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工业设计人机工程学------手握式工具设计工具是人类四肢的扩展，人们在工作生活中一刻也缺少不了工具，但我们使用的各种手握式工具还有很多没有考虑人机工学的设计因素，其形状和尺度不符合人手使用时的生理需要；而随着科技的发展，大量新型的手握式现代电子产品也层出不穷，这些产品的形态本身除了美学因素外与产品操作的易用性、舒适性、安全性等人机工学性能有很密切的联系。所以从人机工程学的角度来研究手握式工具的设计，使其形态与尺寸更符合人生理和心理需求。1、手握式工具设计的生理基础2、与手工具有关的疾患3、手握式工具设计原则4、手握式产品设计案例分析——鼠标的人机设计人手的结构人手结构中与抓握相关的部分向上包括前臂，向下则有手腕、手掌、手指等。二前臂主要的骨骼为尺骨和桡骨，前臂处于自然形态时，尺骨和桡骨接近平行。两骨的交错可完成手腕的旋转。手腕的仰俯主要靠腕骨来完成。当手腕呈“仰起”状态时，仰角在15度到30度之间是最舒服的状态，超出这个范围，会导致前臂肌肉处于拉伸状态，而且也会导致血流的不畅。手掌主要肌肉：拇指屈肌和外展肌组成的肌群小指屈肌及外展组成的肌群沟壑于两个肌群指间。沟壑的深度和宽度因人而异。人手主要神经和血管分布于沟壑皮下。手指的结构：每个手指包括三个指节，并在一定范围内可以横向的展开。手部关节活动范围手腕道由手背骨和相对的横向腕韧带形成，通过腕道的还有各种动脉和神经。腕骨与前臂上的桡骨及尺骨相连，桡骨连向拇指一侧，而尺骨连向小指一侧，自然状态尺骨和挠骨平行，当他们交错时完成手腕旋转。腕关节的构造与定位使其只能在两个面动作，这两个面各成90度，一面产生掌屈与背屈，第二个面产生尺偏与桡偏。与手工具有关的疾患手腕是手腕道由手背骨和相对的横向腕韧带形成，通过腕道的还有各种动脉和神经。因此可见如手腕关节有较大的偏屈、偏转，其间的肌肉。肌腱、血管、神经会受到压迫，影响手部、手指活动。时间长了将导致损伤和疾患，如腱鞘炎、腕道综合症、网球肘、扳机指等。。3手握式工具设计原则3.1一般原则1）必须有效地实现预定的功能2）必须与操作者身体成适当比例,使操作者发挥最大效率3）必须按照作业者的力度和作业能力设计,所以要适当地考虑到性别,训练程度和身体素质的差异4）工具要求的作业姿势不能引起过度疲劳3.2避免静肌负荷当使用工具时，臂部必须上举或长时间抓握，会使肩、臂及手部肌肉承受静负荷，导致疲劳，降低效率解决：水平面上使用直杆式工具，的工作部分与把手总部分做成弯曲式过渡，使手臂自然下垂。3.3保持手腕处于顺直状态当使用工具时手腕处于掌屈、背屈、尺偏等别扭状态时，会产生腕部酸痛，握力减小，严重时会引起腕道综合症、腱鞘炎。3.4避免掌部组织受压力如果工具使用时在掌部和手指处造成很大压力，妨碍血液在尺动脉的循环，引起局部缺血，导致麻木，刺痛感。1.好把手应具有较大接触面，使压力能分布于较大的手掌面积上，减小应力；或者使压力作用于不太敏感的区域，如拇指与食指之间的虎口位。2.如没有特殊的作用，最好不留指槽，因人体尺寸不同，不合适的指槽会造成某些操作者手指局部的应力集中。3.5避免手指重复动作如果反复用食指操作扳机式控制器时，就会导致扳机指，气动的工具或触发式电动工具时常会出现。设计时应尽量避免食指做这类动作，而以拇指或指压板代替。把手设计注意点：•直径——者力抓握30-40mm，精密抓握8-16mm•长度——主要取决于手掌宽度。常取100-125mm•形状——指把手的截面形状。圆形可增大接触面；棱边形可防滑；丁字形可增加扭矩等•弯度——最佳角度约为10度•双把手工具•用手习惯与性别差异4手握式产品设计案例分析-----鼠标的人机设计1964年，美国科学家道格拉斯·恩格巴特（DouglasEnglebart）博士发明了鼠标，他制作的鼠标是一只小木头盒子，但他们更多的是给它以几何美学的改进，而没有依照人机工学设计。各种工具的人机工学设计，在本质上就是使工具的使用方式尽量适合人体的自然形态，在操作时没有任何扭曲和不自然的姿势。这样就可以使用工具的人在工作时，身体和精神不需要任何主动适应，从而尽量减少使用工具造成的疲劳，而更舒适更安全更高效。鼠标的人机工学设计，主要就是鼠标的造型设计，而研究这个问题，首先需要研究在操作鼠标时有关的人体结构及其自然状态。4.1与操作鼠标有关的人体结构与操作鼠标有关的人体结构包括：前臂、手腕、手掌、手指前臂：尺骨和挠骨交错完成手腕旋转手腕：的腕骨转动使手可仰俯手掌：由两组肌群组成，一是拇指屈肌和外展肌组成的肌群，一个是小指屈肌和展肌组成的肌群，这两个肌群之间的有一个沟壑，对于不同的人这条沟的深度和宽度是不同的。而在这条沟内部，则是人手主要神经和血管所走的地方。手指：结构结构比较简单，每个手指包括三个指节，并在一定范围可作横向展开。4.2人体结构的自然状态1.前臂：尺骨和挠骨接近平行的状态，当前臂和手平放在桌面时，上臂和手掌呈接近垂直的倾斜状态，使用掌外侧触及桌面（竖鼠标）这种状态下，前臂主要肌肉和血管不会发生扭曲，所以即便长时间保持这个姿势，也不会出现肌肉疲劳和缺氧情况，曾经有企业退出”竖着“使用的鼠标，但由于和大多数人的使用习惯不合而没有普及开来。普遍误解为手掌与桌面平行，手臂由于自重平放在桌面上而得到放松的姿势是自然的，但是，这样放置时前臂已经弯曲大约90度（如上图），加重使用疲劳，易导致CIS（腕骨综合症），损伤使用者肢体。2.手腕经试验证明，当人的手腕呈”仰起“状态时，则”仰起“的夹角在15~30度之间是最舒服状态，超过这个范围，则前臂肌肉处于拉紧状态，而且也会导致血液的流动不畅。受其影响，上臂的三头肌及三角肌也都会同时受到力牵拉的作用，人的肩关节也会一直处于强直状态。3.手掌最自然的状态就是半握拳状态，而鼠标的造型设计，实际上就是要尽量贴合这个形态，包括三个方面：1）要使鼠标外壳贴紧人手掌的两个主要肌群拇指肌群和小指肌群，贴不紧会有握不住的感觉；但又不要有压迫，受压迫会导致手掌处于疲劳状态，(握持感）（不压迫）2）鼠标外壳紧贴掌弓而又不压迫它，也就是鼠标外壳要贴紧手掌中间的那条“沟”，如果不贴紧，那么手心会有“悬空”的感觉，而如果压迫了它，因为下面是手主要动脉和神经的必经之地，时间长了以后会导致手缺氧。3）鼠标最高点应在手心而非其后的掌浅动脉弓（否则会造成有压迫感）在手掌心稍靠后的部位，刚好是供应五个手指血液和营养的掌浅动脉弓的位置。如果动脉受压过久，时间长了会产生麻木酸痛的感觉，并使手指缺氧产生疲劳感如果手长期处于强迫状态，手指的灵活度也将受到很大的影响。4手指：五指均不悬空且呈150度左右自然伸展状态，指肚处于微动开头4.3四代微软IE鼠标的设计变化人机工学造型本身的设计思想就决定了针对某一种人设计的产品可能完全不适应另一部分人，这里明显的例子就是东西方人手型的差异。大多数欧美鼠标设计都是针对西方人设计的。这导致按西方人手型设计的人机工学鼠标，对中国人使用时却很不人机，我们用四代微软IE鼠标的造型变化来说明。IE1和IE2的外壳造型是非常接近的，这两款鼠标造型是最为典型的欧美式手型造型，但对于中国人，这样的“人机工学”鼠标可以算作一场恶梦。4.4太阳花鼠标设计案例问题提出：鼠标是一种普通的产品，但西太平洋的Toiva国际工业设计中心设计的太阳花鼠标的外形非常独特。其全面推向大陆市场后，迎得了消费者的好评。其原因：太阳花鼠标优质的品质、时尚的外形及专为亚洲人设计的特有流线造型获得消费者们的一致好评。这里有一个半公开的秘密：那就是作为太阳花的产品设计中心—Toiva国际工业设计中心专门从事人体工程学、消费习惯、审美观方面的研究，特别是针对不同人种的人体工程学研究、不同地方的消费习惯、不同地区人们审美观的差异的研究并针对这些差异性专门为亚洲人设计了一系列的鼠标产品从这些图片中我们可能会感觉到很强烈的对比：目前欧美市场上的主流鼠标的色彩都以黑、白灰为主，看起来比较稳重，并且个头及流线造型的弧度都较大；在颜色搭配方面也比较统一，各个品牌之间的变动非常小。太阳花的鼠标在色彩方面相对来说比较艳丽，基本上以蓝、深蓝、玫瑰红、珍珠白及银白为主，并且鼠标的个头较欧美的鼠标要小得多，即便是大鼠标，其个头也比欧美主流鼠标稍偏小，弧度也要小。为什么会有这么大的区别呢？1、欧美人士更喜欢色彩沉稳、线条粗犷、造型不张扬的产品；2、亚洲人更喜欢色彩艳丽、线条柔美、造型时尚的产品；3、他们之间身高的区别导致手型的巨大差异。(欧美人士的手掌心平均要比亚洲人的手掌心深1-2CM，而且手要长3-4CM。）见下列图形标准体形亚洲人（174CM）的手标准体形欧洲人（178CM）的手低于平均身高的欧洲人士的手都比标准体形的亚洲人手长2-3CM，并且欧美人的手心明显要比亚洲人的手心深。所以欧美的一些品牌产品，如罗技、微软等鼠标个头特别大，并且后背非常弓，因为如果太平，欧美人士握上去后，手掌心就会有悬空的感觉。1、亚洲人握欧美人士的大鼠标很勉强，整个手都放在鼠标上，并且手心也非常贴合鼠标后背，但是，他的腕关节被抬高了，使手背与桌面的夹角大于30度。（根据人体工程学原理，人的手背同桌面保持在15-30度夹角的半握拳状才是人体的最佳休息状态）可见，他们的腕关节并没有得到完全放松，腕关节部位及手的前臂部位的伸肌群还处于强直的受力状态，受其影响，上臂的三头肌及三角肌也都会同时受到力牵拉的作用，人的肩关节也会一直处于强直状态。2、另外，亚洲人握欧美鼠标时，其鼠标的最弓背处刚好处于手掌心的靠后部分，并且手部的受力集中于手掌心稍后侧。从人体解剖学得知，在手掌心稍靠后的部位，刚好是供应五个手指血液和营养的掌浅动脉弓的位置。（见上图）如果动脉受压过久，时间长了会产生麻木酸痛的感觉，并使手指缺氧产生疲劳感如果手长期处于强迫状态，手指的灵活度也将受到很大的影响。