（设计艺术学专业论文）手持式日用产品的触觉设计研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第t 页 摘要 在工业化飞速发展的时代，人们曾经一度因为过分追求工业产品的功能性和技术 感，而忽略了人自身的感官体验。如今我们的社会从工业化进入到信息化社会，人们 的消费不再只有对功能上的需求，精神上的消费越来越受到人们的重视，可以说我们 进入了一个体验经济的时代。因此，产品为使用者带来感官上的舒适体验成为设计时 的重要考虑因素，触觉作为人类感知事物的一个重要的感官，触觉不仅是人与人情感 交流的纽带，在提倡设计以人为本的今天，触觉也应该作为人与产品情感交流的纽带。 我们每天都在接触许多日用产品并使用它们，大多我们都是通过我们的手的操作来完 成，手也是人触觉感受较敏感的部位。 一件日用产品的触觉感受的好坏对使用功能也有很大影响，让人舒适的持握并能 合理的用力的产品能给使用过程带来很大的便利。并且产品给人的积极的触觉感受也 符合人的审美经验。触觉设计也是一种设计方法和出发点，在将一些新材料应用到我 们的日常用品中来，通过研究材料与人的触觉感受的关系，使新材料的应用更加人性 化。因此本文从手持式日用产品的触觉设计研究出发，从触觉的感知出发，通过分析 研究产品的造型、材料、色彩与触觉感受的关系以及人持握产品的行为方式的分析， 结合各相关产品中的案例分析。以此探讨手持式日用产品的形态与使用者的触觉感受 之间的关系，为日用产品的设计提供相关参考与建议。 关键词：触觉感受手持式日用产品触觉设计材料 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 a b s t r a c t w i mt h ef a s td e v e l o p m e n to ft h es o c i a li n d u s t r y p e o p l ea r ep a y i n gm o r ea n dm o r e i n t e n t i o nt ot h ef u n c t i o na n dt h et h e o l o g yo ft h ep r o d u c t i o n t h ef e e ld u r i n gt h eu s a g eo ft h e h u m a nb e i n gw e r ei g n o r e d n o wi ns u c ha l li n f o r m a t i o na g e f u n c t i o n a r yo ft h ep r o d u c t i o n i nn o tt h eo n l ys t a n d a r da n y m o r e t h ee x p e r i e n c ed u r i n gs h o p p i n ga n du s i n ga r er e q u i r e d d e s i g n e rh a v et ot a k et h ef e e l i n g so ft h ec u s t o m si n t oc o n s i d e r a t i o n t a c t i l es e n s a t i o ni sa i m p o r t a n tw a y o fh u m a nt of e e lt h i n g s i t sn o ta n yt h el i n kf o rp e o p l ee x p r e s st h e i rf e e l i n g s b u ta l s oa1 i n kb e t w e e nc u s t o ma n dp r o d u c t i o n 。 m o s to ft h ep r o d u c t i o nw eu s e de v e r y d a y a r eo p e r a t e db yh a n d s s od e s i g no nt a c t i l es e n s a t i o no ft h eh a n d h e l dp r o d u c t i o ni t sv e r y i m p o r t a n tn o w t h ef u n c t i o no ft h ep r o d u c t i o nh a sb e e ni n f l u e n c e db yt h ew a yo fu s i n gt h e mi ns o m e d e g r e e at o m f o r t a b l eh a n d h e l dw a yc a np r o v i d ep e o p l em o r ec o n v e n i e n c e d e s i g n e r sc a n m a k et h i n g sm o r ew o n d e r f u lb yu s i n gn e wm a t e r i a l s t l l i st h e s i sb a s i co nt h et a c t i l e s e n s a t i o nr e s e a r c h ，b ya n a l y z i n gt h ea p p e a r a n c e 、m a r t i a la n dt h ec o l o ro ft h ep r o d u c t i o n c o m p a n i e dw i t hs i m i l a rp r o d u c t sa n dc o m e saf i n a lc o n c l u s i o n p r o v i d es o m eu s e f u l m e s s a g e sf o rt h eo t h e rr e s e a r c h e r s k e yw o r d ：t a c t i l es e n s a t i o n h a n d h e l dp r o d u c t i o nd e s i g nt a c t i l ed e s i g nm a t e r i a l 西南交通大学四南艾通大字 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密匹使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“扩) 学位论文作者签名：7 司，j 弁 日期：b f o ( z d 指导老师躲焉尝存 日期：砌多。 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 系统分析了手持式日用产品中触觉因素与产品的造型，材料，色彩和使用方式上 的关系，对手持式日用产品进行了系统的分类与案例分析。 提出了手持式日用产品的触觉设计的原则与方法，并结合设计实例进行了分析论 证。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名：7 司j 井 日期：如o 多，2 o 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 研究的背景及现状分析 1 1 1 研究的背景 一直以来，科学技术都领导着社会和经济的发展。在这种被称为“科技引领世界 脚步”的发展模式下，技术是第一生产力，推动着我们的生产和社会发展。当然，对 这点是毋庸置疑的。蒸汽机的发明，为我们拉近世界各地的距离；电的发明，为我们 的生活提供许多的便利；钢筋混泥土的应用，为我们建造出雄伟安全的房屋。设计与 技术正是紧密结合在一起来共同研究各种科技和材料在人们日常生活中的应用。举个 例子来说，网页设计与网络技术相结合创造出了更方便舒适的阅读信息；建筑业使用 新开发出的建材，为我们提供安全舒适的居所；产品设计将信发明和信技术带迸人们 的生活等等。许多非常卓越的设计因为新科技的诞生而出现。 然而，在赞叹科技带为我们带来美好方便的生活同时，我们却似乎离自己的身体越 来越远了。因为有了网络和电视电话，我们不必回家就可看到亲人，但却减少了拥抱 他们的时间：因为有了电脑和电子邮件，我们省了很多纸，但手指擦过各种肌理的纸面 的愉悦感觉和写字发出的“沙沙”逐渐被淡忘；因为有了虹膜门禁和控制系统，在不 久的将来，也许我们都不记得“按开关”这个词是什么意思了。我们曾想象，如果我 们能创造出各种机器人为我们服务，那将是一件多么令人兴奋和神奇的事情。但那样， 我们会很尴尬的意识到我们身体的感受将会一点点的退化掉。我不愿想象那种时刻的 到来。 触，不仅仅是一个动作，更是情感交流的纽带，不仅与人交流，也应该与物交流。 人们不能缺少这种必要的交流。因此，我认为，在肯定科学进步的同时，我们的应该 更关注以感官体验为出发点的产品设计，让人的感觉“触摸到科学技术的进步。 1 1 2 现状分析 随着时代的发展和社会的进步，人们的消费需求不断发生着变化，如今正在想着感 性消费的方向发展。毕竟，2 0 世纪的产品太注重理性，“形式追随功能”，“功能第一”， “少就是多 ，产品在追求功能满足人们基本使用要求的同时，却忽略了对人情感上的 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 关照。在2 l 世纪里，应该多加重视人类感官作用的原始体验1 。在现有的产品世界中， 我们还常常面临着触觉贫乏的尴尬。高科技感，品质感等等的词语就等于金属外壳：各 种品牌的数码相机都采用形状材质大同小异的开机按钮；墙上的控制开关仿佛只能是塑 料的当然在实际的产品设计中，有很多诸如成本等的要求在制约着设计师选择个 性化的材料和形状，但我认为，不论是设计师，还是从事其他行业的人们，都应该保 有一个鲜活而敏感的触觉。我们渴望下次拿到某件高科技新品时，指尖能传来惊喜的 感觉，渴望每天回家推开门时能感到门把手传来的“欢迎回家”的温暖t 渴望着不仅 仅是为了功能将电器上的按键分区，也能为了使用者的触觉感受这样做。由于一切工 业产品都要与使用者发生接触，所以，应重视对于使用者接触的感官的作用。现在的 设计中，设计师越来越重视触觉设计。 日本著名的平面设计大师原研哉就是一位善于抓 住事物本质力量的设计师，他提出设计不应只注重视 觉，而还需综合触觉、听觉、嗅觉甚至味觉。在他的代 表作梅田医院指示标志设计中( 如图1 - 1 ，图1 - 2 ，图 1 3 ) ，就表现出触觉传达的可能性。他采用白色棉布作 为指示标志的外部包装，其柔软温暖干净的质地给人以 亲近舒适感，改善了医院生冷、紧张、没有人情味的氛 围，使病人处于其中感到放松安全。 。薹 蕊 图】1 图片来源两络 图1 也图片来源网络图l 寸图片来源网络 除此之外，在欧洲1 9 9 3 年米兰国际家具展上初绽头角的d r o o g d e s i g n ，就以一系 列触觉化的家具、生活用品设计冲击了当时精致奢侈华丽夺目的流行风格，成为上世 纪九十年代以来最具革命精神的一个设计组织。其代表作有碎布椅子( 图】- 4 ) 、白 1 黑川雅之等世界设计提亲设计的未来考古学) 【m 】，王超鹰译，上海人民美术出版杜- 2 0 0 3 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 色卫浴垫子图1 - 5 ) 、长椅：让我们靠近一点( 圈1 6 ) 等等，都是触觉设计的典范 之作。 霎省毡 图1 4 图片来源网络 图1 - 5 图片来源网络 图1 - 6 图片来源网络 近年来，随着我国经济水平的不 断提高，各方面的设计水准都有很 大提升。人们对设计水平提出了新 的要求。对触觉设计的研究也逐渐 展开，出现了一些针对盲人的触觉 设计优秀产品( 图l - 7 ) 。人们渴望 生活中的产品能提供更舒适和愉悦 的感官体验。尤其在与人们生活密 切相关的一些b 用产品中，更应该强调触觉设计的重要性，不仅为人们提供更舒适的 使用体验，更能在情感上让人体验到产品设计中的关怀。 112 研究的意义与目的 触觉是人类非常重要的感觉之一，不仅帮助我们认识世界，更传递情感。怎样让人 们在使用产品时获得更好的触觉感官体验，是近些年来设计界积极讨论的一个问题。 设计的目的是为人服务，特别在日用产品的设计研究中，“人性化”的设计显得尤为重 要。通过对手持式日用产品的触觉设计的不同方面的研究。如分析不同持握方式下手 的整体与局部触觉感受的关系；材料给人带来的触觉体验以及触觉设计给人带来的生 理和心理上的体验。从这些分析中总结出一些触觉设计的原则和应用方法，这是本文 将要论证的触觉设计上的一些观点。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 3 研究的内容与框架 当然，在有限的篇幅里想要讨论所有产品的触觉设计显得过于空泛，本文选取人体 触觉感受较敏感的手作为切入点，针对手持式日用产品展开分析与研究。以下是本文 的写作框架。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第二章触觉设计的理论基础 人是由一些肉体的感受器组成的，它们积极的感知着这个世界。我们称自己的眼睛、 耳朵、皮肤以及其他器官为感受器，认为它们仅仅是一些被动接收信息的器官而己。 其实，人的感知非常积极和奇妙，比我们想象的更加开放。它们应该被理解为具有高 级功能的器官，而不仅仅是感受器。它们仿佛从大脑中伸出了无数不可见的触角，通 过这些触角的活跃来感知这个世界。 在以触觉试验设计著名的( ( h a p t i c ) ) 中，收录了许多日本设计师的触觉设计作品， 他们根据自己对触觉的理解进行各种有趣的尝试，并发表了自己对触觉设计的意见。 其中印象很深刻的是序言中原研哉对h a p t i c 一也就是对与触觉相关的事物一的解读。他 认为我们人类就是一个布满了感觉薄膜的球形的物体，所有的感觉都来自于这些薄膜。 的确，我们的身体上遍布着各种感觉器官：i t i 曼睛带给我们视觉、鼻子带给我们嗅觉、嘴 巴带给我们味觉、耳朵带给我们听觉、而皮肤，则带给我们重要的触觉。我们用五感 感知着这个缤纷的世界，并与之交流。 2 1 触觉设计的必要性 有研究指出，在人出生之前，触觉是最早起作用的感觉之一。这种从娘胎中孕育 的感觉是人们最本能的需求之一。从唯一在母亲怀抱中的儿时，到和爱人牵手拥抱的 青年时期，一直到相互搀扶的老年，人们在触觉感受中体味着温存、舒适和惬意。触 觉的作用在人的医生中也是最需要的，所以人们需要良好的触觉感受的产品。商品设 计上的触觉、重量感、温度感等感官上的特征渐受重视。充分考虑触觉设计是消费者 生理层面和心理层面共同的需求。 2 1 1 人生理上的需求 具有良好触觉设计的产品，能让人感到舒适、安全和方便，而缺乏触觉考虑的产 品则易使人导致受伤或长期使用引起疾患等。我们常常能听到人们谈论某些产品“握 着很舒服，佩戴很轻便、坐着很舒适等，这体现了产品对人生理上的关怀。触觉实 际的合适也直接影响着产品功能的发挥，人们在使用具有好的触觉设计的产品时会感 到顺手、灵活、方便，这样就会保障甚至提高产品功效的发挥。触觉同样可以传达产 品的某些使用信息，知道使用者顺利享用产品的功能。例如电脑键盘f 和j 两个按键 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 上分别有两个突起，就是为了让使用者不仅依靠视觉而且能通过触觉进行准确的定位， 轻松地实现“盲操作”，从而提高工作效率。 2 1 2 人心理上的需求 高技术的发展，除了带给我们丰富多彩的物质享受之外，也拉开了人与人之间的距 离，孤独与寂寞，无助与无奈，空虚与恐慌在一定程度上充斥者人们的心灵。人们的 内心追求着快乐、满足、舒适和安全的感觉i 人们在使用产品的过程中，希望通过触 觉感受激发联想，求得与其内心的共鸣，从而获得精神上的愉悦和情感上的满足。比 如在生活中，人们坐在沙发上就有不同的心理需求，有的人渴望得到一种自信成功的 感觉，有的人希望得到安全、温暖的感觉。人们在接触产品的时候潜意识里需要得到 贴心的感受。 人们购买商品时不仅要看一看，而且还要摸一摸，亲自感受一下。如果一件商品， 即使有优美的造型，漂亮的色彩，但在触觉上给人一种除草、尖刺、不舒服的感觉， 人们往往会在心理上产生不快，打消购买的欲望。此外，人们还希望从对产品的触觉 体验中，得到准中和关怀。人们想要得到的是富有人情味和亲和力的产品。荷兰设计 师阿尔瓦阿尔托说：“技术的功能主义只有同时扩展到心理学领域才是正确的，这是 通往人情化建筑的唯一道路”，同样，产品的触觉设计只有充分考虑人的心理感受，才 能真正体现出对人的尊重和关怀。 2 2 触觉 触觉首先是一个生理上的概念。辞海中对“触觉”的解释为：皮肤感觉的一种。 辨别外界刺激接触皮肤情况的感觉。狭义的“触觉”，仅指刺激轻轻接触皮肤触觉感受 器所引起的肤觉。广义的“触觉”，还包括增加压力使皮肤部分变形所引起的肤觉，即 “压觉”；以及以其一定频率的振动刺激皮肤所引起的肤觉，即“振动觉”。聋人或盲聋 哑人的触觉可有高度的发展，以弥补听觉上的缺陷。与之相近的还有“触摸觉”，辞 海对它的解释是：“触觉”或“压觉”同“运动觉”联成的复合感觉。能感受物体软 硬、凹凸、光滑、粗糙等特性。 2 2 1 触觉的类型 通常把触觉分为两类： 1 触一压觉触一压觉按所受刺激的强度不同，又可分为接触觉和压觉，轻轻的刺 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 激产生接触觉：刺激强度增大就产生压觉。触一压觉没有人手主动运动的参与，故称为 被动触觉。 2 触一摸觉触摸觉是皮肤感觉与肌肉运动感觉的结合，也成为皮肤一运动觉或触 觉一运动觉。触一摸觉是在高级神经支配下，通过手的运动感觉与皮肤感觉把信息传 给大脑，经大脑综合分析后，判别出人的肢体与被触摸的物体之间的相对空间位置。 由于触一摸觉有人手主动运动的参与，故称为主动触觉。 在我们日常生活中，手持式日用产品都是通过手的握、抓等行为方式对产品实现 操作和控制。当我们的手通过握、抓等动作与产品发生接触时便会产生触摸觉， 产品的形态和材料的不同传达给我们不一样的触摸感受；在我们通过手接触到产品以 后，通过一系列的动作对产品实现操作和控制，这时候因为有力的作用，手与所接触 的产品之间产生压力的变化，产品材料的不一样，例如质感，柔软程度的不同，都给 使用者带来不一样的触压感受。研究手持式日用产品的触觉设计必须以人的手和产品 之间发生的这种原始感受为基础。 2 2 2 触觉的阈限 对皮肤施加适当的机械刺激，在皮肤表面下的组织将产生位移，在理想的情况下， 小到o 0 0 1 m m 的位移，就足够引起触觉。2 然而，皮肤的不同区域对触觉的敏感性有相 当大的差别，这种差别主要是由于皮肤的厚度、神经分布情况而引起的。用毛发触觉 器测定身体不同部位对刺激的触觉感觉性和触觉阈限的试验结果表明，身体不同部位 的触觉感受性，从高到低依次为：鼻部、上唇、前额、腹部、肩部、小指、无名指、上 臂、中指、前臂、拇指、胸部、食指、大腿、手掌、小腿、脚底、足趾；身体两侧的 感觉感受性没有显著差别；女性的触觉感受性略高于男性。值得一提的是，盲人因为不 能使用五感之一的视觉，作为一种认知补偿，以及后天的训练，触觉比明眼人发达很 多。国内外学者对盲人和有视觉的人手指尖两点阈限的测定表明，盲人的手指尖两点 敏感程度明显高于明眼人。 2 2 3 与触觉相关的皮肤感受 2 2 3 1 温度觉 温度觉分为冷觉和热觉两种，这两种温度觉是由人体两种不同范围的温度感受器 引起的，冷感受器在皮肤温度低于3 0 摄氏度时开始发放冲动；热感受器在皮肤温度高于 2 赫袭源张厚僳陈舒永等编，实验心理学北京大学出版社19 8 3 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 3 0 摄氏度时开始发放冲动，到4 7 摄氏度时为最高。 温度感受器分布在皮肤的不同部位，形成所谓冷点和热点。每一平方厘米皮肤内， 冷点有6 2 3 个，热点有3 个，温度觉的强度，取决于温度刺激强度和被刺激部位的 大小。在冷刺激或热刺激不断作用下，- 温度觉也会产生适应。随着科技的进步，各种 对人关怀入微的新技术进入了我们的生活。前几年暖手鼠标出现，即使是在寒冷的冬 天，人们也能在使用中拥有温暖舒适的触感。试想冬季中的某一天，你回到家里，因 为不锈钢球型门把手太光滑没有摩擦力，导致你只能摘下手套去旋转它，握上去的一 瞬间一阵寒气由手心传遍全身，真的是使冷意倍增。为人提供温暖舒适的触觉感受， 不仅可以从人的生理感受上考虑，也可以从人的心理感受上考虑，例如产品的质感或 颜色给人带来的温度感受，这些在以下的章节中将具体展开讨论。 2 2 3 2 痛党 凡是剧烈性的刺激，不论是冷、热接触，或是压力等，都可能对皮肤引起痛觉。 人体各个组织的器官内，都有一些特殊的游离神经末梢，在一定刺激强度下，就会产 生兴奋而产生痛觉。这种神经末梢在皮肤中分布的部位，就是所谓痛点。每一平方厘 米的皮肤表面约有1 0 0 个痛点，在整个皮肤表面上，痛点的数目可达1 0 0 万个。上面 我们已经讲过适宜刺激的问题，对于痛觉的应用，同样要适宜。在对于产品的触觉设 计中，考虑过于剧烈的痛觉的感受是避免产品给使用者带来不适的触觉感受最主要的 因素。同样，我们可以针对人对痛觉这种敏感的性质，在产品中提供合适的刺激度， 会给使用者带来一些惊奇或刺激的感官体验。 2 3 源于感官的体验设计 触觉是人重要的感官之一，触觉设计的研究也可以称为对人的感官体验的设计研 究。在标准化与规格化大生产的现代社会，人们基本的物质需求逐步得到满足。在经历 了物质生活的基本满足之后，精神生活便成为人们生活追求的目标。当今社会的经济形 态已经从产品经济时代、服务经济时代过渡到体验经济时代。在各种假期中，游乐场 所中的云霄飞车下的人群总是络绎不绝，不时传来的尖叫声和如同火车般的呼啸声总 能给下面的人群带来兴奋感；逛街不再只是为买东西，而是为体验商场中色彩斑斓的 商品带来的视觉感受和触摸到各种不同质感的产品带来的触觉享受；手机、彩电的价 格卖不过一张周杰伦的演唱会门票。如今的人们正在为自己的感官体验而付钱为 听音乐付钱，为闻香水付钱，为看电影付钱。这些都说明人们的需求正在由物质向精 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 神转变。 体验设计的关键因素就是增加产品的感官体验。我们的视网膜、耳朵和神经细胞每 天接收到无数的产品信息，哪些产品信息能使我们把它保存在记忆里并成为永久体验呢? 研究发现，决定是否注意并储存感官信息的是大脑中心的海马区。海马区喜欢鲜明跳跃 的信息，响亮的声音、绚丽的色彩以及粗糙的表面要比柔弱的声音、素淡的颜色和光滑 的表面更引人注意。因而，有效地增加感官刺激能使人们体验更加鲜明，产品更容易被感 知，从而促进产品与人之间的互动与交流。利用视觉、触觉、听觉、嗅觉、味觉五种刺 激能够产生美的享受、兴奋和满足，激发顾客的购买欲，增加产品价值并有效区分产品。 触觉也同视觉一样帮助人们对物体形成印象和主观感受，产品设计中触觉语言的使 用也可带来体验的价值。触觉感受较视觉感受更加真实而细腻，它通过接触感觉目标， 获得真切的触感。通过触觉，我们可以传递关于产品价值的细微信息：或凹凸不平的沧桑， 或坚硬冰凉的冷峻，或顺滑丝绸的高雅。我们可以发现，在服装设计上逐渐偏好天然纤维 的面料，或是崇尚以身体感觉为中心的自然设计风格。这正是为满足人们渴求与自然相 融合的心理而产生的体验设计的一种表现。使产品感知化的体验设计理念，将会把我们 带到一个充满丰富感性的世界中。缤纷的色彩、优美的声音、诱人的芬芳抓住产 品最容易被感知的部分，充分利用感官特性来设计产品，将会使产品更富有吸引力。因为， 体验本身就是最真实的，融入体验的产品带来的不再仅仅是功能上的满足，更多的是心 理上的愉悦。 2 4 以人机工程学为基础 人机工程学( m a n m a c h i n ee n g i n e e r i n g ) 是研究人、机械及其工作环境之间相互作用 的学科，根本目的是通过揭示人、机、环境三要素之间相互关系的规律，从而确保人 机环境系统总体性能的最优化。当应用在产品设计中时，人机工程学通过运 用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，为设计中“人 的因素”提供人体尺度参数，为设计中“物”的功能合理性提供科学依据，为设计中 的“环境”提供设计准则，并将这三个要素有机的结合，为系统设计提供理论依据。 触觉设计是针对人的触觉感受来展开的设计，是为使用者提供操作过程中的舒适触 觉感受，设计的产品的功能能合理的为使用者服务，提高舒适的造型尺寸和操作方式， 当然离不开人机工程学的研究。事实上，人机工程学为触觉设计的产品提供可行性的 造型尺寸，例如在对手持式日用产品的触觉设计研究中，针对手的尺寸分析，手的动 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 作的力学分析，才能在此基础上设计与之相对应的物的尺寸大小。没有与之想匹配的 产品的尺寸，是无法得到触觉上的舒适体验，所以说人机工程学是触觉设计研究的基 础。 2 5 本章小结 本章详细的论述了触觉设计的理论基础，在物质极大丰富的现今，人们的需求由 物质转变为对精神享受的追求。人们希望设计中的产品能提供更多感官上的享受。触 觉设计正是基于人们生理层面和心理层面上对产品触觉感受的需求，在人机关系的分 析上展开对产品触觉设计的研究。本章还论述了触觉的概念和与触觉相关的感受，为 下章中针对手的触觉分析提供理论基础。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 第三章手的触觉分析 人类的手是一个及其复杂的器官，能够进行多种活动。它既能做出精确的操作，又 能使出很大的力。然而，手是由一些易受伤害的解剖学结构组成。如果产品设计不合 理，让手负担过重或受到不适当的挤压，必然会对手造成损伤。对于手持式日用产品 的触觉设计研究，如何能让手在接触产品后有个安全的操作过程，这是首先要考虑的。 通过对手持握产品的形态和操作方式进行分析，对手持式日用产品进行合理的设计， 将会避免手因为不舒适的接触产品进行使用而造成的损伤，并能提高产品的使用性能 和效率。首先来分析手的一些相关人机尺寸。 3 1 手的人机尺寸分析研究 人在感知显示装置穿示的信息之后，经大脑分析，作出判断，然后操纵机器的运 行。在声控及其他非接触式智能控制技术充分发展以前，手足尤其是手动操作，是主 要的操纵方式。生活中的工具、设施也多由手脚使用。因此，操纵装置和器物设计中 人的因素，主要是指手脚的操纵特性，包括人体手脚尺寸、肢体的施力与运动特性等。 用四肢传递信息的可以是力、位移、速度等物理量，但位移、速度等参数难以精确( 输 出) 控制，实际上操纵使用的只要是力，且一般要求在一定方向上施力，而不要求精确 的力值大小，也不要求准确的位移量值。对于手操作产品时力和力的方向的把握，能 使人在使用产品的过程中减少对生生理上的损害并能提高使用效率。我们先来看人手 的生理结构，了解人的手是如何实现运动的。 3 1 1 人体手的尺寸分析 人体手部尺寸是操纵器尺寸设计的基本依据，g b t1 0 0 0 卜1 9 8 8 给出了中国成 年人的手部基本尺寸，参见图3 1 和表3 1 。3 图3 - 1 人体手部尺寸 3 阮宝湘邵祥华著，工业设计人机工程学机械工业出版社p 1 2 6 1 2 7 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 表3 - 1 人体手部尺寸单位：衄 年龄分组男( 1 6 - 6 0 岁)女( 1 8 5 5 岁) 、百分位数 l51 0 5 09 09 59 9l51 05 0 9 09 59 9 测量项目 手长 1 6 l 为1 7 3l 矗，j 孵1 瑚瞪1 5 l j 91 6 l 1 7 1l 舯l i 3 ， 手宽 7 3x7 7救”99 l6 7为7 1救 食指长 6 3 h7 4 6为舅6 1髓7 i讫3 6 食指近位指关节宽 1 7 1 8堪 1 9 2 12 i圩1 61 61 7 l 善1 1 9知 食指远位指关节宽 1 4”坫1 61 71 81 9 1 3 1 41 41 51 61 61 7 g b t1 0 0 0 卜1 9 8 8 给出的中国成年人手部尺寸5 项，只是手部的基本尺寸，对 于实际应用是不够的。在手持式日用产品设计中需要用到其他手部尺寸还很多，例如 手提包的提手环、把手的直径等尺寸，都与四指并拢后近位关节处的宽度、手指厚度 等尺寸有关。在国家标准g b t1 6 2 5 2 1 9 9 6 成年人手部号型中，除把手长、手 宽外的其他手部尺寸项目控制部位尺寸，并以手长和手宽两个参数的回归方程的形式， 给出了2 0 个手部控制部位尺寸的计算公式，其中长度类尺寸均以手长回归方程的自变 量，宽度类、围度类尺寸均以手宽回归方程的自变量。4 表3 2 男子、女子手部控制部位尺寸的回归方程单位：衄 男子女子 控制部位项目 回归方程回归方程 学长y = 7 8 9 + 0 5 3 x j y = 3 2 0 + 0 5 5 xj 虎口食指叉距 y = 4 9 2 + 0 21x 1 y = 3 3 6 + 0 2 0 x 1 拇指长 y = 一4 9 6 + 0 3 2 x iy = 一2 7 9 + 0 3 2 x 食指长y = 一0 8 5 + 0 3 8 x i y = 一0 2 5 + 0 38 x ， 中指长 y = 一5 0 4 + 0 4 4 x 1y = 一3 5 2 + 0 4 4 x 无名指长 y = 6 19 + 0 4 2 x l y = - 4 8 1 + 0 4 2 x i 小指长 y = 5 0 2 + 0 2 8 x 1y = 1 1 1 2 + 0 3 7 x l 尺侧半掌宽 y = 10 1 0 + 0 3 7 x z y = 3 4 6 7 + 0 0 2 x z 火角际帑y = 1 0 6 4 + 0 5 9 x z y = 3 4 3 2 + 0 2 3 x 2 掌厚 y = 6 51 + 0 2 7 x 2y = 9 2 3 + 0 21x z 食指近位指关节宽 y = 6 8 9 + 0 14 x _ , y = i2 8 0 + 0 0 5 x , 中指近位指关节宽 y = 8 6 5 + 0 12 x ,y = 1 2 0 1 + 0 0 6 x , 无名指近位指关节宽 y = 6 8 8 + 0 13 x 2y = 11 0 9 + 0 0 5 x z 小指近位指关节宽 y = 6 9 6 + o 10 x ， y = 10 3 8 + 0 0 4 x 2 掌同 y = 2 9 3 0 - 2 12 x _ 一， y = 1 2 2 6 8 + 0 8 1 x 2 拇指关节围 y = 2 6 01 + 0 4 8 x 0 y = 4 0 0 8 + 0 2 5 x 2 食指近位指关节围 y = 2 2 5 8 + 0 4 9 x 2 y = 4 0 8 2 + 0 2i x , 中指近位指关：肖围 y = 2 3 7 2 + 0 5 0 x 2 y = 4 i i1 + 0 2 2 x 2 无名指近位指关节围 y = 21 9 2 + 0 4 6 x 2y = 3 6 7 9 + 0 2 2 x , 4 阮宝湘邵祥华著，c 1 2 业设计人机t 程学机械工业出版社p 1 2 7 1 2 8 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 小指近位指关节罔 y = i7 6 3 + 0 4 3 x 2y = 3 4 3 6 + 0 17 x z 注：1 x l 为首场，x 2 为手宽，y 为各对应项目的尺寸。 2 表3 - 2 中2 0 个手部控制部位尺寸项目的图示方法说明，可查阅g b t1 6 2 5 2 1 9 9 6 另外，手部关节的活动可以分为腕关节活动和指关节活动两种类型。腕关节主要有 两个自由度的活动：1 向手心或手背方向的转动，分别称为掌侧屈、背侧屈，参见图3 - 2 a ； 2 向拇指方向的转动，分别称之为挠侧偏、尺侧偏( 两根前臂骨中大拇指一侧的那一根 叫“挠骨”，小手指一侧的那一根叫“尺骨”，挠侧偏、尺侧偏的名称即由此而来) ，参 见图3 2 b 。腕关节随能绕中指方向轴线作一点小角度的转动，但很费力，实际上主要 由小臂转动来完成这样的活动。图中标注了经实验测定的几个“可达的参考数据， 需要注意的是：人虽然能活动到这个限度，但在接近此限度的状态下工作却是很劳累的， 时间长了还容易致伤，应该避免。5 q f 达2 0 一 。町这3 0 义 、f 鼎廖 刚i 。 y 、f 图3 2 a图3 2 b 3 1 2 手持式操作行为分析 在上章中我们说到的触觉的类型有摸觉和压觉两种，人触摸到物品后产生摸觉， 并通过这种感受对物品的大小，材质形成感官上的认识。压觉则是在人通过触摸到物 品后就会产生的一种感受，特别是在用手使用产品的过程中，因为受力的原因，产品 都会将力的作用反馈给人的手部。手部各部位的生理结构是不相同的，因此将作用力 作用在适当的位置将会使人感觉到安全和舒适，反之，则会对人手造成损伤。 3 1 ，2 1 手的持握姿势与力量分析 手的握持姿势通常分为完全握持和不完全握持。如果手完全抓住物体( 或至少部分 5 阮宝湘邵祥华著，工业设计人机工程学机械，t 业出版社p 1 2 9 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼i i i i i 鼍曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼孽皇曼曼曼曼曼量曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼! ! 曼! 曼曼曼曼曼 完全抓住) 就被认为是完全握持。以此推之，其他的握持( 用手来推或抬) 都被认为是不 完全握持。手的力量控制是一个比较复杂的问题。拇指最强而小指最弱。整个手抓的 力量比较大。手与物的不同连接形成准确性、力量、动作幅度效果各异的不同握持方 式。图3 3 中为人手在持握物品时的一些基本持握方式。 连接方式l 一个手指碰触物体。 连接方式2 拇指食指边紧握，拇指和食指的边缘 相对。 连接方式3 拇指二个手指的紧握，拇指和二根手 指相对或彼此在指尖靠拢。 连接方式4 手指手掌靠拢，大部分或所有的手的 内表面与物体接触。 连接方式5 力量持握，整个手掌内表面抓住手柄， 这类手柄通常在手的一或两侧上有凸 起。 图3 - 3 一 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 由上图中我们可以看到，最普遍的不完全握持姿势是连接方式l 、连接方式2 和连 接方式3 。连接方式4 和连接方式5 是完全持握方式。连接5 是一种完全握持，这种握 持方式需要手腕和上臂使出全部的力，这种持握方式也是手持式日用产品中经常使用 到的持握方式。一些手动工具，例如外科工具，配镜师使用的螺丝刀，以及写作器具， 需要非常准确的处理和设计。通常，握住这些工具的姿势称为“精密握持”。其他工具 是用手指，拇指和手掌共同紧握的。这样握持的手动工具可以使出较大的力气和转矩， 因此普遍被称为“力量握持” 我们以连接5 这种常见的持握方式为例。握持的力量随着握持手的指距而变化。 当握持指距小于2 5c m 或大于7 5c m 时持握的力量明显减少。最大的捏握力量相当于一 个人最大力量握持力的2 5 。健康成年人的力量握持力在女性的第5 个百分位1 9 2n 与男性第9 5 个百分位人群的7 2 9 n 之间变化。 图3 4 显示了连接5 时施加给手柄的各种力和力矩。为将损伤的危险性降到最低， 就应该避免任一方向上同时出现较大的手腕转动力与最大的把握力量。这就要求在手 持式产品的触觉设计中，在产品与人手接触的部位应该在形态，材质和色彩上应该引 导使用者正确的持握动作，避免在操作过程中不合理的作用力给手部带来的损害。 对于用力型的持握方式( 连接4 、5 ) ，由于涉及的手和工具之间较大的力量的传递， 要重视“安全手动工具的使用”的规定。设计的目的要考虑安全的支撑手柄( 避免引起 肌肉疲劳的压力点) 。而对于接触类的连接( 连接1 连接3 ) 则可以通过对细节部位的 设计，手和手柄的接触面要合理。例如，在按钮表面可形成较小的凹坑以避免指尖的 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼! 皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼曼曼曼! ! ! ! ! 曼! 曼曼曼曼曼鼍曼曼皇曼曼曼皇i 曼曼皇量曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼 滑移，解剖刀柄的中间可形成缺口，以便指尖更灵活地操作。 因此，注重细节在手持式日用产品的触觉设计中担任着重要的角色，尤其对于一 些把柄的设计，只有重视了细节设计才能使人更好地控制工具，更准确的移动它，并 产生所需的力或转力矩。 此外，识别对于作业对象的作用力和手与手柄间的作用力关系也十分重要。在许 多情况下，直接作用与外部物体的力在类型、数量及时间上是不同的。同样，手与手 柄之间的作用力也因具体情况而有变化。举例来说，比较榔头传递给物体的冲击力与 手和榔头手柄间传递的力量，或者比较螺丝刀拧螺丝的转力矩和手产生的力和反力矩。 因此，必须同时考虑工具和物体两者的接触面，以及工具和手之间的接触面。前臂能 产生较大的力矩，大的力量和转力矩矢量应尽量和肘部垂直。如果身体能够被坚固的 结构支撑，朝着或远离肩部的最大拉推动力能够通过伸展的手臂发挥出来。图3 8 描 绘了上臂与前臂夹角的变化与转力矩的关系。图3 5 中可见当上臂与前臂夹角( 横坐标) 为9 0 度时，可使出的力矩最大。事实上，手臂和肩部肌肉的运用很大程度是由身体支 撑决有关。 被用来控制或操作产品的握持力依赖于下列因素：持握的实际意图、力量和用户手 的尺寸。其中身体比例可能是最重要的因素。例如，对儿童来说，为了拾起一个小物 体可能需要强力握，而对于成年人完成此动作仅需拇指和食指就可以了。不论男女， 大部分的人是惯用右手握持工具作业的，因而大部分工具被设计得只适合右手使用。 6 丁玉兰主编，人机工程学修订版，北京理工大学出版社，2 0 0 0 7 丁玉兰主编，人机工程学修订版，北京理工大学出版社，2 0 0 0 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 但也有一部分的人是习惯用左手来持握工具进行操作的，并且他们的左手还有较好的 技术和较大的力。因此，在针对手持式产品的触觉设计中也应该考虑到左利者的持握 方式和使用方式。一般来说。左利者和右利者在力量的使用上区别不大，只是对产品 的持握方式和操作时的运动方向不一样。 表3 3 人坐姿时手臂可发挥的力肘8 熙_ 刁弱 挥ff g 算，膏饼坠、 q i e 蓦- - 一。， 人坐奎对手可发掸的力小 ( 1 )( 2 )3 ) ( ) f 5 )( )( 7 ) 肘的毒拉挂上 1 进出 角度，左屯左右左毛左右左也左也 时盥2 3 11 9 7 2 2 2柏 6 25 8 7 6 奠8 9拍 6 2 瑚l 钾m 3l 1 8 7 6 7i 8 96 7 8 93 6 6 7 1 2 b1 5 1l s 71 1 6l 7 6 1 0 79 3”68 99 84 5 6 7 9 01 4 21 6 s9 l 7 6 ；8 9 ，壹1 1 67 18 0躬7 1 6 0l 埔1 0 71 5 l 6 7 8 9舯髀 7 6 l l驺7 l 3 1 2 2 减少生物力学压力 为安全和避免损伤，产品的使用应确保作用力施加在手的不易受伤的部位上。这也 是针对人触觉感受的压觉来考虑的。像手指节、拇指下以及第五个手指以下厚实肌肉 的柔软区域就是能承受较大压力的区域。但如果将力施加在手掌心这样的区域上，势 必会压迫那些控制手指运动的韧带和腱，手就容易受到伤害。手在握持中，手腕应尽 量保持伸直状态，也即让手保持在它弯曲范围的中间位置。以便确保施加在手上的任 何力在传递到臂的时候不会产生绕手腕转动的较大力矩。 图3 6 a 8 阮宝湘邵祥华著，工业设计人机工程学机械工业出版社p 1 3 3 图3 6 b 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量曼曼曼皇曼! 曼曼曼曼曼量曼苎曼曼曼! ! ! 曼曼曼皇曼曼舅曼曼蔓皇鼍曼曼曼曼曼曼舅曼曼曼鼍曼曼曼曼量曼曼曼曼皇鼍鼍曼皇曼曼量曼鼍i 曼曼曼曼曼 图3 6 a 中的外科手术镊子采用侧握方式。手术镊细而窄的柄不易捏稳，而且，操 作时由于主要靠拇指和食指用力，这种握持方式使外科医生的拇指和食指很容易疲劳。 手柄改良后如图3 6 b ，就能稳当地捏在手中，并由于操作时其余各指也能协调用力而 大大减轻了拇指和食指的负担。稳定性和手腕角度都得到了改善。 传统的铲刀设计是将直手柄与刀身直接连接起来。用户会以强有力握持方式握持 手柄。这种握持方式造成手柄粗大的一端直抵手掌的中心位置。工具的每次前推都会 挤压手上最脆弱的掌心部位。图3 7 中所示的铲刀有一个y 形手柄，它使压力施加在 拇指的底部而远离手掌部位。相比之下，这种y 形手柄能引导工具将力施在手上不易 受损的部位。9 图3 - 8 下图表示了能够减少手腕压 力的另两款产品的设计实例。图 3 8 是一把有弯曲手柄的尖嘴钳。 这种设计允许在胳膊伸展，使用该 钳的时候手腕能够保持伸直状态。 在不必曲腕关节的情况下同样能 使出最大的握力。1 0 图3 - 9 显示了 一件厨房电动切割刀手柄的两种 不同设计。图3 9 a 的手柄设计不合理，因为这时要想握紧手柄，手腕就不得不弯曲。 当手腕处于这样的姿势还要将力施加给手柄，只会增加手腕损伤的几率。而图3 9 b 的 设计使手柄朝着用户一侧向下倾斜，这样就能避免手腕的损伤。这时，手手腕的结合 主要用来将上臂的力传递到刀具上，而不会产生多余的力。 9 王继成著，产品设计中的人机工程学化工工业出版社，2 0 0 4 1 0 颜声远许或青著，人机工程与产品设计哈尔滨工程大学出版社，2 0 0 3 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 ! i r a m i 曼曼曼量曼曼皇曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! ! 曼曼 图3 9 a图3 9 b 由上述的例子分析可以得出，对于手持式日用产品的触觉设计，应在人手与产品接触 的部位将产品