一種可移動式雙折疊工作臺的結構設計

姜 浩，鄒玉蓉，葉 靖，王子健

（西安電子工程研究所，西安 710100）

雷達裝備被稱作“三軍之眼”，其在現代化戰(zhàn)爭中發(fā)揮著獨一無二的作用[1]。顯控臺作為雷達裝備的重要組成部分，具有數據處理和綜合顯示等功能，是工作人員與雷達裝備對話的平臺，被稱為雷達裝備的操作和控制中心[2-4]。根據安裝平臺的不同可以將顯控臺分為機載顯控臺、艦載顯控臺和車載顯控臺。顯控臺一般由電子機箱單元、顯示單元和操控單元等組成[5]，因此顯示器和鍵盤是必不可少的，雷達裝備系統(tǒng)中的許多任務，如對目標對象的監(jiān)視和參數讀取等都是依靠顯示器和鍵盤來完成的，因此在設計初期需要為顯示器和鍵盤預留一定的安裝空間。目前關于顯控臺的人機設計主要考慮人員的活動空間、操作范圍和視野等[6]。隨著裝備集成度、輕量化等要求越來越高，出現了利用駕駛室主控臺安裝顯示器和鍵盤的案例，這會造成駕駛室內部空間擁擠，也使駕駛室內部的改裝任務上升了一個難度。因此亟需提出一種新的設計思路來解決上述問題，在此基礎上還要充分考慮可靠性、環(huán)境適應性和人機交互性等關鍵因素。

本文針對某高機動雷達天線平臺將顯控臺設置在駕駛室內部的問題，在傳統(tǒng)顯控臺設計的基礎上，把顯控臺的電子機箱單元和顯示單元、操控單元拆分為兩部分，將電子機箱單元安裝在駕駛室內部發(fā)動機蓋上的信號處理柜中，為顯示單元和操控單元單獨設計了一款安裝在駕駛室頂部的可移動式雙折疊工作臺，該工作臺是整個雷達裝備系統(tǒng)中的重要人機交互單元之一，其大大提高了駕駛室內部空間的利用率，并通過巧妙運用不同的鎖緊和定位機構，使工作臺具有良好的人機交互性，并且具有操作簡單、展開和折疊安全可靠等特點。

1 總體結構設計

本文根據機動平臺的設計需求，從人機工程學的角度出發(fā)，充分考慮駕駛室的內部空間、車輛駕駛員的行車視野以及車內工作人員的活動空間，設計了一款可移動式雙折疊工作臺。在設計過程中主要考慮工作臺的組成和姿態(tài)，并為工作臺設計了一系列的鎖緊和定位機構。

1.1 工作臺的組成設計

本文設計的可移動式雙折疊工作臺主要用于安裝加固顯示器和加固鍵盤。如圖1 所示，工作臺分為支撐部分、安裝加固顯示器部分和安裝加固鍵盤部分。

圖1 工作臺組成

支撐部分主要起到固定和支撐工作臺的作用，其主要由安裝角件、導向軸和支撐框架組成。由于駕駛室內部的空間十分有限，故利用螺釘將安裝角件與駕駛室頂部預留的埋板相連，從而把工作臺固定在駕駛室頂部。為了使工作臺既能滿足運輸狀態(tài)時不遮擋駕駛員視野的要求，又能滿足工作狀態(tài)時方便工作人員操作的要求，工作臺可以沿著導向軸在一定范圍內做往復運動。其中導向軸選用高精密軸，這樣既能提高工作臺在往復運動時的靈活性，又能提高其移動時的穩(wěn)定性。

安裝加固顯示器部分主要包括顯示器框架、顯示器后蓋和加固顯示器，除此之外，在顯示器框架上還設計了一些定位結構。

安裝加固鍵盤部分主要包括鍵盤框架、鍵盤后蓋、加固鍵盤和桌板，另外，在鍵盤框架上也設計了一些定位結構。為了起到減重和美觀的作用，桌板采用了胡桃木材料。

1.2 工作臺的姿態(tài)設計

為了實現良好的人機交互性，本文充分考慮工作臺在駕駛室內部的安裝空間、工作人員在駕駛室內部的活動空間以及車內工作人員的操作便利性，為該可移動式雙折疊工作臺設計了4 種不同的姿態(tài)，各姿態(tài)的工作臺示意圖如圖2 所示。

圖2 不同姿態(tài)的工作臺

當雷達天線平臺處于運輸狀態(tài)時，在考慮駕駛室內部空間、駕駛員的行車視野以及副駕駛乘坐體驗的基礎上，將運輸姿態(tài)的工作臺安裝在駕駛室內如圖3所示的位置，此時工作臺既不影響駕駛員的駕駛視野，也不影響副駕駛的乘坐體驗，因此運輸姿態(tài)的工作臺滿足設計要求。

圖3 運輸狀態(tài)時駕駛室的布局圖

當雷達天線平臺從運輸狀態(tài)轉為工作狀態(tài)時，工作人員首先將工作臺主體部分移動到導向軸的另一端，即靠近副駕駛的位置，讓工作臺處于待展開姿態(tài)，然后將安裝加固顯示器和安裝加固鍵盤部分繞著轉軸展開至一級展開姿態(tài)，最后將安裝加固鍵盤部分繞著轉軸展開至工作姿態(tài)。工作臺從運輸姿態(tài)變換到工作姿態(tài)時方便快捷，如圖4 所示，處于工作姿態(tài)的工作臺位于工作人員的合理活動范圍內。

圖4 工作姿態(tài)時駕駛室的布局圖

圖5 為人在水平和垂直2 個方向的視野范圍，其是人機工程設計時的重要參考之一，因此本文在結構設計時需要將顯示器的屏幕設置在人的視野范圍之內。從圖6 中可以看出，在工作狀態(tài)下，當工作人員的頭部旋轉20°時，工作人員觀看顯示屏幕的水平和垂直視野夾角均在人的視野范圍內。后期在條件允許的情況下可以將副駕駛的座椅更換為可以旋轉的，這樣在工作狀態(tài)時可以通過旋轉座椅使工作人員的視野夾角處于最佳視野范圍內。從圖6 中還可以看出，此時工作臺的桌面與駕駛室的地面垂直距離為750 mm，滿足“人—機—環(huán)”的通用設計要求。因此該工作臺人機工效合理可行。

圖5 人的視野范圍

當雷達天線平臺從工作狀態(tài)轉為運輸狀態(tài)時，首先將安裝加固鍵盤部分繞轉軸折疊至一級折疊姿態(tài)，再繞轉軸將安裝加固顯示器和安裝加固鍵盤部分折疊至待展開姿態(tài)，最后將工作臺主體部分沿著導向軸移動至導向軸的另一端使其處于運輸姿態(tài)。

通過以上4 種姿態(tài)之間的切換，合理、充分地利用了駕駛室內部的有限空間。當天線平臺處于運輸狀態(tài)時該工作臺既不影響駕駛員的駕駛視野，又不影響副駕駛的乘坐體驗；當天線平臺處于工作狀態(tài)時，工作人員能夠方便快捷地將工作臺從運輸姿態(tài)調整為工作姿態(tài)，并能以舒適的姿態(tài)對工作臺進行操作；使用完畢后再將工作臺從工作姿態(tài)調整為運輸姿態(tài)。

2 鎖緊、定位機構的結構設計

為了使可移動式雙折疊工作臺能在駕駛室內穩(wěn)定處于上述4 種姿態(tài)，并在各姿態(tài)之間轉換時能夠安全可靠地定位，本文為工作臺設計了相應的鎖緊和定位機構。

2.1 鎖緊機構的結構設計

當工作臺主體部分位于導向軸兩端時，要求工作臺不沿著導向軸發(fā)生運動處于相對固定狀態(tài)，因此本文在安裝角件上設計了一個旋鈕柱塞止動銷，并在支撐框架上設計了一個與止動銷配合使用的止動支架，當工作臺的主體部分移動到導向軸最左或最右端時，止動銷的末端插入到止動支架的常圓孔中，從而限制工作臺的主體部分沿導向軸的運動。圖7 為止動機構示意圖。

圖7 止動機構示意圖

為了使工作臺能夠保持完全折疊狀態(tài)，本文在支撐框架上設計了一個鎖緊機構，并在鍵盤框架上設計了一個與鎖緊機構配合使用的鎖緊支架。其中鎖緊機構主要由支架、轉軸、鎖緊螺母和調節(jié)螺桿組成。鎖緊機構通過螺釘與支撐框架相連接，鎖緊支架通過焊接的方式與鍵盤框架相連，鎖緊支架上設計有一個U 形槽與鎖緊機構配合使用。當工作臺由一級展開姿態(tài)到完全折疊姿態(tài)時，通過調節(jié)鎖緊螺母將調節(jié)螺桿插入鎖緊支架的U 形槽內，從而使工作臺能夠保持完全折疊狀態(tài)而不自動展開，當工作臺需要展開時通過調節(jié)鎖緊螺母將調節(jié)螺桿繞著轉軸從鎖緊支架的U 形槽內移出，然后工作臺即可展開。圖8 為鎖緊機構示意圖。

圖8 鎖緊機構示意圖

2.2 定位機構的結構設計

為了方便工作人員確定工作臺在展開、折疊時是否旋轉到位，即讓工作臺在每次展開、折疊時都有確定的旋轉角度，本文為工作臺的每次旋轉都設計了定位機構。

可移動式雙折疊工作臺從待展開姿態(tài)展開到一級展開姿態(tài)時，安裝加固顯示器和安裝加固鍵盤部分繞著轉軸轉動，直到顯示器框架與一級展開定位塊接觸時表明一級展開到位。工作臺從一級展開姿態(tài)展開到工作姿態(tài)時，安裝加固鍵盤部分繞著轉軸轉動，直到鍵盤框架與二級展開定位塊接觸時表明二級展開到位。其中一級展開定位塊焊接在支撐框架上，二級展開定位塊焊接在顯示器框架上。

可移動式雙折疊工作臺從工作姿態(tài)折疊到一級折疊姿態(tài)時，當工作臺旋轉到鍵盤框架與一級折疊定位器接觸時表明折疊到位，此時加固鍵盤與加固顯示器沒有發(fā)生干涉。工作臺從一級折疊姿態(tài)折疊到待展開姿態(tài)時，當焊接在顯示器框架上的二級折疊定位支架與支撐框架的支耳接觸時表明折疊到位，此時加固鍵盤的框架與支撐框架沒有發(fā)生干涉。其中一級折疊定位器主要包括殼、蓋、釹磁鐵和墊塊，該定位器主要用于確定工作臺在一級折疊時的旋轉角度，除此之外，由于其中包含的釹磁鐵具有強磁性，通過與一級折疊定位塊之間的吸引力使工作臺能夠保持一級展開/折疊姿態(tài)。

根據工作臺在各個姿態(tài)下的特點以及其在不同姿態(tài)之間切換時的旋轉角度，本文設計了以上鎖緊和定位機構來保證工作臺能夠穩(wěn)定處于各個姿態(tài)而不發(fā)生運動和變形，各定位機構保證了該工作臺在每次展開或者折疊時都具有唯一確定的旋轉角度，且各部分之間在展開或折疊時不發(fā)生干涉。通過巧妙合理地利用以上鎖緊和定位機構，使該工作臺具有操作簡單、折疊展開安全可靠等特點。圖9 為定位機構及其工作原理示意圖。

圖9 定位機構及其工作原理示意圖

3 結束語

本文針對某高機動雷達天線平臺將顯控臺置于駕駛室內部的問題，為顯控臺的顯示單元和操控單元單獨設計了一款安裝于駕駛室頂部的可移動式雙折疊工作臺，該工作臺主要分為支撐部分、安裝加固顯示器部分和安裝加固鍵盤部分。從人機工程學角度出發(fā)，本文為該工作臺設計了運輸姿態(tài)、待展開姿態(tài)、一級展開/折疊姿態(tài)和工作姿態(tài)4 種不同的姿態(tài)，通過4 種姿態(tài)之間的切換，合理充分地利用了駕駛室內部的有限空間，并使工作臺具有良好的人機交互性。為了使工作臺能夠穩(wěn)定保持在各個姿態(tài)下，并保證其在每次展開或折疊時各部分之間不發(fā)生干涉且具有確定的旋轉角度，本文為工作臺設計了幾種不同的鎖緊和定位機構，從而使該工作臺具有操作簡單、折疊展開安全可靠等特點。通過該可移動式雙折疊工作臺的設計，簡化了駕駛室內部的改裝工程，節(jié)約了整個機動平臺的設計成本，并為后續(xù)同類型顯控臺的設計提供了一種新的思路。