鼠標(biāo)鍵盤人體工程設(shè)計(jì)產(chǎn)品的現(xiàn)狀與分析報(bào)告

1、工業(yè)083 鼠標(biāo)、鍵盤人體工程設(shè)計(jì)產(chǎn)品的現(xiàn)狀與分析課程名稱：人機(jī)工程實(shí)驗(yàn)所屬院系：管理學(xué)院工業(yè)工程系指導(dǎo)教師：鄧 華在第二次世界大戰(zhàn)之后，人體工程學(xué)就已經(jīng)作為獨(dú)立的學(xué)科開始發(fā)展，在設(shè)計(jì)、環(huán)境、軍事等諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，可以說，只要是有人機(jī)交流的地方就有人體工學(xué)的應(yīng)用，而鍵盤鼠標(biāo)外設(shè)的人體工學(xué)也已經(jīng)成長(zhǎng)了多年。鍵鼠產(chǎn)品已經(jīng)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(shí)也是人機(jī)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(shù)的發(fā)展，我們從最原始的機(jī)械鼠標(biāo)到激光鼠標(biāo)，從有線鼠標(biāo)到無線鼠標(biāo)，從功能簡(jiǎn)單的機(jī)械鍵盤到功能豐富的多媒體鍵盤，我們已經(jīng)突破了技術(shù)瓶頸。鼠標(biāo)鍵盤是

2、人和計(jì)算機(jī)交互的一個(gè)主要界面，它同時(shí)集成了光標(biāo)的移動(dòng)和計(jì)算機(jī)的操作的功能，輕松的運(yùn)動(dòng)和多功能的按鍵使鼠標(biāo)領(lǐng)先于其他各種定位設(shè)備，可以說鼠標(biāo)鍵盤是我們?nèi)粘Ｉ钪胁僮麟娔X的一個(gè)最常用的工具，因此設(shè)計(jì)具有人機(jī)工程學(xué)特點(diǎn)的鼠標(biāo)是十分有意義的。鼠標(biāo)的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，主要就是鼠標(biāo)的造型設(shè)計(jì)。而要研究這個(gè)問題首先要研究人手 圖一：人手的結(jié)構(gòu)鼠標(biāo)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析人手的結(jié)構(gòu)中，與鼠標(biāo)相關(guān)的部分向上包括前臂，而向下則有手腕、手掌、手指等結(jié)構(gòu)。前臂部包括尺骨、橈骨等主要的骨骼人就是依靠這兩根骨頭的交錯(cuò)來完成手腕的旋轉(zhuǎn)的。而手腕結(jié)構(gòu)中主要是一快腕骨，它的轉(zhuǎn)動(dòng)使得人的手腕可以仰俯。而人的手掌則主要由兩組肌肉組成，一個(gè)是拇指

3、屈肌和外展肌組成的肌群，一個(gè)是小指屈肌及展肌組成的肌群，在兩個(gè)肌群指間有一條溝壑。對(duì)于不同的人，這條溝的深度和寬度是不同的。而這條溝部，則是人手主要神經(jīng)和血管所走的地方。手指的結(jié)構(gòu)則相對(duì)比較簡(jiǎn)單，每個(gè)手指包括三個(gè)指節(jié)，并在一定圍可以作橫向的展開。對(duì)于手腕結(jié)構(gòu)來說，多次的試驗(yàn)證明，當(dāng)人的手腕呈“仰起”狀態(tài)時(shí)，則“仰起”的夾角在15 度30 度之間的時(shí)候，是最舒適的狀態(tài)，超出這個(gè)圍，會(huì)導(dǎo)致前臂肌肉處于拉伸狀態(tài)，而且也會(huì)導(dǎo)致血流的不暢。對(duì)于手掌來說，其最自然的形態(tài)就是半握拳狀態(tài)。而鼠標(biāo)的造型設(shè)計(jì)，實(shí)際上就是要盡量貼合這個(gè)形態(tài)。對(duì)鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)原則，可以歸結(jié)為以下三點(diǎn)：1、要使鼠標(biāo)外殼緊密貼緊人手掌的兩個(gè)

4、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(huì)導(dǎo)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(biāo)外殼緊貼掌弓而又不壓迫它。也就是鼠標(biāo)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(huì)有“懸空”的感覺，而如果壓迫了它，因?yàn)橄旅媸鞘种饕獎(jiǎng)用}和神經(jīng)的必經(jīng)之地，時(shí)間長(zhǎng)了以后會(huì)導(dǎo)致手缺氧。3、鼠標(biāo)的最高點(diǎn)應(yīng)該位于手心而不是后部的掌淺動(dòng)脈弓，否則會(huì)造成手掌產(chǎn)生壓迫感。對(duì)于手指，手指的自然形態(tài)應(yīng)該是五個(gè)手指都不懸空，而且處于呈150 度左右的自然伸展?fàn)顟B(tài)。而對(duì)于鼠標(biāo)設(shè)計(jì)來說，手指部分的一個(gè)特別要求，就是當(dāng)手指自然伸展時(shí)，第三指節(jié)的指肚應(yīng)該正好處于鼠標(biāo)按鍵的微動(dòng)開關(guān)上，這

5、樣才能獲得最佳的按鍵手感。符合人因工程學(xué)的設(shè)計(jì)并不是適合每個(gè)人，這一點(diǎn)上在鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)中尤為明顯。有很多號(hào)稱符合人因工程學(xué)的鼠標(biāo)用起來并不是很舒服，主要原因在于這些鼠標(biāo)設(shè)計(jì)的時(shí)候是以歐美人士作為基準(zhǔn)的，而這個(gè)基準(zhǔn)對(duì)于亞洲人來說顯得過大了。據(jù)美國(guó)一家權(quán)威數(shù)據(jù)調(diào)查公司的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)， 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(zhǎng)3-4CM。下面就是一標(biāo)準(zhǔn)體型的亞洲人（174CM）和低于標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)度也偏小，再者手掌中央的“溝”也偏淺。 圖三 175CM 亞洲人手

6、握歐美國(guó)家的品牌鼠標(biāo)另外，由于亞洲人的手普遍要比歐美人士短幾個(gè)公分，所以在亞洲人握歐美人士的大鼠時(shí)，其鼠標(biāo)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(cè)的掌淺動(dòng)脈弓。如果動(dòng)脈受壓過久，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)產(chǎn)生麻木酸痛的感覺，并使手指缺氧產(chǎn)生疲勞感。另外，如果手處于強(qiáng)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(shí)體會(huì)更明顯。由上面的分析可以看出，主要針對(duì)歐美標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的鼠標(biāo)具有個(gè)頭特別大，后背非常弓的特點(diǎn)，而這兩點(diǎn)對(duì)亞洲人來說是一個(gè)極為不合理的設(shè)計(jì)。 圖四：175CM 亞洲人手握歐美國(guó)家的品牌鼠標(biāo)一些著名的鼠標(biāo)品牌主要是以歐美人士作為基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出來的鼠標(biāo)個(gè)頭都特別大，并且后背

7、都非常弓，因?yàn)槿绻髽?biāo)后背太平，歐美人士的人握上去之后，手掌心就會(huì)有懸空的感覺。由于鼠標(biāo)較大的原因，手腕的腕關(guān)節(jié)被迫抬高，使手背與桌面的夾角大于了30 度 ，腕關(guān)節(jié)部位及手的前臂部位的伸肌群都處于強(qiáng)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(huì)同時(shí)受到力牽拉的作用，這樣一來，人的肩關(guān)節(jié)也會(huì)一直處于強(qiáng)直狀態(tài)。在這種狀況下用鼠標(biāo)，時(shí)間長(zhǎng)了很容易出現(xiàn)腕關(guān)節(jié)及肩部酸脹的癥狀，從而極易產(chǎn)生疲勞感。圖五 圖六：專門為亞洲人設(shè)計(jì)的鼠標(biāo)專門為亞洲人設(shè)計(jì)的鼠標(biāo)外形設(shè)計(jì)方面較之歐美的鼠標(biāo)稍微要小一點(diǎn)，并且流線造型的弧度也要平緩一些，針對(duì)于亞洲人手的特點(diǎn)，這款鼠的后背夾角設(shè)計(jì)成為150 度左右，這

8、種設(shè)計(jì)使亞洲人的手握在鼠標(biāo)上后使手背同桌面呈現(xiàn)15-30 度夾角，而使腕關(guān)節(jié)及肩關(guān)節(jié)的都呈自然放松狀，同時(shí)手握鼠標(biāo)的受力點(diǎn)恰好位于手心稍靠掌指關(guān)節(jié)處，從而避開了位于掌心靠后側(cè)的掌淺動(dòng)脈弓。這樣，不僅手指在點(diǎn)擊按鍵時(shí)會(huì)非常靈活自如，并且長(zhǎng)時(shí)間的使用也不會(huì)輕易疲勞。人們?cè)谑褂檬髽?biāo)時(shí)，總是頻繁地使用食指，手腕支撐面積較小，肌肉處于緊狀態(tài)，受力較大且手指受力不均勻，這種單調(diào)而輕微的動(dòng)作，易于使經(jīng)常使用鼠標(biāo)的人感到疲勞鼠標(biāo)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(fù)載的壓力過大；太輕的話，筋肉的緊程度偏大，光標(biāo)定位的精確度難以掌握，兩者均不適宜人員的長(zhǎng)期使用。 圖七：握持時(shí)的

9、狀態(tài)這幾款鼠標(biāo)后背蓋的設(shè)計(jì)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(shì)剛好使鼠標(biāo)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(guān)節(jié)得到放松，并且掌指關(guān)節(jié)及指間關(guān)節(jié)的韌帶也會(huì)處于放松狀，食指和中指能夠輕松自如的點(diǎn)擊按鍵，而小指自然放置在鼠標(biāo)右側(cè)。除此之外鼠標(biāo)應(yīng)該放在一個(gè)稍低位置，這個(gè)位置相當(dāng)于坐姿情況下，上臂與地面垂直時(shí)肘部的高度。鼠標(biāo)和身體之間的距離也有一定的要求。手握住鼠標(biāo)的時(shí)候，上臂和前身夾角保持45度以下的時(shí)候，身體和鼠標(biāo)的距離比較合適。如太遠(yuǎn)了，前臂將帶著上臂和肩一同前傾，會(huì)造成關(guān)節(jié)、肌肉的持續(xù)緊。太近了，會(huì)造成上臂的持續(xù)收縮。鍵盤設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分

10、析鍵盤作為較早的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，從它的發(fā)展中我們也能看到一些計(jì)算機(jī)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(zhǎng)方形排列，使用時(shí)，我們的兩個(gè)手腕要向收攏，時(shí)間長(zhǎng)了非常不舒適，針對(duì)這一現(xiàn)象，很多品牌都推出了兩個(gè)主鍵區(qū)的人體工學(xué)鍵盤，這種設(shè)計(jì)可以讓我們?cè)谑褂面I盤時(shí)手腕自然的放置在桌面上或是腕托上，長(zhǎng)時(shí)間使用也不會(huì)有不適感。而且我們從側(cè)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(cè)略低，我們的手是在一個(gè)曲率半徑較大的弧線上進(jìn)行操作的，非常接近自然狀態(tài)。在鍵盤的平面布局設(shè)計(jì)中運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的知識(shí),改進(jìn)和完善鍵盤的宜人性和舒適性。在鍵盤的設(shè)計(jì)中運(yùn)用人機(jī)學(xué)原理,結(jié)合手的解剖學(xué)特

11、點(diǎn)、坐姿生理學(xué)等學(xué)科知識(shí)以及視覺顯示終端作業(yè)崗位的人機(jī)界面設(shè)計(jì)原則,使人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)相協(xié)調(diào),為使用者創(chuàng)造安全、舒適、健康、高效的工作條件。“人的因素”在設(shè)計(jì)中是不能忽視的一個(gè)重要條件。設(shè)計(jì)以心理為圓心、生理為半徑,用以建立人與物(產(chǎn)品)以及環(huán)境之間和諧關(guān)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(hù)人體健康,不斷地引領(lǐng)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(shù)字輔助鍵盤區(qū)的按鍵布置以及整體設(shè)計(jì)等角度出發(fā),在分析傳統(tǒng)鍵盤的基礎(chǔ)上,提出了鍵盤的改進(jìn)設(shè)計(jì)。 圖八：正確打字姿勢(shì)使用計(jì)算機(jī)和打字機(jī)都需要進(jìn)行鍵盤操作，目前工作人員長(zhǎng)時(shí)間從事鍵盤操作往往產(chǎn)生手腕、手臂、肩

12、背的疲勞，影響工作和休息。從人體工程學(xué)的角度看，要想提高作業(yè)效率及能持久地操作，操作者應(yīng)能采用舒適、自然的作業(yè)姿勢(shì)，工作人員因現(xiàn)有的鍵盤操作條件而采用不正常的姿勢(shì)，是導(dǎo)致身體疲勞的主要原因。因?yàn)樵谀壳暗墓ぷ髋_(tái)上操作鍵盤，如果工作人員手腕放在臺(tái)面上，由于鍵盤的鍵面高于工作臺(tái)面，必然要讓腕部上翹，時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)引起腕關(guān)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，故不能持久，也易疲勞。對(duì)這個(gè)問題，人體工程學(xué)現(xiàn)有的研究結(jié)論是“鍵盤自臺(tái)面至中間一行鍵的高度應(yīng)盡量降低”。鍵盤前沿厚度超過50mm就會(huì)引起腕部過分上翹，從而加重手部負(fù)荷。此厚度最好保持在30mm左右，

13、必要時(shí)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(dòng)作的合理性直接影響操作者的舒適性和工作效率。根據(jù)最節(jié)約操作動(dòng)作原則,提出以下幾點(diǎn)改進(jìn)設(shè)計(jì)。21111主鍵盤區(qū)手- 鍵盤界面最自然的姿勢(shì)為上臂從肩關(guān)節(jié)自然下垂,與前臂之間夾角7090°,以保證作業(yè)時(shí)肘關(guān)節(jié)受力而不是上臂肌肉受力;還應(yīng)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°雙手向相向交叉成6070°,手指自然彎曲,同手掌一起構(gòu)成一個(gè)半圓形,呈空握球狀;兩手掌間距約100280mm 。設(shè)計(jì)主鍵盤區(qū)沿中心線各自左右分開,兩基準(zhǔn)定位鍵之間

14、距離約80100mm 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(duì)使用者而言舒適的角度。 圖八：傳統(tǒng)鍵盤結(jié)構(gòu)手- 鍵盤界面最自然的姿勢(shì)為上臂從肩關(guān)節(jié)自然下垂,與前臂之間夾角7090°,以保證作業(yè)時(shí)肘關(guān)節(jié)受力而不是上臂肌肉受力;還應(yīng)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°雙手向相向交叉成6070°,手指自然彎曲,同手掌一起構(gòu)成一個(gè)半圓形,呈空握球狀;兩手掌間距約100280mm 。設(shè)計(jì)主鍵盤區(qū)沿中心線各自左右分開,兩基準(zhǔn)定位鍵之間距離約80100mm

15、 。 圖九：人機(jī)工程鍵盤另外像羅技WAVE鍵盤也是一款人體工學(xué)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的，根據(jù)手的擺放位置、手指長(zhǎng)度等多種因素，經(jīng)過計(jì)算得出了目前我們看到的波浪形人體工程學(xué)現(xiàn)有的研究結(jié)論是“鍵盤自臺(tái)面至中間一行鍵的高度應(yīng)盡量降低”。鍵盤前沿厚度超過50mm就會(huì)引起腕部過分上翹，從而加重手部負(fù)荷。此厚度最好保持在30mm左右，必要時(shí)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。

16、這種鍵盤的鍵處于一種對(duì)使用者而言舒適的角度。鍵盤作為計(jì)算機(jī)的主要輸入設(shè)備,其設(shè)計(jì)與改進(jìn)在計(jì)算機(jī)日益普及的今天尤顯重要。從人機(jī)工程學(xué)的角度,在其平面布局和整體設(shè)計(jì)等方面進(jìn)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(shù)字輔助鍵區(qū)的按鍵布局上。改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案能夠有效避免用戶肌肉緊和靜態(tài)疲勞,對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)作業(yè)過程的舒適性有較好改善,同時(shí)也大大提高了作業(yè)效率,使用戶和輸入設(shè)備之間能夠更好地協(xié)調(diào)工作。這充分體現(xiàn)了設(shè)計(jì)對(duì)人的關(guān)懷與呵護(hù),使人和產(chǎn)品在交互過程中完美和諧地結(jié)合。最近的研究已經(jīng)深入到各個(gè)鍵位的細(xì)部設(shè)計(jì)了。由于每個(gè)手指的長(zhǎng)度、施力方向和力度大小都不一樣,有研究已經(jīng)在運(yùn)用壓力回饋圖對(duì)每個(gè)鍵位進(jìn)行設(shè)計(jì)嘗試。由于QWERTY鍵盤的設(shè)計(jì)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(jì),鍵盤的設(shè)計(jì)將進(jìn)行一次大的革新,以符合時(shí)代前進(jìn)的步伐。不良使用習(xí)慣糾正1. 盡量避免上肢長(zhǎng)時(shí)間處于固定、機(jī)械而頻繁活動(dòng)的工作狀態(tài)下，使用鼠標(biāo)或打字時(shí)，每工作一小時(shí)就要起身活動(dòng)活動(dòng)肢體，做一些握拳、捏指等放松手指的動(dòng)作。 2. 使用電腦時(shí)，電腦桌上的鍵盤和