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1、新疆农业大学机械交通学院人机工程学课程（设计）论文题目计算机键盘的人机工程学分析姓名与学号：王守龙 083731243指导教师：王晓暄年级与专业：大四 机械设计制造及其自动化所在学院：机械交通学院课程评分：二零一一年 十二 月目录摘要 3 前言4 1 目前键盘存在的问题和解决方案 41.1 两手距离偏近及其解决方案 41.2 双手小指均负担过重及其解决方案51.3 左右手的分工不合理及其解决方案 51.4 操作键盘易疲劳及其解决方式 52 键盘的平面布局分析 62.1 主键盘区分析 72.2 Back Space键和Insert键分析73 键盘的整体规划分析 73.1 外形分析 73.2 色彩
2、分析 84 结论 85 参考文献 9计算机键盘的人机工程学分析摘要：本论文运用人机工程学原理展开对计算机键盘的分析。从键盘 存在的问题及解决方案、键盘的的平面布局和键盘的整体规划对键盘 进行了全面分析。是人们进一步了解键盘，既将大大提高用户的操作 效率并保证他们的健康、舒适。关键词：人机工程学；键盘；解决方案；整体规划前言电脑已经成为人类不可或缺的工具,它带来了快速的运算、精确的计算以及 方便的管理模式。伴随着IT技术的飞速发展，电脑的更新换代速度非常之快，键盘 作为人机交互的输入设备也在不断地推陈出新。然而目前市面上多数台式电脑键 盘却未能满足良好的宜人性。在人类越来越依赖于电脑的今天，许多
3、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，严重的甚至造成使用 者肌体上的劳累损伤，其症状包含因使用键盘造成的手腕神经压迫、坐姿不良引 起的脊椎神经伤害以及颈部和腰部、累积性骨骼肌肉损伤，重复某一动作而形成 强迫性体位，以致身体相应部位处于持续的紧张状态而导致的局部神经。在键盘 的中运用人机学原理，结合手的解剖学特点、坐姿生理学等学科知识以及视觉显 示终端作业岗位的人机界面设计原则，使人机环境系统相协调，为使用者创造安 全、舒适、健康、高效的工作条件。1 目前键盘存在的问题和解决方案根据图1键盘在生活中的使用及实验研究发现目前标准键盘的缺点主要表现 以下几点编辑犍盘丨数字小
4、犍盘图1FlF2F3F斗F5FGF7F8F3F10FllF12:i34%A.e&70r+I IXTab Q WER T y U I 01?(31Caps LcnUAsDFGHJKLEnterShif tZXCUBNM77ShiftCtrlAIAlCtr-l主權盘区Print StrenLotkPeluecIrefftHomeDelEniFhae DovintIHun Lotk/芾789+456123EmInsDel1.1 两手距离偏近及其解决方式当双手放置在基准键位时，食指间距约45mm,与自然姿态相比，容易导致 前臂内旋、两肘两肩内收、屈前臂肌紧张， 短时间内就可造成肩颈部酸痛， 以至 影响
5、整个输入过程的正常进行。手一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70 90，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， 两手掌间距约10 0280mm。目前键盘的理论和实践上的改进设计绝大多数都没有很好地重视这个问题 多带来的负面影响。要想真正设计出符合人因工程学的键盘， 必须在这一点上作 出突破，将键盘做成左右分离式的，将键盘左右手所操作的部分分离，使用户在操 作的时候上肢保持为自然的态。使用分离键盘且键盘与水平面成20夹角时，有 助于减少肌张力；即使夹角为13，仍能显著降
6、低肌肉负荷。1990年Thompson 等人的实验表明18夹角是最舒适的角度。因此分离式键盘与水平面之间的夹角 应该控制在18左右， 如图2 所示，同时应该做成可调式的，用户可以根据自己 的喜好自由的进行调节。用户双手置于这种跟水平面成一定夹角的键盘上时, 手处于最自然的状态,避免了手腕的屈伸以及手的桡偏和尺偏,同时大拇 指的动作不再是按压动作, 而是侧向的划拨动作,大大提高了大拇指的动作效 率。而且因为前四指的长度不同, 键盘的水平方向可以设计成内凹圆弧面, 使之 与手指摆放时的自然位置相适应。1.2 双手小指均负担过重及其解决方式小指力度最弱, 空间方位的判断能力差, 按标准操作法使用现行
7、标准键盘, 左手小指负担10 个键的操作, 右手小指负担的键达15 个之多,是十个手指中负 担键数最多的。由于小指作业往往造成整个手的外展角增大, 特别是敲击下缘或 边缘键时, 外展角最大, 手向外运腕达到极限甚需要移动前臂, 如图1 所示。这 就造成击键速度慢, 出错率高, 难以盲目定位, 易于疲劳等不良后果。特别是很 多使用频率和重要性都很高的键例如Back Space键被设计在远离J键的角落， 使用者在进行文本输入时经常误按成其邻近的键。在击键时右手被迫腾起,食指 离开基准键位。而在实际的作业过程中Backspace键的使用频率比回车键要高 4倍以上，这导致了敲击速度和正确率大大下降。同
8、样，Enter键的敲击也需要 右手食指离开J键，否则敲击成功率极低。Delete键的设计偏离J键更远。与 此同时拇指的作用被忽视了。实际上拇指的力度、空问方位的判断能力、活动速 度都是可以信赖的， 而且位置居中， 动作范围大， 单独动作能力强， 发挥拇指 的作用是减少小指压力的重要思路。此外， 空格键的键长太大， 浪费了键盘上宝 贵的空间。改进方式，分离之后的键盘Space键保持在原来位置，使用频率极高的Back Space键和Delete键根据其使用频率差异分别放置到Space键的旁边，Enter 键则放置到左右手大拇指很容易控制到的Space键的下方区域。Insert键则调 整到右手小指比
9、较容易控制的地方。这样就很好的解决了以上的问题。此外右手 所控制的Shift键使用频率较高而且需要与其它键同时按压，但是它偏离小指 较远，改进设计之后将其与“/”进行了调换。同样的道理，将Ctrl键调换到离 小指较近的地方。1.3 左右手的分工不合理及其解决方式一般情况下右手基本上需要包揽主键盘区中线以右的敲击任务，约占整个键 盘的2/3。编辑与定位键盘区占据了宝贵的键盘空间， 迫使右手需要频繁的离开 基准键位对这个区域进行操作。当需要在主键盘区和数字辅助键盘区之间进行切 换时， 右手需要跨过此区域， 跨越距离加长。以上种种原因导致右手操作效率低下。可以通过取消这个编辑与定位键盘区， 将这个区
10、域的按键分散到其它区域的方法很好地解决这个问题。因为左手控制的 按键相对较少，离开基准键位的机率相对较少。所以可以将PageUp、PageDown、 Home和End这四个键放置到左手食指控制区域，如图1所示。因为在数字键盘 区当NumLock灯为熄灭状态时同样可以实现上下左右四个方向键的功能，所以 可以将上下左右四个方向键调整到右手主键盘区的下方。这样右手在控制这几个 键时只需要在纵向方向上移动即可。整个右手在水平方向上的移动频率和距离也 会大大减少， 提高了操作的准确度和效率。1.4 操作键盘易疲劳及其解决方式现行标准键盘的设计， 没有考虑到手的支撑点问题， 使人手在操作时常常 处于悬腕状
11、态， 整个手臂都处于紧张状态， 这是产生疲劳和误操作等现象的主 要原因。如果长期或者频繁操作这种键盘， 就会造成腕腱组织劳损， 甚至导致忍 受丧失感觉能力等严重的电脑职业病。图2为了解决这个问题,腕托的配置是必不可少的（如图2所示） , 虽然市场上 有一部分键盘已经配置了腕托, 但是还有很多键盘并没有配置。而且, 市场上的 腕托大多数都是塑料制品，柔软程度不够。在腕部有23cm长的腕部通道，丰富 的血管、肌腱和神经都要从腕部通道穿过, 坚硬的支撑物与手腕的压迫和摩擦以 及手腕在敲击键盘时的频繁动作容易导致手腕神经损伤从而产生腕部通道症候 群以及肌腱炎等病症。因此腕托的材料最好采用较为柔软的材料
12、。2键盘的平面布局分析现在普遍使用的台式计算机键盘为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。普通QWERTY键盘的主键盘区、编辑与定位键盘区和数字辅助键盘区的 布局。许多键盘加大回车键的尺寸来方便敲击，却忽略了Backspace键,将其放置 在键盘主键区最右上角，该键键帽大小也只有12mmX14mm。由于Back Space键被 设计在远离J键的角落,使用者在进行文本输入时经常误按成其邻近的键。在击 键时右手被迫腾起，食指离开基准键位。这导致了敲击速度和正确率大大下降。 而在实际的作业过程中,Back S
13、pace键的使用频率比回车键要高4倍以上。所以此 键的改进设计是一个重点。传统键盘的编辑与定位键区设计在键盘中部偏右位 置。右手在操作鼠标时若要按这些键，要么右手放下鼠标操作后又返回点击鼠标， 要么左手伸到键盘右部来进行此操作。这使得操作起来极不方便。左右手的分工 也不尽合理，一般情况下右手基本上需要“包揽”主键盘区中线以右的敲击任务， 约占整个键盘的2/3。而且此键区也没有一个起定位作用的基准键位，操作时几乎 无法实现盲打。另外键位排列不够科学，定位键与编辑键的配合脱节，定位键与定 位键之间的配合也不方便。数字辅助键盘区提供给专门数字录入人员极大的操作方便性 ，却忽视了 “ =”键。用户在编
14、写程序或进行计算时，习惯将“ = ”键与“ +”、“ -”、 “3 ”、“/”等运算符联系在一起。而传统设计未将“ = ”键集中设计在数字 辅助键盘区上，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，降低了作业效率。在键盘的平面布局设计中运用人机工程学的知识,改进和完善键盘的宜人性 和舒适性。操作动作的合理性直接影响操作者的舒适性和工作效率。根据最节约 操作动作原则,提出以下几点改进。2.1 主键盘区分析手-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70 90,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半圆形 ，呈空
