1.3. Хиротехника

Большинство трудовых движений человек выполняет руками. При этом он пользуется различными инструментами, имеющими рукоятки, или управляет машинами и механизмами с помощью штурвалов, рычагов, кнопок, тумблеров и т. п. Проблемой создания рациональных форм элементов, с которыми человек взаимодействует с помощью рук (точнее - кистями рук), занимается прикладная дисциплина эргономики - хиротехника (от греч. cheir - рука).

Параметры руки являются антропометрическими характеристиками. Пальцы руки принято нумеровать римскими или арабскими цифрами (рис. 1.14, а). Основные элементы ладони руки показаны на рис. 1.14, б.

Многие рабочие движения выполняются путем манипуляций кистью руки, для них требуется определенное пространственное положение руки относительно тела.

Основные размеры кисти руки приведены на рис. 1.15 (пунктиром показано увеличение размеров руки при надетых перчатках).

Верхняя конечность человека имеет 30 степеней свободы, из них 22 степени принадлежат ладони и пальцам.

Движения кисти делятся на хватательные и нехватательные. При хватательных движениях (захватах) рукоятка, предмет или его часть удерживаются в определенном положении пальцами или ладонью. При нехватательных движениях происходит контакт пальцев или ладони с предметом, при этом усилие прикладывается в направлении этого предмета. Такие движения характерны для работы на пишущей машинке или клавиатуре компьютера, при игре в волейбол, при управлении каким-либо объектом нажатием кнопок или клавиш.

Способов захвата существует множество, выбор каждого из них осуществляется человеком часто непроизвольно и зависит от формы конкретного предмета.

Рис. 1.14. Элементы кисти руки человека:

а - пальцы: /- большой; //- указательный; /// - средний; IV - безымянный; V - мизинец; 6 - элементы ладони: 1 - межпальцевый бугорок; 2 - хватательное кольцо; 3 - бугорок большого пальца; 4 - ямка ладони; 5- бугорок мизинца

Рис. 1.15. Основные размеры кисти

Способы захвата можно разделить на силовые и точностные. При первых возможна передача значительных усилий, вторые должны обеспечить по возможности точное положение предмета. Кроме того, можно классифицировать захваты по признаку выделения преобладающей зоны ладони, которая взаимодействует с предметом.

Рис. 1.16. Способы захватов:

а- цилиндрический; б - сферический; в - захват в кулак; г - захват-крючок; д -концевой; е - пальмарный; ж- ключевой

Схватывающие захваты. Цилиндрический захват (рис. 1.16, а) образован всей поверхностью ладони и пальцев, большой палец противостоит остальным. В зависимости от диаметра захватываемого предмета большой палец может касаться среднего или указательного или не доходить до них. Применяется при захвате крупных рукояток, например черенка лопаты, топорища, бейсбольной биты.

Сферический захват (рис. 1.16, б) используется при взаимодействии, например, с рычагом коробки передач автомобиля. В зависимости от диаметра сферы рука может касаться ее внутренней стороной пальцев или ямкой ладони.

Захват в кулак, кулачный (рис. 1.16, в) похож на цилиндрический, но применяется при сравнительно небольшом диаметре предмета. Большой палец лежит на тыльной стороне остальных пальцев.

Захват-крючок (рис. 1.16, г) применяется при приложении тянущих усилий к рукоятке, например, рычага стояночного тормоза или бортового фрикциона трактора. Образуется внутренней стороной II- V пальцев. Большой палец может не участвовать в захвате или «подстраховывать» остальные.

Похожий захват используется при управлении автомобилем с помощью рулевого колеса (штурвала) при расположении рук в его верхней части.

Кончиковые захваты. Концевой захват (рис. 1.16, д) образуется кончиками большого и указательного или среднего пальцев при взятии мелкого предмета, например иголки. Иногда его называют чувствительным захватом.

Пальмарный захват (от лат. palmaris -ладонный, рис. 1.16, е) используется для удержания карандаша, небольшой поворотной рукоятки управления. Большой палец противопоставляется двум другим, обычно указательному и среднему, соприкасаясь с ними внутренней стороной концевой фаланги. При несколько измененном положении среднего пальца таким захватом можно взять, например, щепотку соли.

Боковые захваты. Ключевой, или ключный (рис. 1.16, ж) - предмет с плоскими поверхностями и небольшой толщиной захватывается между боковой поверхностью указательного пальца и большим пальцем. Типичный захват для ключа при повороте его в замке, откуда и получил название.

Ножничный захват хорошо знаком курильщикам, таким захватом, например, удерживают сигарету.

При разных захватах существенно меняются максимальные усилия, которые могут быть приложены к предмету или рукоятке. Максимальная сила, которая развивается кистью, в зависимости от типа захвата следующая:

Тип захвата	Сила захвата, Н
Концевой	95 ± 22
Ключевой	105 ± 22
Пальмарный	409 ± 73

Для некоторых ручных органов управления автомобилем характерны комбинированные рукоятки, у которых, помимо собственно рукоятки, имеется элемент, позволяющий блокировать ее движение или, наоборот, разблокировать (рукоятка ручного рычага стояночного тормоза автомобиля). При сдавливании ее рычаг освобождается и автомобиль «снимается с тормозов». Рукоятки такого рода, расположенные на руле для управления сцеплением и тормозом, наиболее типичны для мотоциклов. Подобные рукоятки характерны для таких инструментов, как кусачки, плоскогубцы, и многих других. Части рукоятки расположены в этих случаях не параллельно друг другу, а под некоторым углом, а расстояние между ними может изменяться (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Максимальная сила сдавливания рукояток при разной ширине между ними: 1, 2 - мужчины соответственно 90-го и 50-го перцентиля; 3, 4 - женщины соответственно 90-го и 50-го перцентиля

Очень важно правильно выбрать форму рукоятки инструмента или органа управления. Она должна обеспечивать возможно более плотный контакт с рукой, это позволяет повысить точность перемещения рукоятки и связанного с ней инструмента или органа управления. Между элементами руки и рукояткой не должно возникать местных перегрузок, т.е. излишне больших давлений.

Рациональная форма рукоятки зависит от направления, в котором прикладывается основное рабочее усилие.

На рис. 1.18 приведены формы рукояток различных инструментов, которые требуют приложения продольных усилий.

Рис. 1.18. Формы рукояток ручных инструментов:

а - трехгранная призма; б, в, г - рациональные формы рукояток для приложения продольных усилий; д - форма ручки для работы инструментом «на себя»; е - форма ручки для инструмента, требующего значительных усилий «от себя»

Во многих случаях рабочее усилие должно передаваться инструменту или рукоятке органа управления за счет трения между рукой и рукояткой. Такая ситуация возникает, например, при пользовании отверткой. Максимальный крутящий момент при этом определяется (при одинаковом коэффициенте трения) формой рукоятки.

Во многих случаях для управления различными устройствами используются кнопки, клавиши, тумблеры, с которыми человек взаимодействует пальцами. Эти элементы управления характеризуются формой, размерами и усилиями, с которыми на них нужно воздействовать.

При назначении усилий, с которыми оператор должен воздействовать на кнопки и клавиши, необходимо учитывать частоту этих воздействий.

Выбор рационального рабочего усилия кнопочного включателя определяется условиями работы оператора. Водитель часто подвергается значительным вибрационным воздействиям, поэтому делать рабочие усилия кнопок маленькими нельзя. Прежде чем водитель нажмет на кнопку, он должен зафиксировать на ней палец, а если усилие нажатия мало, то возможны ошибочные срабатывания.

Кроме кнопочных и клавишных включателей применяются поворотные переключатели, их рукоятки схематично показаны на рис. 1.19

Рис. 1.19. Поворотные рукоятки управления

Требования к рукояткам органов управления автомобиля, а также к рукояткам инструмента, применяемого при их обслуживании:

- рукоятка должна быть шероховатой для увеличения трения и исключения соскальзывания руки, даже если рука загрязнена, например, смазочным маслом;

- поверхность рукоятки должна быть не блестящей, чтобы не создавать бликов отраженного света;

- рукоятка должна быть «теплой» на ощупь и иметь низкую теплопроводность;

- поверхность рукоятки не должна пачкать рук, она должна быть устойчивой к действию применяемых в автомобилях эксплуатационных жидкостей и легко отмываться от загрязнения;

- материал рукояток не должен вызывать аллергических реакций.