鼠标的人机学评析与改进设计.docx

1、鼠标的人机学评析与改进设计课程设计报告 学生姓名 设计题目 鼠标的人机学评析与改进设计 指导老师 课程设计任务书院(系) 机 械 工 程 学 院 专业班级 工 一、课程设计题目 鼠标的人机学评析与改进设计 二、课程设计工作自_ 2009三、课程设计进行地点: 校内 四、课程设计的内容要求： 设计内容 1、对所研究的产品进行人机工程学分析，包括该产品与人体尺寸的匹配，操纵或显示 装置的感知、认知分析，操纵机构的宜人性分析，用户视觉感受与使用心理的分析； 2、在分析的基础上，总结现有该产品存在的问题或不足； 3、针对所存在的问题，提出多个解决方案；（或进行创新设计） 4、经过分析论证，进行方案的比

2、较、筛选，优化设计方案，并最终确定设计方案； 5、建立三维模型，绘制工程图； 6、进行渲染，制作效果图； 7、制作展板，进行效果展示。 设计要求： 1、设计说明书A4幅面，统一采用计算机打印； 2、设计说明书撰写规范参考陕西理工学院毕业设计（论文）格式及计要求； 3、所有图纸打印幅面A4（工程图、设计草图、效果图、展板），单独装订成册； 4、设计说明书、图册、所有源文件的刻录光盘一并装入资料带，并填写清单； 5、课程设计题目参见选题表及题目清单，每位同学可从中自行选择其中之一，或自拟 题目，但必须经过指导教师同意，方可进行； 6、每位同学独立设计，完成所有设计任务。 指 导 教 师 刘佳 系(

3、教 研 室) 工业设计教研室 系(教研室)主任签名 批准日期 2009年12月14日 接受设计任务开始执行日期 学生签名 设计摘要51鼠标设计调查分析61.1鼠标套件五大适用人群61.2鼠标的使用状态分析61.2.1手心与手腕61.2.2出汗问题的分析61.2.3材料的轻重与鼠标挪动71.2.4部分调研问答71.3质感调查分析91.3.1外壳材质91.3.2 手的不同部位的感觉111.4功能131.5鼠标的工作原理131.5.1光电式鼠标器示意图142鼠标的人机工程学分析152.1主要肢体与鼠标外形152.1.1对于上臂来说162.1.2对于手腕结构来说162.1.3对于手掌来说162.1.3

4、.1手部肌肉及神经的各用力点分析图172.1.4对于手指来说182.2日常使用的人机问题182.2.1鼠标的清洗182.2.2鼠标移动182.2.3鼠标使用注意事项193设计最终方案193.1手绘草图方案（见于A4打印版）193.2鼠标设计三视图及尺寸标注193.3尺寸标注AUTO CAD图示213.4鼠标设计效果图223.5鼠标设计蛛网图评价233.6设计要素及工艺244鼠标人机设计总结25课程设计报告（鼠标的人机学评析与改进设计）作者：李振（陕理工机械工程学院工业设计071班，陕西 汉中 723003）指导老师：刘佳【摘要】随着办公自动化和计算机的广泛应用，一些操作向着高速单一、重复的特点

5、发展，强迫体位在操作中占的比重越来越大，强迫体位是身体的某一部分处于非自然的状态时的体位。这一特点可以从操作鼠标中看出，操作计算机时，由于鼠标有一定高度，出现了手掌麻木、食指中指疼痛、腕关节肿胀、手部动作不灵活甚至无力等症状，它将会给你的工作、学习和娱乐带来诸多不便，因此于总是反复集中机械地活动一两个手指，而配合这种单调轻微的活动，严重的还会拉伤手腕的韧带。手腕必须背屈一定 角度，这时腕部便处于强迫体位。长期处于强迫姿势必然会导致肌肉骨骼系统的疾病。像这种由于不断使用身体某部位对这一部位施加压力而导致的肌肉、骨骼的疾病主要发生在手指、腕、肘、肩等部位。【关键词】手感 人机工程学 手腕 维护 材

6、质 肌理 舒适度 手指 上臂 肩部 肘部 评价 改进 调研 清洗 挪动 日常问题 手部肌肉 关节屈伸 伸展范围 设计要素 总结 评价【设计目的】现在伴随着人们工作、学习压力与强度的增加，我们的双手也更加忙碌，白天八小时在办公室上班或通宵达旦玩网络游戏，长时间持续敲击键盘鼠标，甚至一天频率上万次。都会有不同程度的腕部损伤，所以本次设计主要体现在改进与人机学的双重观念，设计出我们愿意触摸的鼠标，它可以让我们的手时刻保持在轻松的状态，在工作之余让你的手充分放松，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，从而尽量减少使用鼠标造成的疲劳。1鼠标设计调查分析1.1鼠标套件五大适用人群1

7、.IT人士、网游爱好者，长期使用电脑的白领、老板;2.因为工作需要，长期接触电脑，已有“鼠标手”的人;3.因为长时间对着电脑，养成肩膀酸痛、肩周炎、颈椎病等职业病的人;4.担心电脑辐射造成黑眼圈、皮肤暗黄、粗糙、长斑的女性;5.工作离不开电脑，想预防便秘、口臭、失眠健忘、头晕头痛、心悸心慌高血压的人！1.2鼠标的使用状态分析在任何一种产品设计中，都会引发一些相关的问题。在这些问题中，我们的设计就有了足够的发挥空间，在起初的草图设计方案中我们有些时候可能不容易觉察到设计中的问题。在逐步加深的设计步骤下所有不易发现的问题都显得那么明朗。下面就一些思考问题在此做一下简析：1.2.1手心与手腕鼠标的设

8、计在最高处也就是顶端弧度，这就要求手心与手腕的贴合，所谓充分贴合就是要求我们在设计中完全考虑到手在握住鼠标的时候手心的凹度。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。如果设计不当不觉得手腕和手心酸痛，尤其对一些电脑族最为重要。1.2.2出汗问题的分析 我们在使用鼠标的时候经常会因为手心出汗而导致鼠标使用不便，在鼠标的滑动中很容易脱离我们的手。出汗在一定程度上会对鼠标外壳造成腐蚀损伤，对鼠标的外壳光滑度造成一定小凹孔。同时不易于鼠标的清洁与维护。1.2.3轻重与挪动在鼠标设计中材料的选用非常重要，首先就是质感的表现，材料如果太轻，那么鼠标在垫子上会随意滑动，对我们

9、的操作造成很大的影响。当然也不能太重，人的手腕在左右摆动中是有一定的范围，频繁的摆动对我们的腕关节不利，试想一下，右手在使用鼠标的同时会配合左手来使用键盘，如果鼠标的质量太大，在某种程度上会降低我们右手的灵活性。1.2.4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、 您平均每天使用鼠标的时间是a1小时以下 b1-2小时 c3-4小时 d5-6小时 e7

10、小时以上7、 您现在使用的鼠标是什么牌子的？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？ a普通造型 b造型独特 c不讲究10喜欢鼠标的大小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柔软度问题？13习惯适用鼠标的重量a较重 b较轻 c不讲究 d不知道14最喜欢哪几类颜色的鼠标？（可多选） a黑 b白 c红 d黄 e橙 f绿 g蓝 h紫 i灰15望鼠标有什么功能？（可多选）a打开网页、软件的快捷

11、键 b提示邮箱、QQ、MSN信息功能 c其他16会选择无线鼠标吗？原因。a会 b不会原因：_17能够承受的有线鼠标的价位是：a20-60元 b60-100元 c100-200元 d200元以上18能够承受的无线鼠标的价格是：a100-200元 b200-300元 c300-400元 d400-500元 e500元以上19一般用鼠标做什么事情？a最基本应用 b上网 c游戏 d三维建模 20关注鼠标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 21您拥有自己的电脑吗？ a有 b没有22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 23使用的鼠标一般怎么选

12、择（可以设置牌子、款式、材质等选项）24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 （可多选）25最注重鼠标的那个特点？26一般多久会更换一只鼠标“您一般多久会更换一只鼠标？”，要了解鼠标的市场有多大，就有必要了解一般人使用鼠标的周期；另外，更换鼠标的原因？1.3质感调查分析1.3.1外壳材质外壳塑料：与其它材料比较有如下的特性：1耐化学侵蚀2具光泽，部份透明或半透明3大部份为良好绝缘体4重量轻且坚固5加工容易可大量生产，价格便宜6用途广泛、效用多、容易着色、部份耐高温皮革和丝绸皮革材料和丝绸表面处理工艺让鼠标成为艺术品的同时提供了绝佳的握感

13、，大家在使用光学鼠标的过程中通常会发现以下几个问题：在玻璃、金属等光滑表面或者某些特殊颜色的表面上鼠标无法正常工作，表现为光标顿滞、颤抖、漂移或无反应，甚至光标遗失，这两个问题直到现也无法完全解决，那么为何会出现这样的情况？根本原因在于光学鼠标的先天原理所限，我们不妨对此作进一步的分析。我们知道，光学鼠标的光学引擎通过接收反馈的图像来判定光标方位，如果移动表面过于光滑，很可能无法产生足够多的漫反射光线，这样感应器所接收到的反射光线强度很弱，令定位芯片无从判别，由此造成鼠标工作不正常的窘况。不过，目前市面上的玻璃鼠标垫和金属鼠标垫都不是采用光滑的表面，而是采用磨砂处理，漫发射条件良好，但依然有不

14、少光学鼠标产品无法在上面工作。这就涉及到另一方面的原因，我们知道，定位芯片通过比较相邻图像矩阵上特征点的差异来判别光标的位置信息，而部分玻璃鼠标垫和金属鼠标垫的磨砂表面做得相当精细，表面高度一致，如果是传统的光机鼠标，在上面可谓是移动如飞、得心应手，但对光学鼠标来说情况就非如此。高度一致的表面导致不同特征点的区别太小，感应器将其转换为数字信号后无法体现出差别，定位芯片自然就很难进行比较处理，产生鼠标无所适从的结果，自然你也别指望它能够正常工作了。不过，感应器制造商可以通过增大CMOS感光器的尺寸来缓解这个问题。感光器的尺寸越大，拍摄到图像的分辩率精度也就越高，特征点的数量越多，定位芯片可比较的

15、特征点就多，由此可作出较为准确的判断。当然，感应器尺寸增大意味着要处理的信息量更多了，定位芯片的运算能力也得同步提高才行。目前此种技术方案的代表是安捷伦科技的“MX光学定位引擎”，普通鼠标的感应器规格为2222像素，而“MX光学定位引擎”则增大到3030像素，可摄取的信息量增加了80%。对于光学鼠标无法在某些颜色表面正常工作的问题（也称为“色盲症”），答案与上面的情况类似。光学引擎通过拍摄图像并比较差异来实现光标定位，而要拍摄图像就要求感应器可捕捉到一定光强、均匀漫反射的反射光。然而，多数感应器只能对一些特定波长的色光才能形成感应，对其他波段的色光就无能为力。倘若鼠标垫表面恰好可以将感应器能够

16、感应到的色光大量吸收，导致反射回去的色光强度不足，感应器无法作出有效感应，自然就不可能计算出光标的具体位置了。不过，“色盲症”算不上是什么缺陷，用户只需要选择一个颜色适合的鼠标垫即可，而如果让鼠标厂商费尽心力来解决这个问题的话，恐怕需要花费较高的成本。 1.3.2 手的不同部位的感觉 鼠标最重要的就是手感问题，鼠标手感：按字面的意思，我理解是，手拿着鼠标的感觉如何的意思， 虽然现在的鼠标都是以人体工程学为基础，但难免还是不能顾及到所有的人，所以很多人都会根据自己的手感来选择产品。 手指手感握鼠标的整个手来说就手指的部位占了鼠标50%左右的空间（根据自己看自己握鼠标的姿势，写出来的），我是个右手

17、的用户，就我个人说，现在很多厂家都注重大拇指、食指和中指三个手指对鼠标的触感，食指和中指又要经常的按功能键，所以有很多厂商在这上面做文章。出来各种各样的款式，像这款自由豹200侧面是橡胶做的，我想他应该是突出了大拇指和无名指的触感，要是左右功能键也做成这样不知道成什么样了，但是不知道大家平常玩久了鼠标，不知道鼠标的左右功能键那里会不会有污垢，要这个能解决就最好了。 手心手感我觉得女性也许不会太在意，在乎手心感觉的人大部分是手稍大的男同胞，大部分的都喜欢手心帖着鼠标的尾部，我感觉也确实是舒服，这款MX1100，想必很多男同胞都喜欢吧。嘿，我也喜欢。但我觉得有个小小的毛病，因为手心紧紧的帖着鼠标尾

18、部，不透风。导致容易出汗，出现粘或滑的现象。我觉得污垢就这样出来的。 手腕手感我觉得手腕的感觉关系到我们了用鼠标疲劳度，所以这手腕的感觉我觉得比较重要。个人认为手腕处最好是水平贴着电脑桌。手腕要是在电脑桌的上方，那么整个手就会弓起来，这样久了就累了。现在大部分的人体工程学鼠标基本都能达到这个功能了。前不久看电视看到有很多人得“鼠标手”严重的有可能会导致肌肉坏死，也许讲的有点过头，但也确实是个问题。嘿，这款垂直鼠标二代对手腕的感觉应该是别有一番不同。 手形手感买一款鼠标，很多人第一个前提是都会找适合自己大小，适合自己手形的鼠标。这个点是毋庸置疑的，我是一个右手的用户。相对而言市面上能让我选择的产

19、品比较多，很多比较好的鼠标都是针对右手的纹路来做的，对于左手用户。本人还是深表同情的，自己也用左手试过去拿一些鼠标，感觉很别扭。一般都是使用不分左右的鼠标吧。1.4功能鼠标也是因其用途不同而实现功能的不同，其本质功能就是配合我们的手来方便对电脑进行操作。标准鼠标：一般标准3/ 5键滚轮滑鼠办公室鼠：标软、硬体上增加Office/ Web相关功能或是快速键的滑鼠简报鼠标：为增强简报功能开发的特殊用途滑鼠游戏鼠标：专位游戏玩家设计，能承受较强烈操作，解析度范围较大，特殊游戏需求软硬体设计，得鼠标逐渐流行起来，并最终成为了电脑的标准配置，从此，每台电脑旁边都有了一个忠实的伴侣，那就是“Mouse”-

20、鼠标。1.5鼠标的工作原理鼠标按其工作原理的不同可以分为机械鼠标和光电鼠标。机械鼠标主要由滚球、辊柱和光栅信号传感器组成。当你拖动鼠标时，带动滚球转动，滚球又带动辊柱转动，装在辊柱端部的光栅信号传感器产生的光电脉冲信号反映出鼠标器在垂直和水平方向的位移变化，再通过电脑程序的处理和转换来控制屏幕上光标箭头的移动。光电鼠标器是通过检测鼠标器的位移，将位移信号转换为电脉冲信号，再通过程序的处理和转换来控制屏幕上的鼠标箭头的移动。光电鼠标用光电传感器代替了滚球。这类传感器需要特制的、带有条纹或点状图案的垫板配合使用。 1：移动滑鼠带动滚球。2：X方向和Y方转杆传递滑鼠移动。3：光学刻度盘。4：电晶体发

21、射红外线可穿过刻度盘的小孔。5：光学感测器接收红外线并转换为平面移动速度。1.5.1光电式鼠标器示意图2鼠标的人机工程学分析人体工学是诞生于第二次世界大战后的一种技术，除了我们常见的造型设计外，人体工学实际上还包括了如按钮的位置安排、说明文字的设计等多种方面。而概括来说，实质上，所谓人体工学，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，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。鼠标的人体工学设计，主要就是鼠标的造型设计。而要研究这个问题，首先需要研究人手的自然结构。2.1主要肢体与鼠标外形人手的结构中，与鼠标相关的部分向上包括前臂，而

22、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。 这些结构的自然形态应该是什么样呢？ 2.1.1对于上臂来说它的自然形态应该是使尺骨和桡骨接近平行的状态，这种状态，也就是当上臂和手掌平

23、放桌上的时候，上臂和手掌呈接近垂直的倾斜状态，使用掌外侧触及桌面的形态。 因为这种形态下，上臂的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多彩曾经推出过一款“竖着”使用的鼠标，虽然由于和大多数人的使用习惯不合而没有普及开来，但这种设计思路的确是符合人体工学要求的。 2.1.2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。 2.1.3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

24、态。分解开来，它包括三个概念：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。2.1.3.1手部肌肉及神经的各用力点分析图2.1.4对于手指来说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

25、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。2.2日常使用的人机问题2.2.1鼠标的清洗1取下鼠标底面带有箭头标记的圆环挡板，并取出轨迹球。2检查轨迹球并用干净、柔软的布擦去表面的灰尘。3如果球很脏，将球放入温肥皂水中清洗在清洗完毕后用柔软干净的布将球擦干。4确保鼠标的空腔中无异物存在将轨迹球装入。5将圆环挡板依顺时方向装入槽口，当配合位置正确后旋紧挡板。2.2.2鼠标移动鼠标的灵活性下降，鼠标指针不像以前那样随心所欲地移动，而是反应迟钝，定位不准确，或者干脆就不能移动了。这种情况主要是因

26、为鼠标里的机械定位滚动轴上积聚了过多污垢而导致传动失灵，造成滚动不灵活。维修的重点放在鼠标内部的X轴和Y轴的传动机构上。解决方法是，可以打开滚动球锁片，将鼠标滚动球卸下来，用干净的布蘸上酒精对滚动球进行清洗，传动轴等可用酒精进行擦洗。将一切污垢清除后，鼠标的灵活性将会得到改善。2.2.3鼠标使用注意事项1避免在衣物、报纸、地毯、糙木等光洁度不高的表面使用鼠标。2禁止磕碰鼠标。3鼠标不宜放在盒中被移动。4禁止在高温强光下使用鼠标。5禁止将鼠标放入液体中。 3设计最终方案3.1手绘草图方案（见于A4打印版）3.2鼠标设计三视图及尺寸标注3.3尺寸标注AUTO CAD图示3.4鼠标设计效果图3.5鼠

27、标设计蛛网图评价3.6设计要素及工艺首先了解鼠标的发展历史及各个阶段的代表产品。并参考一些成功的鼠标设计。下面就本次设计相关事项进行列举分析：1.进行多方案的比较，方案一中我主要提倡精巧，方案二中主要手部的凹凸与用力点和手腕部的力量分散，第三种方案主要我本人想表达形象与美的结合。2.进行实际尺寸测量，根据我们周围所用到的鼠标进行观察，3.手腕的最凹处测量，让手腕与鼠标充分接触，然后进行思考。手腕的最下端在什么时候下垂最多，在哪种姿势下操作最频繁。4.求证大量人手结构参数，在人机及心理学试验中我们有大量的人体参数数据5.犀牛中多次建模，进行初次建模，并进行相关修改，在几次建模中可以对已经设计好的

28、鼠标草图进行在此校核。可能有的地方在设计中根本无法实现，不时的建模可以说是对草图的一种审核。6.曲面，鼠标的曲面与一般的产品完全不同，它的上表面是和我们的手充分接触的，所以在设计中要掌握好曲面的趋势和光滑度。7.手感，就如同我们自己的手，在现在的设计中还是市场的需求方面用户考虑鼠标的第一概念就是“手感问题”在很多时候我们会因为鼠标的使用而产生手部甚至手腕的酸痛。最好经过磨砂处理，在长时间的操作后手心会有少量的汗液，随之出现了两个问题，一是我们的手不好操作，二是鼠标会因为汗液而吸附大量灰尘以致损害鼠标。8.ABS塑料为主要建模材料，首先绿色，环保，无辐射的三大优点。在颜色方面采用淡雅风格，毕竟是

29、科技产品。9.在3D中再次建模，进行相应渲染，在此三维软件中基本确立了此次鼠标设计的外观结构,10.photoshop中进行后期处理。为了进一步完善渲染，在photoshop中通过调节曲线和对比度参数来做出最终效果图。4鼠标人机设计总结鼠标的使用是为了使计算机的操作更加简便，人的手感到舒服。 从原始鼠标、机械鼠标、光电鼠标、光机鼠标再到如今的光学鼠标，鼠标技术经历了漫漫征途。通过对以上三种设计方案的综合考虑，最终我选择了第二种方案。以手掌心的凹凸分布和腕部力量的均衡为主题来进行设计。加点个性，既然是设计，我们就要加一点自己的元素，本次设计我多是虑手与鼠标接触的凹凸部位的衔接。这是我的主题构思也是最终产品设计的宗旨。中国加入了WTO之后，更应该注重我们自己的产品设计，我们要有自己的品牌，现在科技是设计最有利的后台。所以我们应该大胆的去设计。在产品中表达自己的思想