人机工程学课程论文

1、课 程 论 文人 机 工 程 学鼠标、键盘人机工程设计产品的现状与分析 梁子京201330230416指 导 教 师郑丁科副教授学 院 名 称工程学院专业及班级机制4班提 交 日 期2016年5月答 辩 日 期年月鼠标、键盘人机工程设计产品的现状与分析摘要：社会的发展、技术的进步、产品的更新、生活节奏的加快等等一系列的社会与物质的因素，使人们在享受物质生活的同时，更加注重产品在方便、舒适、可靠、价值、安全和效率等方面的评价，也就是在产品设计中常提到的人性化设计问题。人性化产品，就是包含人机工程的的产品，只要是“人”所使用的产品，都应在人机工程上加以考虑，产品的造型与人机工程无疑是结合在一起的。

2、通过本次设计，我们将知识运用于实际，更加深刻、细致地了解了人机设计在生活中的应用，为我们在今后人机设计方面打下夯实的基础。通过对人性产品设计具体实例来说明人性化设计中所包含的人机工程学因素，指出中国未来的产品设计必以创新和革新为首要条件，人机工程学，使人性化的设计真正体现出对人的尊重和关心，是一种人文精神的体现，是人与产品完美和谐结合。关键词：人机工程学、鼠标、键盘目 录1 前言42 调研情况42.1 部分调研问答43 发展与现状分析63.1 键鼠的发展历程63.2 键盘设计现状分析73.2.1 微软人体工学4000键盘 73.2.2 波浪形设计83.2.3 游戏专用键盘更要注重人体工学设计8

3、3.3 鼠标设计现状分析93.3.1 多彩垂直鼠标93.3.2 众多快捷键设计94 数据资料分析104.1 鼠标的设计原则104.2 键盘的设计原则114.2.1 产生不适的原因115 综合与分析125.1 键盘问题分析125.1.1 键盘的Delete 和Backspace 布局不合理125.1.2 数字辅助键盘区的布局不合理125.1.3 键盘的整体规划问题135.2 鼠标问题分析136 键鼠人机工程学的改进146.1 键盘设计改进146.1.1 改变键面倾斜度146.1.2 改变传统键位146.1.3 设置更多快捷键156.2 鼠标设计改进166.3 环境-人-物的密不可分的关系166.

4、4 不良使用习惯纠正17参考文献181 前言当你长时间使用电脑后，是否经常会感到腰酸背疼、手腕麻木乏力，一旦出现这些症状，就说明电脑正在威胁着你的健康。这些情况的出现一方面是由于我们的使用时间过长，使用习惯不良造成；另一方面也是由于键盘鼠标中的人体工程学尚不够完善。那么在电脑用户中所占比例庞大的大学生们中，他们对键盘和鼠标在人机工程设计的认识和理解又是怎样的呢？2 调研情况根据在我们的大学生100位同学中的问卷调查显示。有23%的同学表示在长时间使用电脑后会感到手腕乏力、酸痛；42%的同学说在长时间使用电脑后感到关节动起来不顺会有噼啪的声音；35%的同学说他们在长时间使用电脑后肩颈酸痛。而在关

5、于“你对鼠标键盘人体工程学知道吗”的问题时，只有大约10%的同学回答“有一点了解”。还有一点值得关注的是，在这些100位同学中，不戴眼镜的只有大约2成。 对于问卷，我们可以看出，绝大部分的中学生对于使用电脑还缺乏健康意识，他们对于预防电脑疾病的意识还很淡薄，缺少对人机工程学在生活中的理解与应用。2.1 部分调研问答1、 您的性别a男 b女2、 您现在的年级a大一 b大二 c大三 d大四3、 您拥有自己的电脑吗？a有 b没有4、您拥有的是台式电脑还是笔记本电脑？a台式电脑 b笔记本电脑5、您鼠标购买前通过什么渠道来了解此产品？ a网络 b杂志报刊 c广告 d朋友介绍 e不用了解直接买 6、 您平

6、均每天使用鼠标键盘的时间是a1小时以下 b1-2小时 c3-4小时 d5-6小时 e7小时以上7、 您现在使用的鼠标键盘是什么牌子的？a微软 b罗技 c双飞燕 d其他 e不知道8、您选择现在所用的鼠标键盘是因为它 （可多选）a价格较便宜 b价格合适 c质量性能好 d外观美 e知名度高 f朋友介绍 g其他9、您喜欢什么样造型的鼠标键盘？ a普通造型 b造型独特 c不讲究10喜欢鼠标键盘的大小a较大 b适中 c袖珍迷你 11喜欢希望鼠标是什么材质的a光滑的 b磨砂的 c不讲究 d其他12习惯适用鼠标的重量a较重 b较轻 c不讲究 d不知道13最喜欢哪几类颜色的鼠标？（可多选） a黑 b白 c红 d

7、黄 e橙 f绿 g蓝 h紫 i灰14望鼠标键盘有什么功能？（可多选）a打开网页、软件的快捷键 b提示邮箱、QQ、MSN信息功能 c其他15会选择无线鼠标吗？原因。a会 b不会原因：_16一般用鼠标键盘做什么事情？a最基本应用 b上网 c游戏 d三维建模 17关注鼠标键盘的性能方面时更偏重 a使用寿命 b手感舒适度 c先进技术 d人性化 e质量 18使用的鼠标一般怎么选择（可以设置牌子、款式、材质等选项）19鼠标键盘购买前通过什么渠道来了解此产品？ a网络 b杂志报刊 c广告 d朋友介绍 e不用了解直接买 （可多选）20有没有感觉鼠标键盘用久了出现什么问题？a手指变形 b腰部变形 c身体多个部位

8、酸痛21对目前市场上的鼠标键盘有什么看法，有哪些地方需要改进？看法与改进：_3 发展与现状分析3.1 键鼠的发展历程 键鼠产品已经发展了几十年，作为电脑桌面上使用频率最高的输入工具，同时也是人机交流的最重要工具，它的性能好坏直接决定了我们工作效率的高低。随着技术的发展，我们从最原始的机械鼠标到激光鼠标，从有线鼠标到无线鼠标，从功能简单的机械键盘到功能丰富的多媒体键盘，我们已经在技术方面已经很好地瞒足人类的需求。如今，电脑为人们带来快速、精确的计算、方便的管理模式以及便捷的沟通方式。然而目前市面上多数键盘却未能满足良好的宜人性，许多电脑症候群也随之而来，长时间地使用键盘容易造成双手肌肉的紧张，严

9、重的甚至造成使用者肌体上的劳累损伤，如重复性施紧伤害、累积性骨骼肌肉损伤等等。而且键盘上各功能区和按键的布置不尽合理，导致输入效率低下。和其他工业一样，一旦技术不是问题，我们就会将更多的精力转向其他方面的研究。人体工程学就是其中的一个项目。人体工程学(Human Engineering)，也称人类工程学、人间工学或工效学(Ergonomics)。工效学Ergonomis原出希腊文“Ergo”，即“工作、劳动”和“nomos”即“规律、效果”，也即探讨人们劳动、工作效果、效能的规律性。人体工程学是由6门分支学科组成，即：人体测量学、生物力学、劳动生理学、环境生理学、工程心理学、时间与工作研究。在

10、第二次世界大战之后，人体工程学就已经作为独立的学科开始发展，在设计、环境、军事等诸多领域都有广泛的应用，可以说，只要是有人机交流的地方就有人体工学的应用，而键鼠外设的人体工学也已经成长了多年。 对键鼠来说，使用舒适永远是最重要的，用户不会为了追求某些功能而忍耐它不堪忍受的手感。现在的鼠标和键盘 图1 图2 图3 图43.2 键盘设计现状分析 键盘作为较早的计算机输入设备，从它的发展中我们也能看到一些计算机发展的影子。普通键盘的主键区，也就是字母键区，键位整体呈长方形排列，使用时，我们的两个手腕要向内收拢，时间长了非常不舒适，针对这一现象，很多品牌都推出了两个主键区的人体工学键盘。3.2.1 微

11、软人体工学4000键盘这种设计可以让我们在使用键盘时手腕自然的放置在桌面上或是腕托上，长时间使用也不会有不适感。而且我们从侧面观察键盘可以发现，这些按键的高度也是不一样的，中间略高而两侧略低，我们的手是在一个曲率半径较大的弧线上进行操作的，非常接近自然状态。 图53.2.2 波浪形设计 另外像罗技WAVE键盘也是一款人体工学设计出色的键盘，虽然它没有将主键区分开，不过表面的波浪形并不是随便设计的，根据手的摆放位置、手指长度等多种因素，经过计算得出了目前我们看到的波浪形。 图63.2.3 游戏专用键盘更要注重人体工学设计 以上都属于常规设计的标准键盘，还有一些针对游戏设计的专用键盘则更注重人体工

12、学的设计，根据游戏操作的具体情况，将常用的按键设计在特定的位置上，按键的位置、高度等同样需要经过精确的计算得出。 图73.3 鼠标设计现状分析 相比于键盘，鼠标算是个“新生”事物了，在微软推出视窗概念之后，鼠标才逐渐流行起来，并且成为桌面上必不可少的输入设备。既然是每天都要和我们打交道的产品，它的人体工学设计自然也是十分重要。 工程师通过对人体手腕骨骼及关节的研究发现，我们平常使用的对称鼠标并不是最舒适的，关节始终处在一个“拧”的状态，长时间在这种状态下使用还会给我们带来一些疾病，于是就出现了更加符合人体工学设计的鼠标。 3.3.1 多彩垂直鼠标 多彩的垂直鼠标可以说是很具代表性的，垂直的设计

13、更加符合关节的自然状态，不过使用起来还是需要用户进行一段时间的适应。鼠标的外型只是人体工学的一方面，从广义来讲，只要是能够使人机交流变得更加合理和方便的设计都可以称作人体工学设计，那么鼠标上的快捷按键也是一项的重要的人体工学设计。 图83.3.2 众多快捷键设计 很多鼠标都增加了自定义功能键的设计，为的是能够让用户更加灵活的应用鼠标，实现一些常用的功能，从而提高我们的工作效率。这些按键在位置上也体现出人体工学，按键的位置、按键的力度都是厂家需要考虑的问题，而且还要考虑到组合按键的问题，如果将两个常用的组合按键设计在一个手指附近，这显然不是好的设计。 图94 数据资料分析4.1 鼠标的设计原则

14、对于手腕结构来说，多次的试验证明，当人的手腕呈“仰起”状态时，则“仰起”的夹角在15 度30 度之间的时候，是最舒适的状态，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。对于手掌来说，其最自然的形态就是半握拳状态。而鼠标的造型设计，实际上就是要尽量贴合这个形态。 图104.1.1 要使鼠标外壳紧密贴紧人手掌的两个主要肌群拇指肌群和小指肌群。使它们能够贴紧而又不受压迫。受压迫会导致手掌处于疲劳状态，而贴不紧又有握不住的感觉。4.1.2 要使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”。如果它不能贴紧，那么手心就会有“悬空”的感觉，而如果压迫了它，因为

15、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。4.1.3 鼠标的最高点应该位于手心而不是后部的掌浅动脉弓，否则会造成手掌产生压迫感。对于手指，手指的自然形态应该是五个手指都不悬空，而且处于呈150 度左右的自然伸展状态。而对于鼠标设计来说，手指部分的一个特别要求，就是当手指自然伸展时，第三指节的指肚应该正好处于鼠标按键的微动开关上，这样才能获得最佳的按键手感。4.2 键盘的设计原则： 使用计算机和打字机都需要进行键盘操作，目前工作人员长时间从事键盘操作往往产生手腕、手臂、肩背的疲劳，影响工作和休息。 图114.2.1 产生不适的原因 从人体工程学的角度看，要想提高作业效率及能持久

16、地操作，操作者应能采用舒适、自然的作业姿势，工作人员因现有的键盘操作条件而采用不正常的姿势，是导致身体疲劳的主要原因。因为在目前的工作台上操作键盘，如果工作人员手腕放在台面上，由于键盘1的键面高于工作台面，必然要让腕部上翘，时间一长会引起腕关节疼痛；而悬腕或悬肘的操作虽然较为灵活，但由于手部缺乏支撑，手臂或肩背的肌肉不得不保持紧张，故不能持久，也易疲劳。4.2.2、用人机工程解决办法。 对这个问题，人体工程学现有的研究结论是“键盘自台面至中间一行键的高度应尽量降低”。键盘前沿厚度超过50mm就会引起腕部过分上翘，从而加重手部负荷。此厚度最好保持在30mm左右，必要时可加掌垫。即通过减薄键盘本身

17、的厚度和在键盘前增加手部的支撑件来解决。键盘可减薄的程度是有限的。操作动作的合理性直接影响操作者的舒适性和工作效率。 手-键盘界面最自然的姿势为上臂从肩关节自然下垂,与前臂之间夹角7090°,以保证作业时肘关节受力而不是上臂肌肉受力;还应保持手和前臂呈一直线,腕部向上不得超过20°,腕外 展不超过15°双手向内相向交叉成6070°,手指自然弯曲,同手掌一起构成一个圆形,呈空握球状;两手掌间距约100280mm 。设计主键盘区沿中心线各自左右分开,两基准定位键之间距离约80100mm 。5 综合与分析：5.1 键盘问题分析虽然很多设计者就键盘设计提出了一些

18、建议和方案，但是目前普遍使用的计算机键盘基本为1971 年国际标准化组织认证的国际标准键盘QWERTY 键盘，由主键盘区、F 键功能键盘区、编辑与定位键盘区和数字辅助键盘区组成，如图1 所示。根据笔者的体验和调研，总结出了这类键盘的不合理之处如下。图12 普通QWERTY 键盘5.1.1 键盘的Delete 和Backspace 布局不合理目前流行的键盘通常将“Delete”和“Backspace”键放置在主键区的右上方，由于这两个键远离J 键，使用户输入文本时经常误按其它键，而且击键时右手食指被迫挪位离开基准键，导致了敲击效率和正确率降低。5.1.2 数字辅助键盘区的布局不合理 数字辅助键盘

19、区缺少“= ”键，“= ”远离“+ ”、“”、“* ”和“/”等运算符，用户在输入时不得不从数字辅助键盘区“跳跃”至主键盘区寻找“=”键，使经常编写程序、进行计算和输入公式的用户使用不方便，降低了工作效率。5.1.3 键盘的整体规划问题 现有键盘中除左右两半分开的K 类键盘外，用户使用其它键盘时两手距离较近，而且双臂夹紧，从而导致了肌肉疲劳。如图2 所示为人手和小臂在操作面上的自然状态。操作普通键盘如图3 所示，从图3 中可以看出，用户在操作普通键盘时手臂改变了自然状态，两手距离偏近，并且双手放置在基准键位时，前臂内旋、肘肩内收、屈前臂肌紧张，很容易引起肩背部酸痛。 图13 图14 因此，键盘

20、的设计应尽量使之适应手指动作的要求，减少手腕动作，避免手臂或更高级次的动作。为提高效率，降低能量消耗，在键盘设计中应当注意以下三个方面的内容：尽量减少手指的转移动作，转移动作中尽量减少列转移；除拇指外，前四指的击键动作应当是短促的按压动作，而拇指要避免按压动作，其侧向划拨动作效率高而且运用自如，因此键盘设计要考虑各手指键特别是拇指键位置与对应手指动作相适应的问题；键盘横向排列要与前四指在同一行操作时的自然位置相适应，纵向排列要与手指行转移的自然方向和范围相适应。5.2 鼠标问题分析长时间使用鼠标，坚硬的塑料外壳可能让手部感觉疲劳，而且汗水也会产生滑脱现象。许多频繁使用鼠标的人会发现自己的腕骨突

21、出，手指和手腕会经常出现酸疼的感觉，这就说明其鼠标的设计并没有体现以人为本的设计思想。手与鼠标的关系，手的弯曲程度，拇指与食指的角度60°，运作过程中主要是手掌用力。玩家在使用鼠标的过程中会发现手指和手腕会出现酸疼的感觉，这就说明鼠标造型的设计不合理，没有体现出人体工程学的设计思想。好的鼠标在实际手握时感觉轻松而舒适且与手掌面贴合，按键轻松而有弹性。 图146 键鼠人机工程学的改进：6.1 键盘设计改进6.1.1 改变键面倾斜度一直以来，我们的键盘都是按照键位有角度地排列。越靠近手腕的地方越低。这种设计的初衷是为了让使用者更快地敲击键盘。时至今日，这种设计却留下了一个隐患，为了适应这

22、种角度，手腕不得不保持一定角度的上翘。肌肉始终处在紧张的状态下，血管和神经自然就会出现血脉不畅，就是前面提到的酸胀麻等感觉。虽然可以在键盘下方增加腕托解决问题，但治标不治本。于是，零倾斜的理念出现了。什么是零倾斜？就是键盘上的任何按键处于同一位置，而且所有键面与水平面没有夹角 。 图156.1.2 改变传统键位这个概念同样由罗技公司提出，它是为了缩短键盘和鼠标的距离而产生。大多数人对于使用电脑键盘没有留意过，手总是会在键盘鼠标之间来回移动。对于经常使用QQ 和MSN的同学来说，这种移动真是再熟悉不过了。双手打字，然后操纵鼠标发送讯息，周而复始。这个看似简单的动作却是由众多部位肌肉协同完成。如果

23、长时间操作，毫无疑问的是我们的手就是在键盘和鼠标之间进行了无数次往返跑。精简键盘字母排列，在一定程度上减少了手腕在往返过程中的位移，虽然缩短的距离不多，但是累计起来还是十分可观的。 图166.1.3 设置更多快捷键 提到快捷键，我们首先想到的是可以快速关闭窗口调出关机/重启界面的ALT +F4,还有其他很多。其实快捷键也是键盘人体工程学原理的一部分。以微软公司的精巧办公键盘为例。我们可以看到，在键盘上方有众多快捷键。用户只要通过使用键盘，就可以到原来需要鼠标点击才能有的效果，试想，如果仅仅以鼠标移动来完成上述操作会是多么麻烦，我们的手部肌肉又要承受多少疲劳。 图17 6.2 鼠标设计改进3D滚

24、轮设计，方便了喜欢观看电子书和网页的用户，使他们不必再在翻页和拖动页面时移动鼠标。3D独特造型圆珠型滚轮，完美手感。独特的快捷按钮。左右两侧采用对称式的凹槽设计，加强了食指和中指的舒适度，最大限度地满足人们使用鼠标时在手感以及舒适度和使用习惯方面的要求，尽量减轻长时间使用时身心的疲劳程度，尽量避免产生肌肉劳损的症状，从而最大限度地保护用户的身心健康而且提高用户的工作效率。借助软橡胶手柄,手握时感觉轻松而舒适且与手掌面贴合，按键轻松而有弹性。 图186.3 环境-人-物的密不可分的关系 图19 从人体工程学的角度，提高作业效率及能持久地操作，操作者应能采用舒适、自然的作业姿势，工作人员因现有的键盘操作条件而采用不正常的姿势，是导致身体疲劳的主要原因。目前的工作台上操作键盘，如果工作人员手腕放在台面上，由于键盘的键面高于工作台面，必