鼠标的人因工程学设计

鼠标的人因工程学设计工业工程（硕）5205083046杜晟鼠标的人因工程学设计摘要：本文主要介绍了有关鼠标设计所涉及的人体生理学方面的知识和鼠标设计的原则，并分别列举了基于欧美人士手掌特点设计的鼠标和基于亚洲人士手掌特点设计的鼠标，并针对各自的特点做出了详细的说明和比较，在文章的最后提出一种新型的立式鼠标,并提出了新的设计方案，试图解决立式鼠标的不足。关键字：鼠标、人因工程学、立式鼠标鼠标是人和计算机交互的一个主要界面，它同时集成了光标的移动和计算机的操作的功能，轻松的运动和多功能的按键使鼠标领先于其他各种定位设备，可以说鼠标是我们日常生活中操作电脑的一个最常用的工具，因此设计具有人因工程学特点的鼠标是十分有意义的。鼠标的人因工程学设计，主要就是鼠标的造型设计。而要研究这个问题首先要研究人手的自然结构。人手的结构中，与鼠标相关的部分向上包括前臂，而向下则有手腕、手掌、手指等结构。前臂内部包括尺骨、桡骨等主要的骨骼人就是依靠这两根骨头的交错来完成手腕的旋转的。而手腕结构中主要是一快腕骨，它的转动使得人的手腕可以仰俯。而人的手掌则主要由两组肌肉组成，一个是拇指屈肌和外展肌组成的肌群，一个是小指屈肌及展肌组成的肌群，在两个肌群指间有一条沟壑。对于不同的人，这条沟的深度和宽度是不同的。而这条沟内部，则是人手主要神经和血管所走的地方。手指的结构则相对比较简单，每个手指包括三个指节，并在一定范围内可以作横向的展开。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。对鼠标的设计原则，可以归结为以下三点：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。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。符合人因工程学的设计并不是适合每个人，这一点上在鼠标的设计中尤为明显。有很多号称符合人因工程学的鼠标用起来并不是很舒服，主要原因在于这些鼠标设计的时候是以欧美人士作为基准的，而这个基准对于亚洲人来说显得过大了。据美国一家权威数据调查公司的数据统计，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。下面就是一张标准体型的亚洲人（174CM）和低于标准体型的欧美人士手（178CM）的对比图片：左图为亚洲人的手，右图为欧美人士的手可以从图上看出很明显的差别：首先，亚洲人的手掌偏窄，其次手的长度也偏小，再者手掌中央的“沟”也偏浅。而一些著名的鼠标品牌主要是以欧美人士作为基准，设计出来的鼠标个头都特别大，并且后背都非常弓，因为如果鼠标后背太平，欧美人士的人握上去之后，手掌心就会有悬空的感觉。下面的两张图分别是市面上最流行的鼠标品牌：罗技和微软。罗技微软下面是一张身高175CM的亚洲人士握住为欧美人士设计的鼠标图片：175CM亚洲人手握欧美国家的品牌鼠标图上可以看出由于鼠标较大的原因，手腕的腕关节被迫抬高，使手背与桌面的夹角大于了30度，腕关节部位及手的前臂部位的伸肌群都处于强直的受力状态，受前臂肌群力的影响，上臂的肱三头肌及肱三角肌也都会同时受到力牵拉的作用，这样一来，人的肩关节也会一直处于强直状态。在这种状况下用鼠标，时间长了很容易出现腕关节及肩部酸胀的症状，从而极易产生疲劳感。另外，由于亚洲人的手普遍要比欧美人士短几个公分，所以在亚洲人握欧美人士的大鼠时，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的掌浅动脉弓。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。另外，如果手处于强迫状态，其手指的灵活度也将受到很大的影响，这在玩游戏时体会更明显。第三，主流鼠标的设计没有在右侧为小指提供“安放”的位置。欧美人士的小指比较长，可以自然蜷缩，“搭”在鼠标上，而对于亚洲人，由于小指不够长，结果，就“找不到地方放”了。由上面的分析可以看出，主要针对欧美标准而设计的鼠标具有个头特别大，后背非常弓的特点，而这两点对亚洲人来说是一个极为不合理的设计。下面我们来看看专为亚洲人设计的鼠标有怎样的特点。上图是一款根据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稍微要小一点，并且流线造型的弧度也要平缓一些，针对于亚洲人手的特点，这款鼠的后背夹角设计成为150度（如图七）左右，这种设计使亚洲人的手握在鼠标上后使手背同桌面呈现15-30度夹角，而使腕关节及肩关节的都呈自然放松状（如图八），同时手握鼠标的受力点恰好位于手心稍靠掌指关节处，从而避开了位于掌心靠后侧的掌浅动脉弓。这样，不仅手指在点击按键时会非常灵活自如，并且长时间的使用也不会轻易疲劳。上图是欧美标准，下图是亚洲标准图七图八根据TOIVA国际工业设计中心对上万例身高在160-173CM之间的亚洲人调研后，得出一个结果，长度为10CM左右，后背宽度为6.5CM左右的中型鼠最适合160-173CM的亚洲人使用，而这个身高的人士在亚洲占了大约60%以上的人口比例。基于中等身高亚洲人的鼠标设计鼠标的握持握持时的状态这几款鼠标后背盖的设计为圆钝状，人的手握上去之后，手正好呈半握拳的自然放松状，这种姿势刚好使鼠标的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，而小指自然放置在鼠标右侧。以上所介绍的鼠标都是基于人的习惯而设计的，这个习惯指的是人们点击的时候习惯于向下点击，实际上还有一种非常独特的鼠标设计方案，就是立式鼠标设计。这种鼠标的外观如下图：从图中我们可以看出这种设计很好的解决了手掌肌群受压的问题，掌心靠后侧的掌浅动脉弓也不会受到压迫，可以说是人因工程思想的完美体现。但我们也看出，这种设计虽然解决了困扰鼠标设计的两大难题，但它与人的习惯有很大不同，向下点击对于一般人来说比侧向点击更为自然更为习惯。还有值得一提的是这种设计的鼠标在移动上会有一些不便。前面介绍的鼠标虽然各具特色，但在移动上都是较为方便自如的，而立式鼠标在这方面或许有些不足，因此没有成为主流。但从人因工程学的角度来看，我们有必要将这种设计思想加以考虑。可以设计一种新型立式鼠标：鼠标外形呈圆桶状，将按键放置在立式鼠标的一侧，滚轮放置在鼠标上方，用大拇指控制鼠标滚轮，手的姿势是像握住一个杯子一样握住鼠标，在鼠标的握持部分可以添加凹槽，模仿手的生理屈，以方便握持。这样可以兼顾立式鼠标的优点，也解决了立式鼠标的移动困难的问题。参考文献：【1】孙林岩主编人因工程中国科学技术出版社