手握式工具設(shè)計(jì)

1、手握式工具設(shè)計(jì),大綱,人手解剖及其工具使用相關(guān)的疾患 手握式工具設(shè)計(jì)原則 一般原則 解剖學(xué)因素 把手設(shè)計(jì) 色彩設(shè)計(jì) 動(dòng)作的經(jīng)濟(jì)與效率法則 手握式工具產(chǎn)品圖展示,論語(yǔ)。衛(wèi)靈公中名言：“工欲善其事，必先利其器”。人類的進(jìn)化史與手工工具的創(chuàng)造息息相關(guān)，歷史悠久。,人手解剖,人手是由骨、動(dòng)脈、神經(jīng)、韌帶和肌腱等組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如左圖。手指由小臂的腕骨伸肌和屈肌控制，這些肌肉由跨過(guò)腕道的腱連到手指，而腕道由手背骨和相對(duì)的橫向腕韌帶形成，通過(guò)腕道的還有各種動(dòng)脈和神經(jīng)。腕骨與小臂上的橈骨及尺骨相連，橈骨連向拇指一側(cè)，而尺骨連向小指一側(cè)。,手部肌肉（橈側(cè)面）,橈腕關(guān)節(jié)橫斷面（掌心朝上）,腕關(guān)節(jié)的構(gòu)造與定位使其

2、只能在兩個(gè)面動(dòng)作，這兩個(gè)面各成90。一面產(chǎn)生掌屈與背屈，第二個(gè)面產(chǎn)生尺偏和橈偏,肱二頭肌與橈骨連接的情形,小臂的尺骨、橈骨和上臂的肱骨相連接。肱二頭肌、肱機(jī)和肱橈肌控制肘屈曲和部分腕外轉(zhuǎn)動(dòng)作 ，而肱二頭肌是肘伸肌,手指和手部活動(dòng) 手指活動(dòng)：伸屈、抓握 手部活動(dòng)：偏屈、轉(zhuǎn)動(dòng) 肌肉施力方式 靜態(tài)施力：肌肉施力靠收縮產(chǎn)生，會(huì)使供血受阻，持續(xù)時(shí)間不能太長(zhǎng)等長(zhǎng)（產(chǎn)生疲勞）。 動(dòng)態(tài)施力：肌肉施力與放松是對(duì)物體交替進(jìn)行的，使肌肉有節(jié)奏的收縮與舒張力。,人手具有極大的靈活性。從抓握動(dòng)作來(lái)看，可分為著力抓握和精確抓握。著力抓握時(shí)，可分為力與小臂平行（如鋸），與小臂成夾角（如錘擊）及扭力（如使用螺絲起子）。精確抓

3、握時(shí)，工具由手指和拇指的屈肌夾住。精確抓握一般用于控制性作業(yè)（如小刀、鉛筆）。操作工具時(shí)，動(dòng)作不應(yīng)同時(shí)具有著力與控制兩種性質(zhì)，因?yàn)樵谥顟B(tài)讓肌肉也起控制作用會(huì)加速疲勞，降低效率。,人手的抓握方式,腱鞘炎-肌腱及鞘處發(fā)炎。工具設(shè)計(jì)應(yīng)避免操作時(shí)手腕尺偏掌屈和腕外轉(zhuǎn)。腕道綜合癥-腕道內(nèi)腱鞘發(fā)炎、腫大，壓迫正中神經(jīng)，肌肉萎縮。工具設(shè)計(jì)應(yīng)避免操作時(shí)非順直的手腕狀態(tài),手握工具使用不當(dāng)所引起的上肢職業(yè)病,網(wǎng)球肘-肘部組織炎癥，由手腕過(guò)度橈偏引起。運(yùn)動(dòng)員，瓦工、木工、家庭主婦頻繁屈伸手和腕，易發(fā)生此病。工具設(shè)計(jì)應(yīng)避免操作時(shí)手腕過(guò)度橈偏。扳機(jī)指-由手指反復(fù)彎曲動(dòng)作引起的。工具設(shè)計(jì)應(yīng)避免操作時(shí)使拇指或采用指壓板

4、控制。,手握式工具設(shè)計(jì)原則,設(shè)計(jì)原則（表述1）： 必須有效地實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能； 必須與操作者身體成適當(dāng)比例，使操作者發(fā)揮最大效率； 適當(dāng)考慮性別、訓(xùn)練程度和身體素質(zhì)的差異； 作業(yè)姿勢(shì)不能引起過(guò)度疲勞。 所需開(kāi)發(fā)及維護(hù)成本是合理的,1 手工具的大小、形狀、表面狀況應(yīng)與人手的尺寸和解剖條件適應(yīng)。 2 使用時(shí)能保持手腕順直；避免掌心受壓過(guò)大；盡量由手部大小魚(yú)際肌、虎口等部位分擔(dān)壓力。 3 避免手指反復(fù)彎曲扳動(dòng)操作；避免或減少肌肉的“靜態(tài)施力”。使用手工具時(shí)的姿勢(shì)、體位應(yīng)自然、舒適，符合手和手臂的施力特性。 4 不能讓同一束肌肉即進(jìn)行精確控制，又出很大力量。 5 注意照顧女性，左手優(yōu)勢(shì)者等群體的特性和需

5、要。,一般原則（表述2）,解剖學(xué)因素,1）避免靜肌負(fù)荷,烙鐵把手的設(shè)計(jì),當(dāng)使用工具時(shí)，臂部必須上舉或長(zhǎng)時(shí)間抓握，會(huì)使肩、臂及手部肌肉承受靜負(fù)荷，導(dǎo)致疲勞，降低作業(yè)效率。,2）保持手腕處順直狀態(tài),手腕順直操作時(shí)，腕關(guān)節(jié)處于正中的放松狀態(tài)，但當(dāng)手腕處于掌屈、背屈、尺偏等別扭的狀態(tài)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生腕部酸痛、握力減小，如長(zhǎng)時(shí)間這樣操作，會(huì)引起腕道綜合癥、腱鞘炎等癥狀。,把手彎曲式工具設(shè)計(jì),一般認(rèn)為，將工具的把手與工作部分彎曲10左右，效果最好。彎曲式工具可以降低疲勞，較易操作，對(duì)于腕部有損傷者特別有利。,3）避免掌部組織受壓力,操作手握式工具時(shí)，有時(shí)常要用手施相當(dāng)?shù)牧?。設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)在掌部和手指處造成很大的

6、壓力，妨礙血液在尺動(dòng)脈的循環(huán)，引起局部缺血，導(dǎo)致麻木、刺痛感等。好的把手設(shè)計(jì)應(yīng)該具有較大的接觸面，使壓力能分布于較大的手掌面積上，減小應(yīng)力，或者使壓力作用于不太敏感的區(qū)域，如拇指與食指之間的虎口位。,避免掌部壓力的把手設(shè)計(jì),4）避免手指重復(fù)動(dòng)作,避免單小指（如食指）反復(fù)操作的設(shè)計(jì),如果反復(fù)用食指操作扳機(jī)式控制器時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致扳機(jī)指（狹窄性腱鞘炎），扳機(jī)指癥狀在使用氣動(dòng)工具或觸發(fā)器式電動(dòng)工具時(shí)常會(huì)出現(xiàn)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免食指做這類動(dòng)作，而以拇指或壓板控制代替。,把手設(shè)計(jì)參數(shù)： 直徑（把手直徑大小取決于工具的用途與手的尺寸）：著力抓握3040mm ；精密抓握816mm 長(zhǎng)度（把手長(zhǎng)度主要取決于手掌寬度

7、）：掌寬一般在71-79mm之間，把手長(zhǎng)度應(yīng)為100125mm； 形狀(指把手的截面形狀）：圓形（著力抓握）、三角形或矩形（防滑、放置穩(wěn)定性）、丁字形、斜丁字形（螺絲起子）等； 彎角：10度左右；,把手設(shè)計(jì),雙把手工具（主要設(shè)計(jì)因素是抓握空間）：,雙把手工具抓握空間與握力的關(guān)系,用手習(xí)慣和性別差異（雙手交替使用工具可以減輕局部肌肉疲勞）：,只考慮慣用右手者而設(shè)計(jì)的手電鉆,從不同性別來(lái)看，男女使用工具的能力也有很大的差異。女性約占人群的48%，其平均手長(zhǎng)約比男性短2cm,握力值只有男性的2/3.上一張圖片說(shuō)明了這點(diǎn)。因此在設(shè)計(jì)工具時(shí)，必須充分考慮這一點(diǎn)。,手握式工具的色彩設(shè)計(jì),工具的色彩對(duì)人的生

8、理和心理有直接影響。色彩與形態(tài)密不可分。雖然色彩并不能改變形態(tài)，但是對(duì)整個(gè)工具的藝術(shù)造型效果有著極其重要的作用。 （1）手握式工具的色彩過(guò)去以灰綠、灰藍(lán)居多，而今隨著色彩研究的進(jìn)步以及社會(huì)多樣化的需求，色彩的變化與選擇大為豐富。高明度、高彩度、套色等色彩設(shè)計(jì)被大量應(yīng)用，打破了灰色調(diào)的一統(tǒng)天下。 （2）色彩設(shè)計(jì)方面除滿足標(biāo)識(shí)、安全等目的外，還必須考慮操作者在工作環(huán)境下心理調(diào)整的需要以及提高生產(chǎn)能力。因此要把握分寸，,色彩過(guò)分刺激、炫目容易使人緊張、疲勞，造成錯(cuò)誤操作和事故；而色彩的一位單調(diào)則使人感覺(jué)沉悶，使工作情緒低落，效率降低。 （3）選擇色彩是特別要注意銷售地區(qū)人群對(duì)顏色的喜好和禁忌。 （4

9、）為了減輕重量感有些工具可使用較淺的色系。 （5）使用環(huán)境不理想的工具應(yīng)采用純度較低、明度適中的中性色系。,應(yīng)用實(shí)例,手電鉆是典型的電動(dòng)手工具，在許多場(chǎng)合，操作者須手握電鉆持續(xù)工作較長(zhǎng)時(shí)間，應(yīng)充分考慮到人際關(guān)系之間的協(xié)調(diào)，其關(guān)系框圖見(jiàn)右圖,手電鉆的 人機(jī)因素,運(yùn)動(dòng)范圍,重復(fù)作業(yè),肌肉緊張,施力,把手設(shè)計(jì),操作活動(dòng)應(yīng)在手的最佳活動(dòng)范圍內(nèi)完成，不得使操作者過(guò)度伸展任何關(guān)節(jié)，施力時(shí)肘關(guān)節(jié)是直角,允許換手作業(yè)（左手人數(shù)約占總?cè)藬?shù)的10%），避免疲勞,肘關(guān)節(jié)保持在身體兩側(cè)，避免靜態(tài)施力。肌肉施力不大于最大肌力的50.,避免沖擊力，不得用手指是較大的力,斷面為圓形較舒適。圓形直徑為30-40mm防止手沿把

10、手滑動(dòng)，提供安全防護(hù)、增大施力、施力平行于前臂。注意減少壓迫手掌中心的壓強(qiáng),手電鉆的人機(jī)關(guān)系框圖,合理的手電鉆持握方式,動(dòng)作的經(jīng)濟(jì)與效率法則（重點(diǎn)）,動(dòng)作的經(jīng)濟(jì)與效率法則又稱動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則 該罰則首先由Gilbreth(吉布爾雷斯）提出 后來(lái)由R.M.Barnes巴思斯）進(jìn)行較好的改進(jìn)與發(fā)展，歸納為三大類共22條 這些原則是藝人的生理、心理特點(diǎn)為基礎(chǔ)，以減輕人在操作過(guò)程中的疲勞為目的而建立。 該院則不僅適用于工廠車間的作業(yè)、還適合用于教育、醫(yī)護(hù)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。,1）雙手應(yīng)同時(shí)開(kāi)始，并同時(shí)完成動(dòng)作 2）處休息時(shí)間外，雙手不應(yīng)同時(shí)閑著 3）雙臂的動(dòng)作應(yīng)對(duì)稱，方向應(yīng)相反，并同步進(jìn)行 4）盡量減少不必

11、要的體力消耗為準(zhǔn)則 5）應(yīng)當(dāng)利用力矩協(xié)助操作 6）動(dòng)作應(yīng)流暢，避免方向發(fā)生突然劇變 7）拋物線運(yùn)動(dòng)比受約束或受控制運(yùn)動(dòng)更快、更易、更精確 8）動(dòng)作要從容、自然、有節(jié)奏和規(guī)律，避免單調(diào) 9）作業(yè)時(shí)眼睛的活動(dòng)應(yīng)處于舒適的視覺(jué)范圍，避免常改視距,1、利用人體的原則,2、布置工作地點(diǎn)的原則,1）應(yīng)該有固定工作地點(diǎn)，需要提供所需全部工具與材料 2）工具與材料應(yīng)放在固定地方，減少尋找造成的人力和時(shí)間的浪費(fèi) 3）工具等應(yīng)放在操作者最大工作范圍內(nèi)，避免放在正前方，手移動(dòng)次數(shù)越少越好 4）借助重力去傳送物料，送到靠近使用的地方 5）工具和材料應(yīng)按最佳動(dòng)作順序進(jìn)行排列與布置 6）應(yīng)盡量借助下滑運(yùn)動(dòng)傳送物料，避免用手去處理 7）應(yīng)提供充足的照明。提供與工作臺(tái)高度適應(yīng)的座椅，可變換操作姿勢(shì)（站、坐交替），具有舒適感 8）工作地點(diǎn)的環(huán)境色應(yīng)與工作對(duì)象的顏色有一定的對(duì)比，以減少眼睛疲勞,3、設(shè)計(jì)工具和設(shè)備的原則,1）應(yīng)盡量使用鉆模