基于触觉特征的盲人指甲钳设计研究

1、基于触觉特征的盲人指甲钳设计研究摘要：本文基于盲人的触觉特征对盲人自主完成剪指甲这一生活行为进行了新产品设计研究。通过分析传统指甲钳对于盲人使用不安全性，设计了双层安全刀口结构：根据产品设计的易用性原理，分析传统指甲钳人机界面的不舒适性，设计了全新的外观。经过改良后的盲人指甲钳在触觉上有较好的亲和性，语意表达清晰，结构安全，能使盲人独立完成剪指甲这项生活自我护理过程。关键词：触觉；盲人产品；安全性；指甲钳；81 引言随着残疾人社会地位的提高和生活质量的改善，他们对于生活细节的产品需求也越来越广泛，对于盲人这一群体的生活产品的类型市场上还仅局限于阅读和行走这些基本生活能力的辅助，如果能让盲人群体

2、在更多生活细节上通过使用产品实现动作的无障碍和心理上的自我满足，更能体现和谐社会对盲人群体的人文关怀。剪指甲是生活中一件非常小的自我护理环节，市场上几乎没有适合盲人自己操作的指甲钳，使用常人的指甲钳会有一定的危险性，所以盲人经常需要旁人帮助。运用盲人的触觉感知特点，设计盲人专用指甲钳，可以给盲人消费者安全的生活体验，也能消除盲人的自卑感和挫败感。2 盲人的触觉特点对于设计的影响2.1盲人触觉的感知方式触觉是一种人类原始的本能体验方式,具有传达客体信息的功能,也能帮助人类理解事物的本质。对触觉的研究，在产品设计领域中能有助于研发盲人使用的产品。按照人的触觉感知的特点, 滑动感知和柔性感知是两种主

3、要的触觉感觉形式。滑动感知是手指平行于接触面反复移动的感知方式,能通过感觉神经认识物体的几何形状、纹理等;柔性感知是指用手垂直接触物体的感知方式，通过感觉神经能认识到物体的材质特性，感觉接触部件的柔性或刚度1。触觉相当于盲人的眼镜，盲人会主动积极的利用双手去触摸，这一感知方式在长期的刺激下，感受性会高于普通人群。盲人的手具有很高的灵敏度，盲人的手可以触摸得知物体的形状造型、材料区别、尺寸大小的物理属性，还可以通过滑动感知物体的简单动态特征，通过柔性感知自己手部所在的位置。不过触摸过程中可能会出现局限性的问题，比如盲人摸象的情况，所以盲人的产品设计必须保证盲人可以进行全面的触摸了解到产品的结构特

4、点和使用方法2。2.2触觉敏感性相对于视觉来说，人的触觉感知的分辨率要低的多。根据人体的生理学特性的研究参数“辨别阈”的这一概念，人手指两点辨别阈大约为215 mm3。也就是说，在这个距离以内的点,用触觉感知会认为几乎是一个点。所以,在盲人产品的设计中，对触觉的刺激要有较大的对比，才能有助于盲人快速的了解产品。根据人体感觉神经特性, 能使触觉产生加强和对比的效果有以下几种刺激形式: 1)压觉.指皮肤在压力的刺激下产生的感觉与未受压之前的对比,这种形式引起盲人注意和认知在现有的盲人产品中比较常见。2)震动.指物体的机械振动传递给皮肤表面，产生刺激后的感觉,不过这种感觉如果长时间频繁的产生，会产生

5、皮肤表面麻木、灵敏度降低的现象; 3)痛觉.指皮肤表面受到伤害性刺激而引起神经系统产生防御性、惊跳式反应。由此可见, 震动和痛觉都会带给身体不舒适的感觉，压觉相对比较柔和。对于指甲钳这一弱势群体的关怀产品设计来说，通过压觉加大触觉对比，更容易提高盲人对产品的接受度。3 盲人指甲钳设计研究3.1 传统指甲钳结构特征传统的指甲钳，无论外观造型如何设计，基本结构都很类似，如图1，主要包括：三个压板，最上层的压板前端设有一个U形凹槽，下面两层压板有孔洞，一个嵌销穿设在这U形凹槽和孔洞中，将三片连接在一起，上压板的U形凹槽的中央有一横条，后端设置有一凸缘。而下面两层压柄的前端分别有一相对的切断刀口，后端

6、固定在一起的。当按压最上层压板时，上压柄上的凸缘便顶在中层压板上，使下面两个压板前端的刀口相互切合，从而能够省力地剪切指甲。 图1 传统指甲钳结构Fig.1 Traditional clippers structure但是，如果盲人使用传统指甲钳很难保证安全性，尖锐的刀口外露，直接接触皮肤，在看不见的情况下，盲人靠触觉也避免不了剪到皮肤，而且剪的过程，指甲屑飞溅，也可能会崩到脸部等其他身体部位，飞溅的指甲屑也还需要旁人帮忙清理，这也造成很多操作的不便利性。3.2 基于触觉知觉的盲人指甲钳刀口安全性设计（1）传统指甲钳的安全问题对于传统指甲钳，盲人在最初接触这个物品的时候，会用指肚、指尖探索性的

7、触摸指甲钳, 如果在旁人的帮助下，尝试用拇指和食指按压上下压板，运用压觉了解结构工作原理，然后将指甲伸入刀口，盲人不能像正常人用眼观察刀口是否正确的压在指甲上，然后施力，盲人只能靠触觉摸索着将指甲伸入刀口，然后运用柔性触觉，手指向垂直的方向轻压，探试性的轻压上下压板，感觉不会压倒肉，才能重新施力，使劲剪断指甲。但是盲人使用传统指甲钳的这个过程存在着一定危险性。危险性之一：指尖和指肚触摸了解基本结构时，尖锐的刀口可能会划伤手指。危险之二，探试性轻压压板时，力度不好掌握，很容易压伤手指。因此，总结来说，盲人使用传统指甲钳，最大的问题是尖锐的刀口外露。（2）盲人指甲钳安全结构特点基于盲人靠触觉知觉剪

8、指甲的过程，采用两层刀口设计，结构原理如图2，可保证安全性。 (a)原理图 （b）结构图(a) Schematics (b) Structure图2 安全刀口结构Fig.2 Safety blade structure 图3 安全刀口运动过程Fig.3 Movement of safety blade 在原先钢制结构的刀口外部加一层薄塑料刀口，使尖锐的刀口藏在里面，塑料刀口比钢制刀口长2mm,保证尖锐的刀口不外露，当盲人用手指触摸外部，了解产品时，就不会划伤手指。刀架结构由原先的类似三角型改为类似U型的结构，可增大刀口运动位移。压力杆1用嵌销的方式，从上至下穿过双层U型结构，压板端部用轴销的结

9、构卡住压力杆，压板端部有凸缘结构，凸缘压在部件2上，新型结构的工作原理如图2。部件2上半部视为定点，使用时按压压板，压板向下压，将压力杆抬起，由于材料本身的挠性，部件2的上半部分在压板端部凸缘的运动压力下向下压。（3）盲人指甲钳安全刀口运动过程结构运动过程分两个阶段。第一阶段：与传统指甲钳结构类似，上部压板向下压，压的同时抬起杆件，也施力在部件2上，内外套同时向中间运动，由于塑料结构的外套刀口处比钢制内套的刀口长，首先夹住指甲，此时，盲人按压指甲钳的拇指，和被剪的指甲同时受的压觉的刺激，盲人可根据感知产品的动态过程，通过压觉确定是否夹到肉，是否压在指甲合适的位置。此时部件2停止运动。第二阶段：

10、继续对压板施力，抬起施力杆件，使部件3向中间运动，直至剪刀口相碰，剪断指甲。经过这样定位确定安全，再剪断的两个步骤，该结构能很好的运用盲人触觉感知特点，使盲人能够自己安全的完成这项工作。如图3。3.3 基于盲人触觉特点的指甲钳易用性研究易用性是产品的重要特征之一。易用性的概念在著名设计师诺曼的著作 好用型设计中反复提到，从设计角度讲，更多的在提供了可用性技术系统的前提下对“人机界面形成的活动，如界面系统化，视觉信息或技术处理乃至为达成界面而进行的管理策划” 4，是以人为中心的设计原理，属于人机工程学范畴，但是更多的是在可用基础上的易用研究。易用性的研究内容可从四个方面理解，符合人机，易于学习，

11、减少犯错，主观满意度。（1）符合人机（a）外观 （b）尺寸图(a)Appearance (b) Dimensional drawing图4 外观设计Fig.4 Appearance design根据人机工程学的理论，产品设计要符合所涉及的人体的物理尺寸及心理生理的特点，尽量减少使用时肌肉的不舒适度和疲劳度。对于人的手掌而言，指骨间肌和手指部分是神经末梢遍布的区域，因而触觉最敏感，在设计中应尽量使产品与手部的接触面比较宽阔一些，以便于将压力分散到较大的区域，减小应力，而且施力部位尽量要分散到多个手指，这样不易产生肌肉疲劳5。传统指甲钳的造型和结构较小，盲人靠触觉感知，手指或手掌接触产品的面积很小

12、，无法调动多个手指和指尖肌去感知，因此准确度和速度都会稍慢一些，更重要的是，在剪指甲的过程中，仅使用拇指和食指来施力，压力承受面仅局限在拇指指肚和食指指节侧面，这样的施力方式会带给手指较大的应力，按压时很明显会产生痛觉。触觉感知的过程与视觉感知不同，它是不连续的，触觉很难迅速的对一件产品造型和结构做出准确的全面的判断。人的手部有较多的感觉神经细胞，尤其是手指。只有用手部连续的触摸产生刺激，才能通过神经元把信息传递至大脑中整合。全新盲人指甲钳设计整体造型采用类似椭球体的形状，浑圆的造型具有较好的手感并能提供连续的触摸感知。人的手指指是神经密集的区域，感觉非常敏锐，当盲人从别人手中接过指甲钳时，手

13、拿的状态为握姿，五个指头都会接触到产品，因此很容易感知产品结构特点。椭球体的前端为平头，作为双层刀口开合的位置，椭球体上半部弧面分离出来，作为指甲钳的按压部位，即压板。用弧面替代传统的杆状压板，可明显增大手指接触面积，提高触觉敏感性，减少按压时手部应力。整体造型如图4。（2）易于学习易于学习是指用户能够很容易掌握使用产品的方法，快速完成设计者的设计意图。产品设计达到易用的目的有两方面的重要因素。一是在设计中考虑使用者的使用经验，在某一产品的使用者如果有相关产品的使用经验和思维模式，那么在操作类似结构时就会得心应手。二是在设计通过产品造型引导产品使用过程。设计中要处理好以上两点，就需要充分利用物

14、质的预设用途。根据设计心理学的理论，预设用途指物品被人们认为具有的性能及其实际上的性能,主要是指那些决定物品可以用来做何用途的基本性能。例如：玻璃的预设用途是容易打碎的、透明的，可以用来做装饰或展示；而钢铁的预设用途是坚硬的、不透明的，可以用来做支撑或隐藏；旋钮的预设用途是用来转动的；圆的空的小孔是用来插东西的，门是用来推或者拉的。人们所认为的这些物质或结构的预设用途也都是建立在使用中的经验之上。因此对于盲人产品设计来说，也应在外观形态上运用适合盲人触觉习惯，已有经验的结构特征来引导使用方式。盲人指甲钳的外部压板表面设计拇指指纹凹面，盲人在触摸到过程中，凹面可以引导拇指的定位。椭球体侧面有一滑

15、扣，滑扣表面具有凹凸纹理，这在很多产品中都是作为按压滑动来操作的，因此盲人自然而然的会使用滑动触觉去推滑扣，滑扣可锁住压板合拢的状态，使指甲钳便于携带收纳。椭球体的下半部的右侧尾端弧面分离出一部分，设计为滑动式开口，开口处表面有凹凸纹理，同样可以促发盲人的滑动触觉，用四指拨开尾端开口。可将整个封闭空间内的指甲屑倒出。如图5。图5 细节设计Fig.5 Detail design（3）避免犯错产品的形态结构和界面信息交互程序都决定着产品操作过程，设计应当保证使用者具有较低的出错率,而且必须能够防止任何程度的事故的发生。盲人指甲钳所设计的双层安全刀口结构可以充分避免盲人在剪指甲的过程中剪到肉的危险事

16、故。（4）主观满意度根据产品易用性的设计原理，产品使用起来应当令用户感到愉快,从而让人在使用时有较好主观满意度,喜欢使用该产品。这是对产品最终效果的评价。也是强调要把使用者的体验放在设计的中心。盲人指甲剪的设计通过1:1的功能模型制作进行了小范围的原型测试，验证了使用效果，接受测试的人员在闭眼的情况下，能顺利完成剪指甲的行为，通过触摸能快速理解使用方法，浑圆可爱的造型握感舒适，整个使用过程，愉悦，自然，无障碍。4 结语随着和谐社会的建设和社会的发展，残障人士的生活质量和心理关怀越来越受到社会的重视，针对盲人剪指甲这一生活细节开发出的盲人指甲钳，基于盲人触觉感知的特点，可以使盲人通过简单的触摸，简单的学习，快速掌握该产品剪指甲的方式，使用过程安全、不易产生肌肉疲劳，使之体会到人性化的关怀，对盲人增强的生活自理能力，提高自信心会有很好的体验。参考文献