人机工程学_5控制器及手动工具设计

第五章 控制器及手动工具设计

5.1 控制器概述

5.1.1 控制器的类型

　　控制器是指人通过某种装置操纵控制一台机器或一个设备系统的专用机具。控制器的类型很多，分类方法也不尽相<。一般来说，常见的分类方法有以下几种：

1)按运动方式分

　　旋转控制器 如曲柄、手轮、旋塞、旋钮、钥匙等。

　　摆动控制器 如开关杆、调节杆、杠杆键，拨动式开关、摆动开关、踏板等。

　　按压控制器 如钢丝脱扣、按钮、按键、键盘等。 滑动控制器 如手闸、指拨滑块等。

　　牵拉控制器 如拉环、拉手、拉圈、拉钮等。

2)按功能分

　　开关控制器 用简单的开或关就能实现启动或停止的操纵控制。常用有按钮、踏板、手柄等控制器。

　　转换控制器 用于把系统从一个工作状Ｗ到另一个工作状态的操纵控制。常用的有手柄、选择开关、选择旋钮、操纵盘等控制器。

　　调整控制器 用于使系统的工作参数稳定地增加或减少。常用有手柄、按钮、操纵盘和旋钮等。

　　紧急停车控制器 用于要求在最短时间内产生制动效果，启动要十分灵敏，Ｓ“一触即发”的特点。所用的控制器与开关控制器基本相同，但此类控制器，无论是在仪表盘上还是在控制台上，都不宜与开关控制器布置在一起，以免紧急操作时发生混乱。

3)按人体操作部位分

　　手动控制器 凡是用手操作使用的装置都属手动控制器。如各种旋钮、按键、手柄、转轮等

　　脚动控制器 凡是人用脚操纵的装置都属于脚动控制器，如脚踏板和脚踏钮等

5.1.2控制器设计的基本原则

1 应根据人体测量数据、生物力学及人体运动特征进行设计。对操作力、操纵速度、安装位置、排列布置应按第5百Ｎ荒芰来设计，使适合于大多数人使用。

　　对要求快速而准确的操作，应设计和选用手指或手操纵的控制器：按钮、按键、手闸、杠杆键、拨动或摆式开头

　　对于用力较大的操作，则应设计成手臂或下肢操纵的控制器

2. 控制器的运动方向应与预期的功能２品的被控方向相一致。即：显示和控制的相合性。

　　控制器向上或顺时针方向转动 从功能角度：应表示向上或加强

　　从被控角度，应表示机器设备向上或向右转动

　　当被控元件运行是上下直线运动时，控制器也应做上下直线运动

　　当被控元件转动时，控制器宜采用手轮，如汽车转弯，宜采用圆形方向盘

3. 应尽量利用控制器的结构特点（弹簧、杠杆原理），或利用操作者身体部位的重力进行控制。对于连续性或重复性的操作，应使身体用力均匀，而不应只集中于某一部位用力，以减轻疲劳和避免产生单调厌倦感

4. 应尽量设计和选用多功能控制器，以节省控制面板空间，并减少手的运动和加强视觉与触觉辩认。 多功能鼠标

5.2 控制器设计的生物力学基础

5.2.1手操纵力

　　手操纵力的大小与人体姿势、着力部位、用力方向和用力方式都有关系。

　　在设计控制器时，操纵力所依据的指标应当低于一般人的力量水平，而按照力量较弱的人的水平进行设计。

　　当然也不是用力越小越好。如果操纵杆丝毫没有阻力，就很容易被碰移，而且操纵时，操作者不能从动作中感觉出操纵量的大小，从而影响操作的腥沸浴

(1)坐势操纵时的手操纵力 手臂操纵力的一般规律是：左手的力量小于右手；拉力大于推力；手臂处于侧下方时，推、拉力量都较弱；手臂处于正下方时，其向上和向下的力量都较大，且向下的力量大于向上的力量(图6.20)。图6.20 手臂的操纵力测试图

(2)站姿操作时的手操纵力 图6．21为站立操作姿势时，手臂在不同方位角度上的拉力和推力。从图可知，手臂的最大拉力产生在肩的下方180度和肩的上方0度的方向上。同样，推力最大的方向是产生在肩的上方0度方向上。所以，以推拉形式操纵的控制装置，安装在这两个部位时将得到最大的操纵力。图中还为站姿操作的把手设计提供了适宜的设计参数图6.21 站立时的推力与拉力（N）（根据体重50kg的人所示）

5.2.1.1手操纵力---握力

　　一般人的右手握力约380N，左手握力约350N(图6.22)。

　　但>，一般青年男子右手瞬时最大握力有560N，左手有430N。

　　握力与手的姿势和持续时间有关，当持续一段时间后，握力显著下降，如保持lmin后，右手平均握力约280N，左手约250N。图6.22 握力、

5.2.1.2 拉力和推力

　　在站姿手臂水平向前自然伸直的情况下，男子平均瞬时拉力为703N，女子平均瞬时拉力为386N(图6．23)。

　　当手作前后运动时，拉力(向后)要比较推力(向4)大[图(a)]。瞬时最大拉力可达1100N，连续操作的拉力最大约300N。

　　当手作左右方向运动，则推力大于拉力，最大的推力约400N[图(b)]。图6.23 推力和拉力

5.2.1.3 扭力

　　图6．24为双臂作扭转的三种不同操作姿势，

　　直立操作时平均扭力男子为389±130N，女子为204±80N。

　　屈身操作时平均扭力男子为555±249N，女子为272±141N；

　　弯腰操作时平均扭力男子为962±342N，女子为425±200N。

5.2.2 脚操纵力

　　脚出力的大小，与人的姿势、脚位置和方向有关。

　　下肢伸直时的脚力大于弯曲时的脚力。坐姿有靠背支撑时，脚出力最大。

　　立姿时脚的出力比坐姿时的出力大。一般坐姿时，右腿最大蹬力平均可达2620N，左腿为2410N。

　　据测定，膝部伸展角度在130°-150°或160°-180°之间时，腿的蹬力为最大。

　　脚处于不同位置上所产生的最大蹬力见图6．25。在坐姿的情况下，脚的伸出力大于屈曲力。图6.25 脚的蹬力

5.2.4手操作时合理的轨迹范围

　　当一只手操作时，应在水平面内向外60度。的直线方向；

　　两只手同时操作时，应在水平面内两侧分别约30度的直线方向

　　若用于精确调整，则以沿中轴线方向为好[图(c)]。

5.3 手动控制器设计 

5.3.1人的上肢及手活动范围

　腥说氖植渴歉兄触觉信息的主要部位，也是操作、使用产品的主要部位。因此，手的结构尺寸、活动范围(也称控作空间)以及施力等因素是设计手动控制器的主要依据。

(1)人的上肢及手的活动范围 人的上肢活动范围的测定，是以人的站点固定不动，以肩关节为圆心，手臂形半径所划出的球面形空间。若两臂同时活动，则其空间范围即为一个近似的椭球体(图6．27)，图中阴影区是推荐的最佳活动范围。

　　手在空间的最大作业范围一般定为，以减去手掌长度后的手臂为半径所画的圆弧范围。

　　凡在这个范围内布置作业，一般均可保证人作业时，能很好地抓握操纵控制器和进行其它工作。

　　图6．28是手掌活动范围的两视图，图6．29给出的是正常人的手部结构尺寸。

5.3.2常用的操纵装置

　　见图5-8， 参阅表5-18

5.3.3 手控操纵装置设计

1. 触觉功能和触觉特性－不太敏感、适应迅速、有立体感

2. 操纵手把的设计

　　设计合理的手把，应考虑下述几点

（1） 手把的形状应与手的生理特点相适应，见图5-9

（2 ）手把的形状便于触觉对其进行识别，见图5-10

（3）尺寸应符合人手尺度的需要，见图5-11

3. 适宜的用力范围，参阅表5-19，表5-20

4. 操纵器的适宜尺寸，与人体尺度的关系参阅表5-21，见图5-12

5.3.4 手动控制器的造型尺度

①旋钮 旋钮是用手指捏住拧转来实现控制的，根据功能要求，旋钮可以旋转一圈(360°)，一圈以上或不满一圈，可以连续多次旋转，也可以定位旋转。

　　旋钮的形状，可分为圆形旋钮、多边形旋钮、指针形旋钮和手动转盘等，其中圆形旋钮是最常用的(图6．30)。

　　圆形旋钮还可做成两个或三个同心成层旋钮。但要设计得当，否则操作时容易产生上下层旋钮的无意碰触干扰(图6．31)。

图6．32给出了按操纵力魄蟮男钮设计尺寸。

②按键 按键是用手指按压进行操作的。一般按键突出盘面高度为5-12mm，升降行程为3-6mm，键与键的间隙不小于0.6mm。按键设计一般应避免图6.33所示几种情况

③操纵杆 操纵杆是手握住进行操作的。由图6.34可看出，掌心部位肌肉最少，指球肌，大、小鱼际肌的肌肉最丰富，是手部的天然减震器。因此，在设计操纵杆手柄时{尤其是振动性强的手柄}要防止形状-毫不差地贴合于手的握持空间，尤其是不能贴紧掌心。如果掌心长期受振，很容易引起生理疲劳，甚至引起痉挛。

　　图6.34 操纵杆握杆与手掌的关系

5.3.4 手动控制器的造型尺度

④曲柄(也称摇把) 它具有快速回转和连续调节的特点，一般用于需要较大控制力操纵的控制器T曲柄的直径一般为25-75mm，曲柄的长度愈大，则旋转半径越大，即占据的操作空间也大。

⑤手轮 手轮的功用相当于双手操作的旋钮，若将手轮按上握把，其功用与曲柄类同(图6．35)。因此，总体上看，手轮和曲柄具有某些相似的特点和适宜使用的场合。它们的主要区别在于一T是双手操作为主，一个则以单手操作为主。一般来说，手轮的转轮宜取直径在150-250mm之间，握把的直径宜取在20-50mm之间。单手的操纵阻力为20-130N，双手操纵阻力可适当加大，但最大不宜超过250N。

⑥拨动开关 一般用于快速接通、断开和快速就位的场合(图6．36)。

　　拨动开关的操作力推荐为2-5N，用手指操作时最大用力为12N左右，用全手操作时的最大用力为21N左右。

　　为了迅速可靠地识别拨动手柄的动作位置，可把它的一半涂上颜色，或用特殊的记号或字母来表示各种动作的位置。

5.3.5 控制器的编码设计

　　随着机器设备日趋复杂，控制器的数目及形式也相应增多，为了保证快速、准确地进行操作，人机学者对控制器的编码问题也进g了卓有成效的研究。下面列出5种编码形式供设计者参考。

①形状编码 将控制器按控制功能及其联想制成各具特色的形状，即称为形状编码。形状编码的主要目的是，便于操作者在盲定位操作(眼睛不看)时能进行有效的区分和准确定位。

　　图6．44是某国空军常用的控制器编码。

②位置编码 按控制器安装位置及分区布局的不同来进行区分，称为位置编码。控制器的位置编码按照一定的规进行标准化布局设计，对于快速准确地操作具有重要意义。

③大小编码 根据控制器的功能要素将控制器的形状作长度、面积、体积等因素的区分称大小编码。一般来说，较大的长度比较小的长度给人的感知信息要更准确些。

④颜色编码 控制器的颜色编码一般不能单独用，要与形状等编码合并使用。颜色只能靠视觉辨认，并且只有在比较好的照明条件下才不致被误认，所以使用范围受到限制。用于控制器编码的颜色一般只是红、黄、橙、蓝、绿五种。

⑤标号编码 在控制器上或其侧旁，用文字或某种符号标明其功能。但它需要一定的空间和较的照明条件，并要求标号简明易辨。

5.4 脚动控制器

5.4.1 人的下肢及脚的活动范围

　　在操作过程中，一般在下列情况时考虑选用脚控制器：需要连续进行操作，而用手又不方便的场合；无论是连续性控制还是间歇性控制，其操纵力超过50～150N的情况；手的控制工作量太大，仅用手控制不足以完成控制任务时。

(1)人的下肢及脚的活动范围

　　人的下肢活动范围分立姿和坐姿两种情况。

　　由于人在立姿状态下操作时，下肢要承受全身的重量，并要保持人体的平衡和稳定，所以只能用一只脚操作。

　　相比之下，坐姿显然要优于立姿。

　　图6.37和图6.38分别列出了立姿和坐姿状态下肢和脚的范围和尺寸，可供设计时参考。

图6.37 立姿状态下脚操作适宜范围(mm)

图6.38 坐姿状态下肢及脚适宜活动范围

5.4.2 脚控操纵器的设计

1. 适宜的操纵力，参阅表5-22

2. 脚控操纵器的尺寸

3. 脚踏板结构形式的选择，见图5-13

5.4.3 脚动控制器的造型尺度

脚动控制器主要有脚踏板和脚踏钮两类。在设计和选用脚动控制器时，首先要确定人的操作姿势。一般来说，在立姿和坐姿的选择中应尽量采用2姿。因为坐姿状态下人体容易保持平衡，而且容易出力。用于精确操作时，坐姿显然优于立姿。若采用坐姿操作时，还要进行单脚操作或双脚操作的综合权衡，进而确定脚动控制器的形式。

①脚踏板 脚踏板可分为双脚操作和单脚操作两种。双脚操作的脚踏板主要有往复式和回转2两种形式(图6．39)。单脚操作的脚踏板主要有脚踏式和脚踩式两种(图6．40)。

图6.39 双脚操作的脚踏板  图6.40 单脚操作的脚踏板

　　图6．41列出了立姿、坐姿和立、坐姿交替操作时的脚踏板设计参数，可供设计和选用时参考。

　　在用力大小、速度和准确度方面，一般人的右脚都优于左脚。但是，对于操作频繁、容易疲乏，且不是很重要的操作，应考虑两脚能交=操作。当操纵力过大时，工作座椅也应作相应改动，见图6．42。

②脚踏钮 是替代手动按钮的一种脚动控制器，见图6．43所示。

　　脚踏钮的主要功用一般仅限于开或关的简单操作程序。

　　由于脚踏钮尺寸较小，在盲踏场合不易踏准，因此仅限于操作空间过小不宜采用脚踏板的情况下使用。

　　在大多数情况下，脚踏钮已被脚踏板取代。如牙科医生使用的磨牙器开关，即是仅完成开或关的简单操作程序的脚动控制器。

5.5  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ぞ撸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。

　　所以从人机工学的角度研究手握式工具的设计，使其形态与尺度符合人生理和心理需要，有很重要的意义。

5.5.1 手握式工具设计的生理基础

5.5.1.1人手的构造

　　人手是由骨、动脉、神经、韧带和肌腱等组成的复杂结构。

5.5.1.2  前臂与人手

　　大多数使手和腕活动的肌肉位于前臂。前臂和手部肌肉分成两组一组使腕活动，n一组使手指活动。

　　人手指的动作由前臂的腕骨伸肌和屈肌控制，这些肌肉由跨过腕道的腱连到手指。

5.5.1.3  手腕构造与动作

　　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n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。

5.5.2 与手工具有关的疾患

5.5.2.1  腱鞘炎

　　腱鞘炎是由长期重复尺偏或腕外转动作引起的。重复性动作和冲击震动使之加剧。当手腕尺偏、掌屈和腕外转动状态时，腕肌腱受弯曲，肌腱和腱鞘之间经常发生摩擦，从而导致水肿、纤维性病变，引起则肌腱及鞘处发炎。

　　工具设计应避免操作时手腕尺偏掌屈和腕外转。

5.5.2.2  腕道综合症

　　腕道综合症是一种由于腕道内正中神经损伤所引起的不适。手腕过度屈曲或伸展造成腕道内腱鞘发炎、肿大，从而压迫正中神经，手指局部神经功能损伤或丧失，引起麻木刺痛、无抓握感觉，肌肉萎缩失去灵活性。

　　工具设计应避免操作时非顺直的手腕状态

5.5.2.3  网球肘

　　是一种肘部组织炎症，由手腕过度桡偏引起。尤其是当桡偏与掌内转和背屈状态同时出现时，肘部桡骨头与肱骨小头之间的压力增加，导致网球肘。表征：患者会在用力抓握或提举物体时感到肘部外侧疼痛。运动员，瓦工、木工、家庭主妇及其他需要频繁屈伸手和腕的工种职<，都容易发生这种病。

　　工具设计应避免操作时手腕过度桡偏。

5.5.2.4  扳机指

　　扳机指是由类似扳机动作的操作中，是由手指反复弯曲动作引起的。表征：早期症状是手指酸痛不适，严重时伸肌不能起作用，手指末节不能圈屈与伸直<欲伸直手指时，须向外将它扳直。

　　工具设计应避免操作时使拇指或采用指压板控制。

5.5.3 手握式工具设计原则

5.5.3.1  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

5.5.3.2  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。

5.5.3.3  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。

5.5.3.4  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。

5.5.3.5  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。

5.5.4 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（Douglas Englebart）博士发明了鼠标，他制作的鼠标是一只小木头盒子，工作原理是由它底部的小球带动枢轴转动，并带动变阻器"变阻值来产生位移信号，把移动距离及方向的信息变成脉冲送给计算机，信号再经计算机处理，屏幕上的光标就可以移动，从而达到指示位置的目的。

　　苹果将鼠标设计工作委派给青蛙设计公司，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。

　　"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。

5.5.4.1  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，则是人手主要神雍脱管所走的地方。

　　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。

5.5.4.2  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邮褂谜仆獠啻ゼ白烂妫ㄊ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。

一般普遍误解为手掌与桌面平行，手臂由于自重"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罡鲂翁，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

5.5.4.3 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>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的一部分雅利安人种设计的。这导致按照雅利安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。

　　与我们东方蒙古利亚人种相比，雅利安人的手有这样几个主要特点。

1. 雅利安人的手比较大

　　手的绝对尺寸大，因为敲堑钠骄身高要比蒙古利亚人高得多，欧美男士身高在180以上的占60%，女士170以上占55%，而亚洲男士身高175以下占65%以上，女士在165以下占70%。

　　四肢与身长的比例高，同样身高的中国人和英国人，英国人手也比中国人的大。

2. 同等手掌尺寸下，蒙古利亚人的手掌更平，具体的说，雅利安人的掌弓要比蒙古利亚人的更宽、更深。

3. 同等手掌尺寸下，雅利安人的手指更长，而且蒙古利亚人中，相当比例的人小指明显较短，而雅利安人小指与其他手指比例高得多。

　　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,手心深1-2cm

　　上图IE1鼠标购于2000年，鼠标已经严重磨损，而从磨损中正好可以看出其设计的不合理。其使用着的手在中国人来说已经算大的，但握持的部位明显靠后，按键磨损处在根部而不是微动开关所在的前部。

IE1尺寸极大，为了正常按键就需要手的位置向前移，但这样就带来两个后果一是此时手腕随之前移变成了悬空状态，而且手腕的夹角超过了30度，而另一个后果就是此时鼠标的最高点处于浅动脉弓位置，压迫主血管。

5.4.4.4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1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，看起来鸾衔戎兀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。

(欧美魇康氖终菩钠骄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p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p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。

专为亚洲人设计的太阳花鼠标

　　它是根据173CM以上人士为调研对象设计的鼠标，它在外形设计方面较之欧美的鼠标要小一点，并且流线型的弧度也要平缓一些针对亚洲人手的特点，其鼠标的后背夹角设计成150度。见下图。

　　这样手背同桌面呈现15-30度，从而使腕关节和肩关节呈现自然放松状态，同时手握鼠标的受力点恰好位于手心稍靠指关节处，从而避开了位于掌心靠后侧的掌浅动脉弓，使的手指在点击按键时会非常自如。

　　太阳花大型鼠标还有一项绝佳设计在于他的弓背部分的两侧，我们可以看到以“天梭”鼠标为代表的太阳花大鼠标其弓背脊梁部分较之欧美人士所用的鼠标要窄，这正好跟亚洲人的手型相吻合。

　　人的手掌心两侧有两大肌群即拇指屈肌和外展肌及小指屈肌组成的肌群，在两个肌群指间有一条沟壑。如果手型较大，这条沟壑就会宽一些，如果手型较小，则这条沟壑就会相对较窄。太阳花天梭鼠标的这种窄背设计恰好同亚洲人的手型完全吻合

　　太阳花铁甲骑士中型鼠标

　　专为身高160-173CM亚洲人设计的，这种身高的人在亚洲占了大约60%以上的人口比例。

　　太阳化铁甲骑士在后背与手的掌心完全贴合，既不出现空隙，也不使手掌肌群受压，这样不仅腕关节得到放松，并且掌指关节及指间关节的韧带也会处于放松状，食指和中指能够轻松自如的点击按键。

　　专为160CM以下的亚洲人（主要是女性）设计，因为考虑到大部分是女性用户，所以在外形设计和色彩的搭配上面专门研究了亚洲女性的审美观并量体裁衣，迷你鼠、贝贝鼠外形不仅小巧可爱，而且在色彩方面以浅蓝、玫瑰红、珍珠白为主体色，并搭配有质感的金属按键，配淡蓝色的发光滚轮。

鼠标设计分析与欣赏

　　----手机规格的人体工学分析

　　根据现代人对手机的使用习惯来看，g机在操作方式上与手的接触是最密切的，因而手机的人体工学分析中最重要的对象是手。手指的操作是一项精细运动，手指的运动需要多组细小的肌肉和神经参与，医学专家指出，经常锻炼手指有利于大脑的锻炼。人体工学专家Hunt指出，拇指机能占手掌40%，食指和中指20%，其余两指10%，因此手机人体工学评估应将机能高的手指列入考量。在手机使用过程中，拇指的使用频率最高，手机正面的按键都由拇指来控制，侧面按键则会由拇指或食指控制，极少机会中指也会参与。[2]

　　由于人种特征的不同，东亚黄色人种的手掌要小于欧美白色人种。一般来讲，中%男性手掌长度范围在17.5--20cm之间，宽度在8--9cm之间；女性手掌长度范围16--18cm之间，宽度在6.5--8cm之间。

　　由于手掌大小的限制，因此手机宽度小，在手机的单手开盖过程中，会有利于拇指的操作；手机的长度短，在手机的单手闭合操作过程中，会有利于食指的按动上盖动作。不过矛盾的是，由于拇指与手机按键需要一个合适的接触面积，导致手机的宽度不能做得太小，否则，按键面积的减小会导致操作困难与手感的下降，一般来说，男性机的宽度如小于43mm，则手感会下降；女性机的宽度如小于38mm，手感会下降。

　　对于手机的厚度，无论是从携带的角度，还是从握持的角度来看，薄相对于厚来说，都具有优势。虽然也许有人会认为厚的握在手上感觉会更饱满，但是从现代人所需要携带的越来越多的便携工具的角度来看，我们认为，在可能的情况下，手机需要做到尽可能的薄。在目前市场同类产品比较的情况下，手机度如小于18mm，则能感到有显著的薄的感觉。

5.6其它控制器

5.6.1 遥控器

　　可以遥控电视的手表

5.6.2 声音控制器

5.6.3 光控制器

5.6.4 人体感应控制器

　　人体感应控制器：适用范围于安防、家用电器开关、自动龙头、大小便感应冲水器、免触式感应开关等。

1. XR-4D多谱勒人感模块

　　功能描述：这是一块微距离多谱勒人体感应器，当人的手靠近它立即产生高电平输出。利用此模块可以做出许多智能化感应产品

技术参数：

工作电压：DC 3~9V

感应距离0.5 ~25厘米

输出时间1~60秒（随机） 静态

功耗200uA-350uA

尺寸30x25x10mm

适用范围：安防、家用电器开关、自动龙头、大小便感应冲水器、免嗍礁杏开关等。

价格：16元/片

2. XR—3A方向型人感模块

　　特点：能识别人走动的方向而产生两个通道信号。例如：冲厕器，人进如厕不冲水；人出来才冲水。又如：迎宾器，人进商场发出“您好！欢迎光临！”，人出来发出“谢谢！再见！”。再有：空调机送风控制器，采用逆向性，实现不吹人的空调。电风扇送风控制器，采用顺向性，跟踪人吹风。制作防盗器可以实现主人出去不会报警，小偷进入触发报警。

技术参数：与XR—2B类似。

外观尺寸56X42X10mm

　价格：35元/片

3. 饮水机微波感应器原理

　　普通的家用饮水机打开加热电源后，不管房间内有没有人，或者不论是白天还是夜晚都一直处于加热、保温状态，加热罐内的纯水被长时间反复加热，不但不利于健康而且还相当费电。笔者针对上述缺点对普通的家用饮水机加以改造，利用微波感应原理使饮水机能自动探测房间内有无人员活动，同时判断房间内的人员是否只是短暂经过，再自动控制加热功能，使饮水机具有智能化和

节电功能。

4. 红外感应电子设备 ，

　　实现关闭等智能化自动控制。  产品使用该控制器能自动，无需人体接触实施按，压，抬，拉等动作，彻底解决传统手动洁具易产生病菌交叉感染的问题，使用便捷，是传统手动洁具的替代产品。

　　超小型红外线控制技术应有于其他领域，还可调整为自动打号机，药品颗粒分装机，汽车流量检测系统等产品。

特点

反应迅速可靠，控制功能智能化；不受外界交流噪声的干扰。

性能稳定；使用寿命长；低功耗处理技术；长期工作免维护。

体积小巧；装拆方便。

可根据用户要求随时改变设计格式。

使用范围：

洗手用水笼头。

自动烘手机，自动洗手液机

大小便池。

感应门，自动扉。

家庭室内报警。

延伸资料

　　本世纪最伟大的10种人机界面装置回顾

　　今天人类的生活片刻也离不开机器。人与机器的和平共处比任何时候都更显重要 而要做到这一点，人与机器的交流必须通畅无阻。设计最精巧的人机界面装置能够让人根本感觉不到是它赋予了人巨大的力量－此时人与机器的界线彻底消融，人与技术合为一体。以下是10种产品被专家们认为是本世纪最伟大的人机界面装置。

扩音器

　　扩音器的问世 得人们不仅在乘坐地铁或去郊外远足时能够欣赏自己喜爱的音乐和广播节目，而且还能聆听以电子手段保存下来的早已与世长辞的人的声音以及大自然中根本不存在的种种奇妙声音。在电影院里，扩音器所营造的声的世界将观众们带入一个想象的世界。扩音器亦是本世纪所有具有个性魅力 公众人物与大众沟通的重要工具。

　　扩音器是1915年发明的，从那以后一代又一代的技术人员为它的完善做出了不懈的努力。今天，随着录音设备和存储技术的飞速发展，用美国著名扩音设备生产企业Bose公司研究员威廉?R?舒特的话说，扩音器“反而成为家庭音响系统中最薄弱的一环”。他说：每当我在家中欣赏音乐的时候，根本没有办法做到想象自己是坐在音乐厅里。扩音技术还做不到这一点，原因何在，尚不得而知。

按键式电话

　　按键式电话业务是美国电话电报公司在1963年11月正式开通的。几乎所有初次接触按键式电话的人都认为它远胜于转盘式电话。贝尔实验室的研究人员为使这种新产品为人们所接纳，真可谓绞尽脑汁。他们实验了16种按键排列方式，交叉式的，圆盘式的，不一而足。他们还在电话机的大小、形状、按键的间距、弹性甚至与手指尖接触的部位的外形上作了大量的文章。

　　节省拨号时间只是按键式电话的设计初衷之一，实际上从一开始技术专家就抱着一个把新式电话机设计成一种遥控数据输入设备的目的。正是从这一设计思想出发，研究人员在1968年又在键盘上增加了“＊”键和“＃”键。虽然研究人员的部分设计思想－如通过电话±纯刂萍矣玫缙鞯目关－迄今尚未实现，但是按键式电话毕竟开创了语音数据通信的新时代。

方向盘

　　最初的汽车是用舵来控制驾驶的。舵不能说不好，但是它会把汽车行驶中产生的剧烈振动传导给驾驶者，增加其控制方向的难度。当发动机被改为安装在车头部位之。由于重量的增加，驾驶员根本没有办法再用车舵来驾驶汽车了。方向盘这种新设计便应运而生，它在驾驶员与车轮之间引入的齿轮系统操作灵活，很好地隔绝了来自道路的剧烈振动。不仅如此，好的方向盘系统还能为驾驶者带来一种与道路亲密无间的感受。

　　但是最初设计方向盘的人没有能够预见到在汽车车速越来越快的今天，一旦发生车祸，方向盘却成了造成驾驶员丧命的罪魁祸首。五十年代，不带方向盘的概念型汽车相继问世，可是消费者对这种汽车一点也不感兴趣。毕竟，没有方向盘的汽车根本就不成其为汽车。

磁卡

　　今天在许匠『衔颐嵌蓟嵊玫酱趴ǎ如在食堂就餐，在商场购物，乘公共汽车，打电话，进入管制区域等等，

不一而足。在西方，人们遗失了钱包之后，往往担心的不是钱包里的现金，而是各种用途的磁卡。

　　70年代早期，带有磁条的信用卡在美国问世，极大的提高了信用卡购物时的验证效率，一下子便受到零售商的青睐。美国的信用卡行业因此进入

　　一个高速增长期。有人问，目前陆陆续续问世的各种“智能卡”会不会取代磁卡呢？专家认为暂时是不会的。他们指出，芯片型的智能卡只适用于某些特定的领域，与磁卡并不发生冲突，更何况取代磁卡的终端设备投放代价高昂，谁也不会愿意这么做的。

交通指挥灯

　　交通指挥灯是非裔美国人加莱特?摩根在1923年发明的。此前，铁路交通已经使用自动转换的灯光信号有一段时间了。但是由于火车是按固定的时刻表以单列方式运行的，而且火车要停下来不是很容易，因此铁路上使用的信号只有一种命令：通行。公路交通的红绿灯则不一样，它的职责在很大程度上是要告诉汽车司机把车辆停下来。

　　开车的人谁也不愿意看到停车信号。美国夏威夷大学心理学家詹姆斯指出，人有一种将刹车和油门与自尊相互联系的倾向。他说：驾车者看到黄灯亮时，心里便暗暗作好加速的准备。如果此时红灯亮了，马上就会产生一种失望的感觉。他把交叉路口称作“心理动力区”。如果他的理论成立的话，这个区域在佛罗伊德心理学理论中应该是属于超我（supere go）而非本能（id）的范畴。

　　新式的红绿灯能将闯红灯的人拍照下来。犯事的司机不久就会收到罚款单。有的红绿灯还具备监测车辆行驶速度的功能。

遥控器

　　据说，遥控器的开发源于人们对于电视商业广告的反感。美国顶峰（Zenith）公司的总裁尤其痛恨电视节目频频被广告打断的现象。在他的领导下，顶峰公司在1950年开发出了世界上第一个遥控器。这个遥控器是有线的。顶峰公司再接再厉，在1955年又研制了世界上第一个使用光学传感器的无线遥控器，后来又发明了超声波遥控器。红外线遥控器则是到了八十年代初才问世。这时遥控薜募鄹癖涞梅浅５土，谁都能买得起。

　　今天遥控器已经成为家电产品的标准配置，市场上销售的99％的电视机和100％的录像机都配置有它。对了伴着遥控器长大的一代人来说，手持遥控器从一个频道换到另一个频道正是电视给他们带来的欢乐之一。

阴极射线管

　　阴极射线管（CRT）是德国物理学家布劳恩（Kari Ferdinand Braun）发明的，1897年被用于一台示波器中首次与世人见面。但CRT得到广泛应用则是在电视机出现以后。电视出现于本世纪20年代，到了50年代在西方得到全面普及，如今电视更是无所不在。据统计，美国人平均每天要观看7个小时的电视。

　　当然，看电视是一种被动接受。但是当CRT显示器上显示出的是一幅计算机的操作界面，情况就大不相同了。我们可以与之互动、交流，此时显示器便成为我们可以加以利用的一种手段。随着互联网的蓬勃兴起，许多人患上了“上网成瘾症”，这种社会现象从一个侧面充分反映出今天越来越多的人宁愿坐在CRT的面前，而不愿意做其他任何事情。

液晶显示器

　　电视机和计算机屏幕可向人们展示容量庞大的可视信息。然而它们拥有一个共同的缺点：体积太大。因为它们都需要一个阴极射线管作显示器。液晶显示器的发明使得人们可以将显示器携带在身边。

　　虽然液晶早在1888年就已经被奥地利植物学家Frederich Reinitzer所发现，但是人们直到1977年才将其用作显示用途。当时Hoffmann-La Roche发明了“螺旋向列液晶显示器”并申请了专利。这种显示器现在被普遍用于计算器和电子手表。80年代，每个像素都由一个晶体管控制的有源矩阵液晶显示器研制成功，有力地推动了笔记本电脑、微型电视机和便携式DVD播放机的发展。

　　虽然液晶显示器还存在显示速度慢和视角受限等技术缺陷，但是技术专家指出，以薄、平著称的液晶显示器5年内必将淘汰目前普遍使用的又笨又重又占位置的CRT显示器。

鼠标／图形用户界面

　　道格拉斯·恩格尔巴特在60年代发明了鼠标和图形用户界面。他曾这样说过：“我当初发明鼠标的时候，几乎谁也不相信人们会愿意坐在计算机显示器跟前进行在线操作。”

　　但是，鼠标和图形用户界面在70年代在施乐公司的帕罗奥尔托研究中心（PARC）的努力下得到了进一步的完善，80年代在苹果公司的努力下，它终于完成了走向大众的进程。至此，显示在计算机屏幕上的内容在可视性方面大大改善，人们再也不用象从前样需要记忆计算机文件的名称和路径。由于图形用户界面减轻电脑操作者的记忆负担以及提供了一个良好的视觉空间环境，计算机终于发展成为一种工作场所。美国学者史迪文·约翰逊在《界面设计》一书中盛赞恩格尔巴特的发明“为普及数字化革命所作出的巨大贡献是其他任何在软件上所取得的进步所不能比拟的。”

条形码扫描器

　　1992年2月，美国前总统乔治?布什获赠一个用于超级市场的条形码扫描器。据说，布什当时说了句：“ 这东西真是奇特！”但是请注意，令布什感到惊叹不已的并不是这种早在1974年就已经问赖纳描技术。他感叹的是当时他手中拿的那种新式扫描器居然能够扫描被撕成7张碎片的条形码。

　　条码扫描器第一次实际应用是在美国俄亥俄州特洛伊市的马什超级市场，扫描的是10小包一袋的口香糖。此前，条码扫描器经过了一个漫长的开发过程。扫描器对商家最初的吸瘟κ撬的扫描结果非常准确。但是激光能够读取大量信息，包括所售商品的类型、时间和组合。如今，零售商存储的数据量以兆兆位计，对每笔交易都要进行记录，这些信息都将返回给分销商。条形码大大提高了供应链的通信效率，以至于有些商店要在商品销售以后才付款。