人機工程課程設計_鼠標鍵盤人體工程設計產品的現(xiàn)狀與分析

1、鼠標、鍵盤人體工程設計產品的現(xiàn)狀與分析課程名稱：人機工程課程設計所屬院系：工程學院工業(yè)設計系姓名： 池 富 文指導教師：王 黎 明在第二次世界大戰(zhàn)之后，人體工程學就已經作為獨立的學科開始發(fā)展，在設計、環(huán)境、軍事等諸多領域都有廣泛的應用，可以說，只要是有人機交流的地方就有人體工學的應用，而鍵盤鼠標外設的人體工學也已經成長了多年。鍵鼠產品已經發(fā)展了幾十年，作為電腦桌面上使用頻率最高的輸入工具，同時也是人機交流的最重要工具，它的性能好壞直接決定了我們工作效率的高低。隨著技術的發(fā)展，我們從最原始的機械鼠標到激光鼠標，從有線鼠標到無線鼠標，從功能簡單的機械鍵盤到功能豐富的多媒體鍵盤，我們已經突破了技術瓶

2、頸。鼠標鍵盤是人和計算機交互的一個主要界面，它同時集成了光標的移動和計算機的操作的功能，輕松的運動和多功能的按鍵使鼠標領先于其他各種定位設備，可以說鼠標鍵盤是我們日常生活中操作電腦的一個最常用的工具，因此設計具有人機工程學特點的鼠標是十分有意義的。鼠標的人機工程學設計，主要就是鼠標的造型設計。而要研究這個問題首先要研究人手 圖一：人手的結構鼠標設計現(xiàn)狀分析人手的結構中，與鼠標相關的部分向上包括前臂，而向下則有手腕、手掌、手指等結構。前臂內部包括尺骨、橈骨等主要的骨骼人就是依靠這兩根骨頭的交錯來完成手腕的旋轉的。而手腕結構中主要是一快腕骨，它的轉動使得人的手腕可以仰俯。而人的手掌則主要由兩組肌肉

3、組成，一個是拇指屈肌和外展肌組成的肌群，一個是小指屈肌及展肌組成的肌群，在兩個肌群指間有一條溝壑。對于不同的人，這條溝的深度和寬度是不同的。而這條溝內部，則是人手主要神經和血管所走的地方。手指的結構則相對比較簡單，每個手指包括三個指節(jié)，并在一定范圍內可以作橫向的展開。對于手腕結構來說，多次的試驗證明，當人的手腕呈“仰起”狀態(tài)時，則“仰起”的夾角在15 度30 度之間的時候，是最舒適的狀態(tài)，超出這個范圍，會導致前臂肌肉處于拉伸狀態(tài)，而且也會導致血流的不暢。對于手掌來說，其最自然的形態(tài)就是半握拳狀態(tài)。而鼠標的造型設計，實際上就是要盡量貼合這個形態(tài)。對鼠標的設計原則，可以歸結為以下三點：1、要使鼠標

4、外殼緊密貼緊人手掌的兩個主要肌群拇指肌群和小指肌群。使它們能夠貼緊而又不受壓迫。受壓迫會導致手掌處于疲勞狀態(tài)，而貼不緊又有握不住的感覺。2、要使鼠標外殼緊貼掌弓而又不壓迫它。也就是鼠標外殼要貼緊手掌中間的那條“溝”。如果它不能貼緊，那么手心就會有“懸空”的感覺，而如果壓迫了它，因為下面是手主要動脈和神經的必經之地，時間長了以后會導致手缺氧。3、鼠標的最高點應該位于手心而不是后部的掌淺動脈弓，否則會造成手掌產生壓迫感。對于手指，手指的自然形態(tài)應該是五個手指都不懸空，而且處于呈150 度左右的自然伸展狀態(tài)。而對于鼠標設計來說，手指部分的一個特別要求，就是當手指自然伸展時，第三指節(jié)的指肚應該正好處于

5、鼠標按鍵的微動開關上，這樣才能獲得最佳的按鍵手感。符合人因工程學的設計并不是適合每個人，這一點上在鼠標的設計中尤為明顯。有很多號稱符合人因工程學的鼠標用起來并不是很舒服，主要原因在于這些鼠標設計的時候是以歐美人士作為基準的，而這個基準對于亞洲人來說顯得過大了。據美國一家權威數據調查公司的數據統(tǒng)計， 歐美人士的手掌心平均要比亞洲人的手掌心深1-2CM，而且手要長3-4CM。下面就是一張標準體型的亞洲人（174CM）和低于標準體型的歐美人士手（178CM） 圖二：左邊為亞洲人手掌，右邊為歐美人手掌可以從圖上看出很明顯的差別：首先，亞洲人的手掌偏窄，其次手的長度也偏小，再者手掌中央的“溝”也偏淺。

6、圖三 175CM 亞洲人手握歐美國家的品牌鼠標另外，由于亞洲人的手普遍要比歐美人士短幾個公分，所以在亞洲人握歐美人士的大鼠時，其鼠標的最弓背處剛好處于手掌心的靠后部分，并且手部的受力集中于手掌心稍后側的掌淺動脈弓。如果動脈受壓過久，時間長了會產生麻木酸痛的感覺，并使手指缺氧產生疲勞感。另外，如果手處于強迫狀態(tài)，其手指的靈活度也將受到很大的影響，這在玩游戲時體會更明顯。由上面的分析可以看出，主要針對歐美標準而設計的鼠標具有個頭特別大，后背非常弓的特點，而這兩點對亞洲人來說是一個極為不合理的設計。 圖四：175CM 亞洲人手握歐美國家的品牌鼠標一些著名的鼠標品牌主要是以歐美人士作為基準，設計出來的

7、鼠標個頭都特別大，并且后背都非常弓，因為如果鼠標后背太平，歐美人士的人握上去之后，手掌心就會有懸空的感覺。由于鼠標較大的原因，手腕的腕關節(jié)被迫抬高，使手背與桌面的夾角大于了30 度 ，腕關節(jié)部位及手的前臂部位的伸肌群都處于強直的受力狀態(tài)，受前臂肌群力的影響，上臂的肱三頭肌及肱三角肌也都會同時受到力牽拉的作用，這樣一來，人的肩關節(jié)也會一直處于強直狀態(tài)。在這種狀況下用鼠標，時間長了很容易出現(xiàn)腕關節(jié)及肩部酸脹的癥狀，從而極易產生疲勞感。圖五 圖六：專門為亞洲人設計的鼠標專門為亞洲人設計的鼠標外形設計方面較之歐美的鼠標稍微要小一點，并且流線造型的弧度也要平緩一些，針對于亞洲人手的特點，這款鼠的后背夾角

8、設計成為150 度左右，這種設計使亞洲人的手握在鼠標上后使手背同桌面呈現(xiàn)15-30 度夾角，而使腕關節(jié)及肩關節(jié)的都呈自然放松狀，同時手握鼠標的受力點恰好位于手心稍靠掌指關節(jié)處，從而避開了位于掌心靠后側的掌淺動脈弓。這樣，不僅手指在點擊按鍵時會非常靈活自如，并且長時間的使用也不會輕易疲勞。人們在使用鼠標時，總是頻繁地使用食指，手腕支撐面積較小，肌肉處于緊張狀態(tài)，受力較大且手指受力不均勻，這種單調而輕微的動作，易于使經常使用鼠標的人感到疲勞鼠標的重量影響使用者的舒適程度，一般80-110克之間為宜。太重的話，手腕負載的壓力過大；太輕的話，筋肉的緊張程度偏大，光標定位的精確度難以掌握，兩者均不適宜人

9、員的長期使用。 圖七：握持時的狀態(tài)這幾款鼠標后背蓋的設計為圓鈍狀，人的手握上去之后，手正好呈半握拳的自然放松狀，這種姿勢剛好使鼠標的后背與手的掌心完全貼合，既不出現(xiàn)空隙，也不使手掌肌群受壓，這樣不僅腕關節(jié)得到放松，并且掌指關節(jié)及指間關節(jié)的韌帶也會處于放松狀，食指和中指能夠輕松自如的點擊按鍵，而小指自然放置在鼠標右側。除此之外鼠標應該放在一個稍低位置，這個位置相當于坐姿情況下，上臂與地面垂直時肘部的高度。鼠標和身體之間的距離也有一定的要求。手握住鼠標的時候，上臂和前身夾角保持45度以下的時候，身體和鼠標的距離比較合適。如太遠了，前臂將帶著上臂和肩一同前傾，會造成關節(jié)、肌肉的持續(xù)緊張。太近了，會造

10、成上臂的持續(xù)收縮。鍵盤設計現(xiàn)狀分析鍵盤作為較早的計算機輸入設備，從它的發(fā)展中我們也能看到一些計算機發(fā)展的影子。普通鍵盤的主鍵區(qū)，也就是字母鍵區(qū)，鍵位整體呈長方形排列，使用時，我們的兩個手腕要向內收攏，時間長了非常不舒適，針對這一現(xiàn)象，很多品牌都推出了兩個主鍵區(qū)的人體工學鍵盤，這種設計可以讓我們在使用鍵盤時手腕自然的放置在桌面上或是腕托上，長時間使用也不會有不適感。而且我們從側面觀察鍵盤可以發(fā)現(xiàn)，這些按鍵的高度也是不一樣的，中間略高而兩側略低，我們的手是在一個曲率半徑較大的弧線上進行操作的，非常接近自然狀態(tài)。在鍵盤的平面布局設計中運用人機工程學的知識,改進和完善鍵盤的宜人性和舒適性。在鍵盤的設計

11、中運用人機學原理,結合手的解剖學特點、坐姿生理學等學科知識以及視覺顯示終端作業(yè)崗位的人機界面設計原則,使人機環(huán)境系統(tǒng)相協(xié)調,為使用者創(chuàng)造安全、舒適、健康、高效的工作條件?！叭说囊蛩亍痹谠O計中是不能忽視的一個重要條件。設計以心理為圓心、生理為半徑,用以建立人與物(產品)以及環(huán)境之間和諧關系的方式,最大限度地挖掘人的潛能,綜合平衡地使用人的肌能,保護人體健康,不斷地引領人類趨于完善。文中從鍵盤的平面布局、主鍵盤區(qū)、編輯定位鍵盤區(qū)和數字輔助鍵盤區(qū)的按鍵布置以及整體設計等角度出發(fā),在分析傳統(tǒng)鍵盤的基礎上,提出了鍵盤的改進設計。 圖八：正確打字姿勢使用計算機和打字機都需要進行鍵盤操作，目前工作人員長時間

12、從事鍵盤操作往往產生手腕、手臂、肩背的疲勞，影響工作和休息。從人體工程學的角度看，要想提高作業(yè)效率及能持久地操作，操作者應能采用舒適、自然的作業(yè)姿勢，工作人員因現(xiàn)有的鍵盤操作條件而采用不正常的姿勢，是導致身體疲勞的主要原因。因為在目前的工作臺上操作鍵盤，如果工作人員手腕放在臺面上，由于鍵盤的鍵面高于工作臺面，必然要讓腕部上翹，時間一長會引起腕關節(jié)疼痛；而懸腕或懸肘的操作雖然較為靈活，但由于手部缺乏支撐，手臂或肩背的肌肉不得不保持緊張，故不能持久，也易疲勞。對這個問題，人體工程學現(xiàn)有的研究結論是“鍵盤自臺面至中間一行鍵的高度應盡量降低”。鍵盤前沿厚度超過50mm就會引起腕部過分上翹，從而加重手部

13、負荷。此厚度最好保持在30mm左右，必要時可加掌墊。即通過減薄鍵盤本身的厚度和在鍵盤前增加手部的支撐件來解決。鍵盤可減薄的程度是有限的。操作動作的合理性直接影響操作者的舒適性和工作效率。根據最節(jié)約操作動作原則,提出以下幾點改進設計。21111主鍵盤區(qū)手- 鍵盤界面最自然的姿勢為上臂從肩關節(jié)自然下垂,與前臂之間夾角7090,以保證作業(yè)時肘關節(jié)受力而不是上臂肌肉受力;還應保持手和前臂呈一直線,腕部向上不得超過0,腕外展不超過15;雙手向內相向交叉成6070,手指自然彎曲,同手掌一起構成一個半圓形,呈空握球狀;兩手掌間距約100280mm 。設計主鍵盤區(qū)沿中心線各自左右分開,兩基準定位鍵之間距離約8

14、0100mm 中間分離的鍵盤可以使使用者的手部及腕部較為放松，處于一種自然的狀態(tài)。這樣可以防止并有效減輕腕部肌肉的勞損。這種鍵盤的鍵處于一種對使用者而言舒適的角度。 圖八：傳統(tǒng)鍵盤結構手- 鍵盤界面最自然的姿勢為上臂從肩關節(jié)自然下垂,與前臂之間夾角7090,以保證作業(yè)時肘關節(jié)受力而不是上臂肌肉受力;還應保持手和前臂呈一直線,腕部向上不得超過20,腕外展不超過15;雙手向內相向交叉成6070,手指自然彎曲,同手掌一起構成一個半圓形,呈空握球狀;兩手掌間距約100280mm 。設計主鍵盤區(qū)沿中心線各自左右分開,兩基準定位鍵之間距離約80100mm 。 圖九：人機工程鍵盤另外像羅技WAVE鍵盤也是一

15、款人體工學設計出色的鍵盤，雖然它沒有將主鍵區(qū)分開，不過表面的波浪形并不是隨便設計的，根據手的擺放位置、手指長度等多種因素，經過計算得出了目前我們看到的波浪形人體工程學現(xiàn)有的研究結論是“鍵盤自臺面至中間一行鍵的高度應盡量降低”。鍵盤前沿厚度超過50mm就會引起腕部過分上翹，從而加重手部負荷。此厚度最好保持在30mm左右，必要時可加掌墊。即通過減薄鍵盤本身的厚度和在鍵盤前增加手部的支撐件來解決。鍵盤可減薄的程度是有限的。 圖十：中間分離的鍵盤中間分離的鍵盤可以使使用者的手部及腕部較為放松，處于一種自然的狀態(tài)。這樣可以防止并有效減輕腕部肌肉的勞損。這種鍵盤的鍵處于一種對使用者而言舒適的角度。鍵盤作為

16、計算機的主要輸入設備,其設計與改進在計算機日益普及的今天尤顯重要。從人機工程學的角度,在其平面布局和整體設計等方面進行了研究。在整體布局上更加注重操作方便性與合理性尤其體現(xiàn)在Back Space鍵的重新布置、編輯與定位鍵區(qū)和數字輔助鍵區(qū)的按鍵布局上。改進的設計方案能夠有效避免用戶肌肉緊張和靜態(tài)疲勞,對整個計算機作業(yè)過程的舒適性有較好改善,同時也大大提高了作業(yè)效率,使用戶和輸入設備之間能夠更好地協(xié)調工作。這充分體現(xiàn)了設計對人的關懷與呵護,使人和產品在交互過程中完美和諧地結合。最近的研究已經深入到各個鍵位的細部設計了。由于每個手指的長度、施力方向和力度大小都不一樣,有研究已經在運用壓力回饋圖對每個鍵位進行設計嘗試。由于QWERTY鍵盤的設計初衷是為了避免卡鍵現(xiàn)象,而最大限度地放慢了敲擊速度,使得最常用的etasorni等鍵操作起來非常不便。在科技高速發(fā)展的新世紀,鍵盤的設計將進行一次大的革新,以符合時代前進的步伐。不良使用習慣糾正1. 盡量避免上肢長時間處于固定、機械而頻繁活動的工作狀態(tài)下，使用鼠標或打字時，每工作一小時就要起身活動活動肢體，做一些握拳、捏指等放松手指的動作。 2. 使用電腦時，電腦桌上的鍵盤和鼠標的