴、轴承、键的验算 2. 减速器装配图0#一张 3. 箱体或箱盖零件图1#一张
轴、齿轮或皮带轮零件图任选两张
五、编写设计说明书
六、答辩
第6页/共60页
7天
2天
2天 6天 3天 1.5天 0.5天
构
动 态
力臂d (mm)
100
静 滑块6质量m6 (kg) 40
力 导杆质量m4 (kg) 分
20
析 导杆4质心转动惯量 1.1
Js4 (kg •m2)
9600
105 50 20 1.1
10800
108 60 22 1.2
9000
110 60 20 1.2
10100
112 50 22 1.2
9200 8200 9800 8800
滑块受力图及求解
Fr
C F16
F 56 F rF 160
56
F56
F56
导杆为三力汇交力系（根据已知力，确定汇交点，力的方向过交点和铰链的中心）
曲柄为力偶系
F14
F54
F34
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F14
F54
F32 F12
第15页/共60页
三、执行机构其他运动方案的设计
根据执行机构具有急回运动、原动为转动、执行构件为往复移动等要求，另外设 计两种其他运动方案，运动简图，并分析比较。
参 数 许用压力角
20° 20° 20°
125 38°
135 42°
130 45°
20° 20°
122 43°

刻度标值示例
适宜与不适宜的刻度标值示例
a)适宜
b)不适宜
刻度设计注意事项
不要以点代替刻度线 刻度线的基线用细实线为好
如图5-3(a)中采用的粗线不利于识读 刻度线不可很长而且排得很挤，
如图5 -3(b)所示 不要设计成间距不均匀的刻度
如图5 -3(c)所示。
图6 - 7 不合理的刻度设计 (a) 基线太粗； (b) 刻度线太长， 排列太挤；
指针运动式 指针固定式 数字式
读数用
尚可
尚可
好
检查用
好
追踪用
好
调节用
好
差
差
尚可
差
尚可
好
三、视觉显示器的设计原则
1. 基本原则 能见性，清晰性，可识性
2. 视觉显示器的设计原则 1）根据使用要求选择最适宜的视觉刺激维度作为传
递信息的代码，并将视觉代码的数目限制在人的 绝对辨别能力允许的范内。
2）使显示器精度与人的视觉辨认能力相适应 3）尽量采用形象直观且与人的认识特点相匹配的现实格式。 4）对同时呈现的相互关联的信息，尽可能实现综合显示以
刻度线的类型
常见的刻度线类型有单刻度线、双刻度 线和递增式刻度线。
刻度线的宽度
刻度线一般分短、中、长三级。刻度线的 宽度一般可在刻度间距的l／3～1／8的范 围内选取。 若刻度线的宽度能按短线、中线、长线顺 序逐级加粗一些，将有利于快速地正确认 读。
刻度线的长度
刻度线长度选择合适与否，对识读准确性影响很 大。刻度线长度受照明条件和视距的限制。当视 距为L时，刻度线最小长度为：
98.0
200
72.8
129.6
300
109.0

1 5 10 2 10 20 3 15 30 4 20 40 5 25 50 2 20 4 40
可
6 60 8 80 10 100 3 4
差
6 8 9 12 12 16
1.25 2.5 5 7.5
50 100 150 200 250
200 400 600 800 1000
15 30
45
60
一般应采取表中“优”的累进法，只是在不得已的情 况下才使用“可”，而绝对不能使用“差”的累进法。人 最易读取自然增加的数字。
实验研究表明，不同形式刻度盘的误读率 亦不同
36%
28%
17%
11%
0.5%
误读率比较:
开窗型：由于指针不动，刻度数字动，窗中的数 字易读，其误读率最小。 圆型半圆型：由于需在仪表中寻找和确认指针 的位置，所以在较短的揭示时间内比开窗型的误 读率高。 水平型和竖直：寻找指针位置最费时间，在提
示时间短的情况下，误读率最高，但与竖直型相
平移式控制器又可分为摆动控制器、按压
控制器、滑动控制器和牵拉控制器
2）旋转控制器：如方向盘、旋钮。
二、控制器的编码
一般有7种编码方式：标记，颜色，大小，形状，
表纹，操作，位置
1. 标记编码
在不同控制器的上方或侧旁，标注不同的文字或符 号，通过这些文字或符号区分控制器，即为标记编码。
1）采用文字：应是简短的，采用操作者熟悉的术语给出控
追踪用仪表。
追踪操纵是动态控制系统中最常见的操
纵方式之一，它根据显示器所提供的信息 进行追踪操纵，以便使机器按照所要求的 动态过程工作。 调节用仪表 只用以显示操纵器调节的值，而不显示 机器系统运行的动态过程。
二、视觉显示器的选择