手握式工具设计

手握式工具设计大纲●人手解剖及其工具使用相关的疾患●手握式工具设计原则一般原则解剖学因素把手设计色彩设计●动作的经济与效率法则●手握式工具产品图展示《论语。卫灵公》中名言：“工欲善其事，必先利其器”。人类的进化史与手工工具的创造息息相关，历史悠久。人手解剖人手是由骨、动脉、神经、韧带和肌腱等组成的复杂结构，如左图。手指由小臂的腕骨伸肌和屈肌控制，这些肌肉由跨过腕道的腱连到手指，而腕道由手背骨和相对的横向腕韧带形成，通过腕道的还有各种动脉和神经。腕骨与小臂上的桡骨及尺骨相连，桡骨连向拇指一侧，而尺骨连向小指一侧。手部肌肉（桡侧面）桡腕关节横断面（掌心朝上）腕关节的构造与定位使其只能在两个面动作，这两个面各成90°。一面产生掌屈与背屈，第二个面产生尺偏和桡偏肱二头肌与桡骨连接的情形小臂的尺骨、桡骨和上臂的肱骨相连接。肱二头肌、肱机和肱桡肌控制肘屈曲和部分腕外转动作，而肱二头肌是肘伸肌●手指和手部活动手指活动：伸屈、抓握手部活动：偏屈、转动●肌肉施力方式静态施力：肌肉施力靠收缩产生，会使供血受阻，持续时间不能太长等长（产生疲劳）。动态施力：肌肉施力与放松是对物体交替进行的，使肌肉有节奏的收缩与舒张力。人手具有极大的灵活性。从抓握动作来看，可分为着力抓握和精确抓握。着力抓握时，可分为力与小臂平行（如锯），与小臂成夹角（如锤击）及扭力（如使用螺丝起子）。精确抓握时，工具由手指和拇指的屈肌夹住。精确抓握一般用于控制性作业（如小刀、铅笔）。操作工具时，动作不应同时具有着力与控制两种性质，因为在着力状态让肌肉也起控制作用会加速疲劳，降低效率。人手的抓握方式腱鞘炎--肌腱及鞘处发炎。工具设计应避免操作时手腕尺偏掌屈和腕外转。腕道综合症--腕道内腱鞘发炎、肿大，压迫正中神经，肌肉萎缩。工具设计应避免操作时非顺直的手腕状态手握工具使用不当所引起的上肢职业病网球肘--肘部组织炎症，由手腕过度桡偏引起。运动员，瓦工、木工、家庭主妇频繁屈伸手和腕，易发生此病。工具设计应避免操作时手腕过度桡偏。扳机指--由手指反复弯曲动作引起的。工具设计应避免操作时使拇指或采用指压板控制。手握式工具设计原则设计原则（表述1）：必须有效地实现预定的功能；必须与操作者身体成适当比例，使操作者发挥最大效率；适当考虑性别、训练程度和身体素质的差异；作业姿势不能引起过度疲劳。所需开发及维护成本是合理的1手工具的大小、形状、表面状况应与人手的尺寸和解剖条件适应。2使用时能保持手腕顺直；避免掌心受压过大；尽量由手部大小鱼际肌、虎口等部位分担压力。3避免手指反复弯曲扳动操作；避免或减少肌肉的“静态施力”。使用手工具时的姿势、体位应自然、舒适，符合手和手臂的施力特性。4不能让同一束肌肉即进行精确控制，又出很大力量。5注意照顾女性，左手优势者等群体的特性和需要。一般原则（表述2）解剖学因素1）避免静肌负荷烙铁把手的设计当使用工具时，臂部必须上举或长时间抓握，会使肩、臂及手部肌肉承受静负荷，导致疲劳，降低作业效率。2）保持手腕处顺直状态手腕顺直操作时，腕关节处于正中的放松状态，但当手腕处于掌屈、背屈、尺偏等别扭的状态时，就会产生腕部酸痛、握力减小，如长时间这样操作，会引起腕道综合症、腱鞘炎等症状。把手弯曲式工具设计一般认为，将工具的把手与工作部分弯曲10°左右，效果最好。弯曲式工具可以降低疲劳，较易操作，对于腕部有损伤者特别有利。3）避免掌部组织受压力操作手握式工具时，有时常要用手施相当的力。设计不当，会在掌部和手指处造成很大的压力，妨碍血液在尺动脉的循环，引起局部缺血，导致麻木、刺痛感等。好的把手设计应该具有较大的接触面，使压力能分布于较大的手掌面积上，减小应力，或者使压力作用于不太敏感的区域，如拇指与食指之间的虎口位。避免掌部压力的把手设计4）避免手指重复动作避免单小指（如食指）反复操作的设计如果反复用食指操作扳机式控制器时，就会导致扳机指（狭窄性腱鞘炎），扳机指症状在使用气动工具或触发器式电动工具时常会出现。设计时应尽量避免食指做这类动作，而以拇指或压板控制代替。把手设计参数：直径（把手直径大小取决于工具的用途与手的尺寸）：着力抓握30—40mm；精密抓握8—16mm长度（把手长度主要取决于手掌宽度）：掌宽一般在71-79mm之间，把手长度应为100—125mm；形状(指把手的截面形状）：圆形（着力抓握）、三角形或矩形（防滑、放置稳定性）、丁字形、斜丁字形（螺丝起子）等；弯角：10度左右；把手设计双把手工具（主要设计因素是抓握空间）：双把手工具抓握空间与握力的关系用手习惯和性别差异（双手交替使用工具可以减轻局部肌肉疲劳）：只考虑惯用右手者而设计的手电钻从不同性别来看，男女使用工具的能力也有很大的差异。女性约占人群的48%，其平均手长约比男性短2cm,握力值只有男性的2/3.上一张图片说明了这点。因此在设计工具时，必须充分考虑这一点。手握式工具的色彩设计工具的色彩对人的生理和心理有直接影响。色彩与形态密不可分。虽然色彩并不能改变形态，但是对整个工具的艺术造型效果有着极其重要的作用。（1）手握式工具的色彩过去以灰绿、灰蓝居多，而今随着色彩研究的进步以及社会多样化的需求，色彩的变化与选择大为丰富。高明度、高彩度、套色等色彩设计被大量应用，打破了灰色调的一统天下。（2）色彩设计方面除满足标识、安全等目的外，还必须考虑操作者在工作环境下心理调整的需要以及提高生产能力。因此要把握分寸，色彩过分刺激、炫目容易使人紧张、疲劳，造成错误操作和事故；而色彩的一位单调则使人感觉沉闷，使工作情绪低落，效率降低。（3）选择色彩是特别要注意销售地区人群对颜色的喜好和禁忌。（4）为了减轻重量感有些工具可使用较浅的色系。（5）使用环境不理想的工具应采用纯度较低、明度适中的中性色系。应用实例手电钻是典型的电动手工具，在许多场合，操作者须手握电钻持续工作较长时间，应充分考虑到人际关系之间的协调，其关系框图见右图手电钻的人机因素运动范围重复作业肌肉紧张施力把手设计操作活动应在手的最佳活动范围内完成，不得使操作者过度伸展任何关节，施力时肘关节是直角允许换手作业（左手人数约占总人数的10%），避免疲劳肘关节保持在身体两侧，避免静态施力。肌肉施力不大于最大肌力的50.避免冲击力，不得用手指是较大的力断面为圆形较舒适。圆形直径为30-40mm防止手沿把手滑动，提供安全防护、增大施力、施力平行于前臂。注意减少压迫手掌中心的压强手电钻的人机关系框图合理的手电钻持握方式动作的经济与效率法则（重点）动作的经济与效率法则又称动作经济原则该罚则首先由Gilbreth(吉布尔雷斯）提出后来由R.M.Barnes巴思斯）进行较好的改进与发展，归纳为三大类共22条这些原则是艺人的生理、心理特点为基础，以减轻人在操作过程中的疲劳为目的而建立。该院则不仅适用于工厂车间的作业、还适合用于教育、医护、军事等各个领域。1）双手应同时开始，并同时完成动作2）处休息时间外，双手不应同时闲着3）双臂的动作应对称，方向应相反，并同步进行4）尽量减少不必要的体力消耗为准则5）应当利用力矩协助操作6）动作应流畅，避免方向发生突然剧变7）抛物线运动比受约束或受控制运动更快、更易、更精确8）动作要从容、自然、有节奏和规律，避免单调9）作业时眼睛的活动应处于舒适的视觉范围，避免常改视距1、利用人体的原则2、布置工作地点的原则1）应该有固定工作地点，需要提供所需全部工具与材料2）工具与材料应放在固定地方，减少寻找造成的人力和时间的浪费3）工具等应放在操作者最大工作范围内，避免放在正前方，手移动次数越少越好4）借助重力去传送物料，送到靠近使用的地方5）工具和材料应按最佳动作顺序进行排列与布置6）应尽量借助下滑运动传送物料，避免用手去处理7）应提供充足的照明。提供与工作台高度适应的座椅，可变换操作姿势（站、坐交替），具有舒适感8）工作地点的环境色应与工作对象的颜色有一定的对比，以减少眼睛疲劳3、设计工具和设备的原则1）应尽量使用钻模、夹具或脚操纵的装置，将手从所有加持工件中解放出来2）尽可能将两种抑或多种工具结合为一种3）在应用手指操作时，应按个手指的自然能力分配负荷4）工具中各种手柄的设计，应尽量增大与手的接触面，以便施加较大的力5）机器设备上的各种杠杆、手轮和摇把等的位置，应尽量使作业者在使用时不改变或少改变身体的位置，并应最大限度的使用机械力THEEND谢谢观赏