人機(jī)工程論文鍵盤(pán)改進(jìn)

1、關(guān)于鍵盤(pán)的人機(jī)工程學(xué)研究 1、鍵盤(pán)的平面布局 現(xiàn)狀：現(xiàn)在普遍使用的臺(tái)式計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)為1997年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)QWERTY鍵盤(pán),由主鍵盤(pán)區(qū)、F鍵功能鍵盤(pán)區(qū)、編輯與定位鍵盤(pán)區(qū)和數(shù)字輔助鍵盤(pán)區(qū)組成。圖1所示為普通QWERTY鍵盤(pán)的主鍵盤(pán)區(qū)、編輯與定位鍵盤(pán)區(qū)和數(shù)字輔助鍵盤(pán)區(qū)的布局。缺點(diǎn)：許多鍵盤(pán)加大回車(chē)鍵的尺寸來(lái)方便敲擊,卻忽略了Back、Space鍵,將其放置在鍵盤(pán)主鍵區(qū)最右上角,該鍵鍵帽大小也只有12mm×14mm。由于Back Space鍵被設(shè)計(jì)在遠(yuǎn)離J鍵的角落,使用者在進(jìn)行文本輸入時(shí)經(jīng)常誤按成其鄰近的鍵。在擊鍵時(shí)右手被迫騰起,食指離開(kāi)基準(zhǔn)鍵位。這導(dǎo)致了敲擊速度和正確率

2、大大下降。而在實(shí)際的作業(yè)過(guò)程中,Back Space鍵的使用頻率比回車(chē)鍵要高4倍以上。所以此鍵的改進(jìn)設(shè)計(jì)是一個(gè)重點(diǎn)。傳統(tǒng)鍵盤(pán)的編輯與定位鍵區(qū)設(shè)計(jì)在鍵盤(pán)中部偏右位置。右手在操作鼠標(biāo)時(shí)若要按這些鍵,要么右手放下鼠標(biāo)操作后又返回點(diǎn)擊鼠標(biāo),要么左手伸到鍵盤(pán)右部來(lái)進(jìn)行此操作。這使得操作起來(lái)極不方便。左右手的分工也不盡合理,一般情況下右手基本上需要“包攬”主鍵盤(pán)區(qū)中線以右的敲擊任務(wù),約占整個(gè)鍵盤(pán)的2/3。而且此鍵區(qū)也沒(méi)有一個(gè)起定位作用的基準(zhǔn)鍵位,操作時(shí)幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)盲打。另外鍵位排列不夠科學(xué),定位鍵與編輯鍵的配合脫節(jié),定位鍵與定位鍵之間的配合也不方便。數(shù)字輔助鍵盤(pán)區(qū)提供給專(zhuān)門(mén)數(shù)字錄入人員極大的操作方便性,卻

3、忽視了“=”鍵。用戶(hù)在編寫(xiě)程序或進(jìn)行計(jì)算時(shí),習(xí)慣將“=”鍵與“+”、“-”、“3”、“/”等運(yùn)算符聯(lián)系在一起。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)未將“=”鍵集中設(shè)計(jì)在數(shù)字輔助鍵盤(pán)區(qū)上,用戶(hù)在輸入時(shí)不得不從數(shù)字輔助鍵盤(pán)區(qū)“跳躍”至主鍵盤(pán)區(qū)尋找“=”鍵,降低了作業(yè)效率。（圖1：qwerty鍵盤(pán)）1. 鍵盤(pán)的形狀用戶(hù)在進(jìn)行鍵盤(pán)作業(yè)時(shí),雙手放置在基準(zhǔn)鍵位上用以定位。按照人的坐姿生理學(xué)特征,這種姿勢(shì)下兩食指間距約57mm。而且人手的小指較短使得操作者為了保持“正確操作姿勢(shì)”而將肘關(guān)節(jié)外展,前臂內(nèi)旋,掌部?jī)?nèi)轉(zhuǎn)。而鍵盤(pán)的鍵面處于同一平面上,即使底部的支撐腳展開(kāi)給予角度補(bǔ)償,使用者在較短時(shí)間內(nèi)也感覺(jué)到肩頸酸痛、手腕疲勞。另外,鍵盤(pán)在

4、形狀、大小、色彩及其布置方面也沒(méi)有達(dá)到“物”與“人”的各種功能的最優(yōu)化,需要改進(jìn)以創(chuàng)造出與人的生理、心理機(jī)能更諧調(diào)的鍵盤(pán)。2. 鍵盤(pán)的顏色目前鍵盤(pán)的顏色大多數(shù)是以黑色為底，白色為字。但是每個(gè)鍵的顏色都相同，區(qū)分度不大，我認(rèn)為可以把相同功能，或者常用的幾個(gè)鍵設(shè)計(jì)成同種顏色以使認(rèn)識(shí)更加直觀。4.個(gè)性化的鍵盤(pán)為了適應(yīng)和滿(mǎn)足不同人群的需要，許多廠家還設(shè)計(jì)了富有個(gè)性的鍵盤(pán)，這次我將例舉一些突出的作品并加以分析。三、分析和解決問(wèn)題：1.鍵盤(pán)的平面布局對(duì)于鍵盤(pán)的平面布局，人們做出了兩方面的改進(jìn)，一方面是改變大體上的形狀和位置；另一方面是通過(guò)改變鍵位實(shí)現(xiàn)提速?，F(xiàn)在先介紹第一種改進(jìn)方法：在鍵盤(pán)的平面布局設(shè)計(jì)中運(yùn)

5、用人機(jī)工程學(xué)的知識(shí),改進(jìn)和完善鍵盤(pán)的宜人性和舒適性。操作動(dòng)作的合理性直接影響操作者的舒適性和工作效率。根據(jù)最節(jié)約操作動(dòng)作原則,提出以下幾點(diǎn)改進(jìn)設(shè)計(jì)。主鍵盤(pán)區(qū)手-鍵盤(pán)界面最自然的姿勢(shì)為上臂從肩關(guān)節(jié)自然下垂,與前臂之間夾角7090°,以保證作業(yè)時(shí)肘關(guān)節(jié)受力而不是上臂肌肉受力;還應(yīng)保持手和前臂呈一直線,腕部向上不得超過(guò)20°,腕外展不超過(guò)15°雙手向內(nèi)相向交叉成6070°,手指自然彎曲,同手掌一起構(gòu)成一個(gè)半圓形,呈空握球狀;兩手掌間距約100280mm。設(shè)計(jì)主鍵盤(pán)區(qū)沿中心線各自左右分開(kāi),兩基準(zhǔn)定位鍵之間距離約80100mm(見(jiàn)圖2)。（圖2主鍵盤(pán)區(qū)整體布局圖3

6、主鍵盤(pán)區(qū)的部分按鍵布局圖） 左右兩片對(duì)稱(chēng)中心線傾斜15°,且中部稍高,向外部順勢(shì)成一定傾角傾斜,可以有效避免肘關(guān)節(jié)外展、手掌內(nèi)旋、手指橈偏等引起的肌肉緊張與疲勞。同時(shí)這也可以提高點(diǎn)擊正確率,初級(jí)用戶(hù)可以有效避免中心線上臨界鍵(如5與6,T與Y,G與H等)的誤操作。Back Space鍵和Insert鍵原空格鍵按主鍵盤(pán)左右分區(qū)分開(kāi)后,左空格鍵功能不變,將右空格鍵(即右手大拇指控制鍵)設(shè)計(jì)成Back Space鍵,見(jiàn)圖3。運(yùn)用重復(fù)功能有效分割原理,既基本保持了傳統(tǒng)鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)風(fēng)格,滿(mǎn)足用戶(hù)作業(yè)心理習(xí)慣;又極大提高了Back Space這個(gè)重要鍵的操作有效性。改進(jìn)后的敲擊動(dòng)作右手無(wú)須移動(dòng),而

7、且敲擊速度和準(zhǔn)確率能夠大大提高。用戶(hù)在半天內(nèi)能基本熟練盲打這個(gè)鍵。綜合考慮整個(gè)鍵盤(pán)布局,“Insert”鍵的使用率較低,改放在原“Back Space”鍵的位置。編輯定位鍵區(qū)和數(shù)字輔助鍵區(qū)重新布局編輯與定位鍵區(qū),見(jiàn)圖4。將“”鍵設(shè)置為該鍵區(qū)的基準(zhǔn)鍵位,與數(shù)字輔助鍵區(qū)的基準(zhǔn)鍵排列在同一直線上,以符合左右手的對(duì)稱(chēng)動(dòng)作習(xí)慣。Delete鍵移至基準(zhǔn)鍵的下方,“Home”、“End”、“Page Up”、“Page Down”4個(gè)鍵對(duì)稱(chēng)橫向排列,定位鍵之間的配合良好。結(jié)合每個(gè)鍵的功能,在轉(zhuǎn)換鍵位時(shí)只須手指(食指和無(wú)名指)之間切換,改變了原來(lái)作業(yè)手腕的豎向移動(dòng)。“Print Screen Sys Rq”、

8、“Scroll Lock”、“Pause Break”3個(gè)鍵照舊對(duì)應(yīng)放置。改進(jìn)后的數(shù)字輔助鍵區(qū)見(jiàn)圖5,將“+”鍵拆分為“+”、“-”鍵,在原來(lái)“-”鍵的位置插入“=”鍵。（圖4編輯與定位鍵區(qū)布局示意圖圖5數(shù)字輔助鍵盤(pán)區(qū)布局示意圖）同時(shí)將編輯定位鍵區(qū)和數(shù)字輔助鍵區(qū)沿鍵盤(pán)中心線對(duì)稱(chēng)分布在主鍵盤(pán)區(qū)的左右兩邊。與這種改進(jìn)方法相對(duì)應(yīng)的是直接改變以往qwerty鍵位布局的第二種改進(jìn)方法：不為大多數(shù)人所知，qwerty型鍵位最初是從打字機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)始的，由于當(dāng)時(shí)機(jī)械工藝不夠完善，使得字鍵在擊打之后的彈回速度較慢，一旦打字速度太快，就容易發(fā)生兩個(gè)絞在一起的現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響了打字速度。因此而誕生的qwerty鍵

9、位，就帶有了“在不至于卡住的前提下盡量提高打字速度”的目的，所以速度并不是這種鍵位的專(zhuān)長(zhǎng)。時(shí)代不斷進(jìn)步，技術(shù)上的難題被一個(gè)個(gè)攻破，由此產(chǎn)生了兩種新型的鍵位布局，他們分別是duorak鍵盤(pán)和malt鍵盤(pán)。duorak鍵盤(pán)1930年奧格斯特·多冉柯(August Dvorak)發(fā)明了一種比QWERTY更優(yōu)越的DUORAK鍵盤(pán)系統(tǒng)，將9個(gè)最常用的字母放在鍵盤(pán)中列。這種設(shè)計(jì)使打字者手指不離鍵就能打至少3000多個(gè)字。而QWERTY只能做到50個(gè)字。DUORAK是通過(guò)減少手指的運(yùn)動(dòng)量來(lái)降低工作強(qiáng)度、提高工作效率的。使用DUORAK，打字者的手指平均每日運(yùn)動(dòng)1英里，而QWERTY則是12到20英

10、里。二戰(zhàn)期間，奧格斯特·多冉柯曾集合14位海軍打字員練習(xí)DUORAK，1個(gè)月后，他們的速度驚人地提高了68%。DUORAK鍵盤(pán)讓右手負(fù)擔(dān)56%的工作；最有力的手指工作量最大；70%的打字工作是在中列進(jìn)行而不必移動(dòng)手指。但當(dāng)時(shí)正逢二次大戰(zhàn)，作戰(zhàn)物資缺乏，這種新鍵盤(pán)還沒(méi)問(wèn)市就停產(chǎn)了。作為一種先進(jìn)的鍵位設(shè)計(jì)，windows本身已將其列入，現(xiàn)在任何一臺(tái)電腦上都可以使用，方法簡(jiǎn)介如下：打開(kāi)“控制面板鍵盤(pán)”，進(jìn)入“輸入法區(qū)域設(shè)置”選項(xiàng)卡，接著單擊“添加”按鈕，將“輸入法區(qū)域設(shè)置”設(shè)置為“英語(yǔ)（美國(guó)）”，并在“鍵盤(pán)布局/輸入法”欄內(nèi)找到“美國(guó)英語(yǔ)-DUORAK”。確認(rèn)后，按鍵位置全變了?，F(xiàn)在你完全

11、有資本提升自己的英文打字速度了。當(dāng)然在成功前仍需花時(shí)間重新適應(yīng)新的系統(tǒng)并進(jìn)行耐心訓(xùn)練。malt鍵盤(pán)比DVORAK鍵盤(pán)更先進(jìn)一步的是理連·莫特(Lillian Malt)發(fā)明的MALT鍵盤(pán)。MALT鍵盤(pán)布局它改變了原本交錯(cuò)的字鍵行列，并使拇指得到更多使用、使“后退鍵”（Backspace）及其他原本遠(yuǎn)離鍵盤(pán)中心的鍵更容易觸到。但MALT鍵盤(pán)需要特別的硬件才能安裝到電腦上，所以也沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。2. 鍵盤(pán)的形狀外形設(shè)計(jì)根據(jù)鍵盤(pán)的平面布局分析來(lái)進(jìn)行其外形設(shè)計(jì)。主鍵盤(pán)區(qū)沿其中心線左右對(duì)稱(chēng)傾斜15°,外緣采用圓角、圓弧過(guò)渡。而由于在操作編輯定位鍵區(qū)和數(shù)字輔助鍵區(qū)時(shí),手已經(jīng)能夠基本處

12、于自然狀態(tài),故其平行于中心線設(shè)計(jì),但應(yīng)與主鍵盤(pán)區(qū)的布局協(xié)調(diào)。側(cè)面在保持原有梯度的基礎(chǔ)上,依照手的自然彎曲弧線設(shè)計(jì)成大弧度斷面,與腕托渾然一體。腕托的設(shè)計(jì)應(yīng)與腕部弧線吻合良好,給手恰到好處的支撐。定位鍵及細(xì)部設(shè)計(jì)4個(gè)基準(zhǔn)鍵位“”、“F”、“J”和“5”的定位標(biāo)識(shí)改用與手指指尖弧線相吻合的凸起。空格鍵、Back Space鍵、Enter鍵、Shift鍵等稍大尺寸鍵內(nèi)置平衡桿,減少?gòu)椥圆町惡突蝿?dòng)。“待機(jī)”、“喚醒”和“電源”3個(gè)特殊功能鍵采用其他設(shè)計(jì)風(fēng)格,圖6所示為一種方案,用以增添整體的活潑性,但要與整個(gè)鍵盤(pán)設(shè)計(jì)風(fēng)格吻合。（圖6 3個(gè)特殊功能鍵）3. 鍵盤(pán)的顏色色彩設(shè)計(jì)應(yīng)符合人的習(xí)慣,整個(gè)鍵盤(pán)的顏

13、色數(shù)目不超過(guò)5-7個(gè)。鍵盤(pán)底板主體顏色風(fēng)格應(yīng)與顯示器、機(jī)箱等外設(shè)相互搭配。而各鍵區(qū)又可在色彩方案上合理布局,增添鍵盤(pán)的活潑性和易讀性。4個(gè)基準(zhǔn)鍵位采用桔黃色醒目標(biāo)識(shí),米白色主鍵盤(pán)區(qū)搭配淺紫色編輯定位鍵區(qū)和數(shù)字輔助鍵區(qū),F鍵功能鍵區(qū)淺藍(lán)色搭配特殊功能鍵。4. 個(gè)性化的鍵盤(pán)（1）虛擬激光鍵盤(pán)這個(gè)激光裝置可以在桌面或其他合適的介質(zhì)上投射出一個(gè)虛擬的鍵盤(pán)，然后把你手指的移動(dòng)翻譯并傳遞給你的掌上電腦或任何你連接在這個(gè)激光裝置的設(shè)備。這款港陸創(chuàng)科有限公司研制的激光鍵盤(pán)的表現(xiàn)和其他普通鍵盤(pán)類(lèi)似，它利用基于光電識(shí)別原理技術(shù)可以使用戶(hù)在敲擊激光投射的虛擬鍵盤(pán)的時(shí)候，產(chǎn)生一種和敲擊真實(shí)的鍵盤(pán)一樣的聲音。（2） 手

14、腕鍵盤(pán)L3公司開(kāi)發(fā)了可以戴在手腕上的電腦鍵盤(pán)和可以穿戴的計(jì)算機(jī)設(shè)備。由于具有完全的密封性，使它可以在雨中和其他嚴(yán)酷的環(huán)境中正常操作。彎曲的背面可以使手腕鍵盤(pán)安全舒適的放置在手腕上。（3） 單手鍵盤(pán)這款外型怪異的鍵盤(pán)是為那些只能單手操作鍵盤(pán)的人設(shè)計(jì)的。這些外型和字母都非常奇特的安排是經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究過(guò)的，它想法設(shè)法使你可以迅速而舒適的觸摸到所有的按鍵。Maltron單手鍵盤(pán)已經(jīng)被很多操作者證明可以達(dá)到每分鐘85個(gè)字的文字錄入速度。左手和右手的單手鍵盤(pán)都有售。（4） 可隨意組合的鍵盤(pán)厭倦了你鍵盤(pán)上傳統(tǒng)布局了嗎？想擁有一種布置更加便于輸入的鍵盤(pán)嗎？這款隨心所欲鍵盤(pán)可以保證你按照你所希望的任何方式去布置你的鍵盤(pán)，對(duì)于編程人員和游戲玩家來(lái)說(shuō)真是太完美了。這款名叫DX1系統(tǒng)的鍵盤(pán)，可以用來(lái)玩游戲、編程、制作photoshop，并且它可以隨心所欲的布置每一個(gè)按鍵。結(jié)語(yǔ)：通過(guò)這次對(duì)鍵盤(pán)的人機(jī)工程學(xué)研究，我了解到了很多以前不知道的鍵盤(pán)知識(shí)，掌握了