基于人機工程學的分離式鍵盤設計

摘要：運用人機學原理，結(jié)合手的解剖學特點、坐姿生理學等學科知識對鍵盤進行改進設計，對按鍵設計、形態(tài)顏色、手枕和鍵盤的總體布局都進行了重新設計，提出了分離式鍵盤的設計方案。

關鍵詞：分離式；鍵盤；人機工程學

引言

鍵盤是最常見的計算機輸入設備，它廣泛應用于微型計算機和各種終端設備上。計算機操作者通過鍵盤向計算機輸入各種指令、數(shù)據(jù)，指揮計算機的工作。計算機的運行情況輸出到顯示器，操作者可以很方便地利用鍵盤和顯示器與計算機對話，對程序進行修改、編輯、控制和觀察計算機的運行。

人機工程學運用人體測量學、生理學、心理學和生物學以及工程學等學科的研究方法和手段，綜合地進行人體結(jié)構、功能、心理以及力學等問題研究的學科[1]。

鍵盤設計的合理與否已經(jīng)成為影響電腦使用和人類健康的一個因素。而在鍵盤的設計中人機工程學作為一個重要的設計依據(jù)正在被越來越重視和研究[2]。

1 鍵盤布局設計

1.1 主鍵盤鍵位布局設計

目前為止，按照鍵盤的布局可以分為四類：QWERTY鍵盤、DVORAK鍵盤、MALT鍵盤和ABCD鍵盤[3]，這四種鍵盤在易學性、速度、健康和成本方面各有不同。

從人機工程學看，ABCD排列的鍵盤比傳統(tǒng)標準鍵盤具有較大的優(yōu)勢：

（1）鍵位的編排更有益于手指的自然運動；（2）鍵位按字母順序排列更容易讓人找到各字母的位置；（3）這樣的排列可以使整個鍵盤更加小巧實用。

基于人機工程學的分離式鍵盤的設計理念是鍵盤字母按字母順序排列，增加易學性。ABCD鍵盤左手和右手使用很對稱；且小指幾乎不用來敲擊字母，而且各行使用的頻率很平均，都在30%左右。

1.2 空格鍵、Backspace鍵和Delete鍵的布局設計

在某種程度上，由Backspace鍵、Enter鍵和右Shift鍵三個常用按鍵引起的右手腕的扭曲比左手字母區(qū)域引起的左手腕的扭曲，對用戶的健康傷害更大。

為了考慮到大拇指的使用頻率以及空格鍵、Backspace鍵和Delete鍵的使用便捷性，將空格鍵分成三部分：左邊Delete鍵，中間是空格鍵，右邊是Backspace鍵。這樣可以提高大拇指的使用頻率，降低小拇指的使用頻率，同時可以減少手指按鍵的距離，如圖1所示。

圖1 空格鍵、Backspace鍵和Delete鍵的布局示意圖

1.3 編輯定位區(qū)的布局改進

1.3.1 將編輯鍵的形狀變?yōu)閳A柱性，因為其使用頻率不高，所以將其放置在鍵盤的右上角與功能鍵在同一位置上，這樣不光可以縮小鍵盤的尺寸，同時也增加了鍵盤的多樣性，見圖2所示。

圖2 編輯鍵的布局圖

1.3.2 將光標鍵的位置移到主鍵盤的中間位置，將其分配給靈活的左右食指，其中，左手食指負責向上“↑”，向下“↓”和向左“←”的鍵；右手食指負責向上“↑”，向下“↓”和向右“→”的鍵。這樣的設計可以適用于任何人，無論使用者是左撇子或者是右撇子都不會在使用過程中感覺到不便，而且提高了使用者的工作效率，見圖3。

2 按鍵設計

鍵盤開發(fā)最重要也最難的部分是鍵按下時的感覺。需要從按鍵鍵面端面、鍵帽表面弧度、鍵程和鍵間距這幾個方面來分析和設計[4]。

2.1 按鍵鍵帽端面的尺寸設計

參照國標GB10000-1988《中國成年人人體尺寸》的手部尺寸這里可以按照人體百分位數(shù)選擇原則[5]。選用男女50百分位數(shù)人體尺寸的平均值設計，基于食指分析得出鍵帽端面的尺寸取值為15mm，相鄰鍵帽端面之間的距離為6mm，保證在正常敲擊鍵盤時不會同時按下2個鍵，提高擊鍵的準確性。

2.2 按鍵鍵帽表面弧度的設計

按鍵鍵帽表面弧度的設計原則應是和手指尖的弧度相吻合，這樣才能保證操作時的觸感。正確的按鍵方式是手指尖用力方向與按鍵的正方垂直，鍵帽的受力方向向下，為了保證這一點，前、后排鍵都應略微翹起。根據(jù)不同手指的表面弧度來設計按鍵的弧度，大拇指的弧度基本將近170°，小指的弧度將近150°，其它三個手指相差不大將近165°。

2.3 鍵程的設計

鍵程定位3.5mm～3.8mm，這樣的鍵程，有利于減少敲擊按鍵時的噪音，達到“靜音”效果。

3 整體設計

3.1 鍵盤的顏色設計

選擇色彩較明朗、明度較高的“輕”色。米白色主鍵盤區(qū)搭配淺紫色為左手的按鍵，淺藍色為右手按鍵，基準鍵為橘黃色，方向鍵為紅色，其他按鍵因為不經(jīng)常使用，定為灰色，所有按鍵上的字符為黑色。

3.2 鍵盤手枕的設計

手枕的位置在距離鍵盤近體端約20mm處的鍵盤墊上，設計一段與鍵盤基準排鍵位最高點相平齊的凸臺，凸臺的縱向截面弧度與手掌處相吻合，枕的長度應和人的手掌寬度相當，如圖4所示。

圖4 鍵盤手枕的三維圖

3.3 鍵盤的整體設計

利用Pro/E軟件，繪制出基于人機工程學的分離式鍵盤的三維模型圖，如圖5所示。

圖5 鍵盤的整體三維圖

4 結(jié)束語

在鍵盤的鍵位布局上面，進行了大膽的嘗試，改變了字母的排列順序，采用ABCD的排列方式，甚至改變了鍵盤字母排列的形狀。對于辦公中常用到的Backspace鍵和Delete鍵，將其移動到了主鍵盤，并分配給了左右手大拇指；四個光標鍵也進行了重新布局，移動到主鍵盤的中部，也是考慮到辦公者輸入文字時的需求，其目的是提高工作質(zhì)量和工作效率；同時對鍵盤的手枕和支架也進行了一系列的改進與創(chuàng)新。

對于整個鍵盤，采用了分離式的設計思想，即輔助鍵盤（數(shù)字鍵盤）與主鍵盤相分離，數(shù)字鍵盤可根據(jù)不同使用者的習慣放置于主鍵盤左邊或右邊，這樣就保證了“左、右手優(yōu)勢者”的設計思想。

參考文獻

[1]賴維鐵.人機工程學[M].第二版，武漢：華中科技大學出版社，2005.

[2]王繼成.產(chǎn)品設計中的人機工程學[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[3]Bafmonjay.鍵盤分類網(wǎng)[DB/OL].http://zhidao.baidu.com/question/488

17789.html.

[4]惠道ABCD鍵盤網(wǎng)[DB/OL].http://www.kindtao.com/chinese/ABCD

-keyboard.htm.

[5]丁玉蘭.人機工程學[M].第三版，北京：北京理工大學出版社，2005.

作者簡介：吳晟，單位：南京理工大學泰州科技學院，職稱：講師，職務：工業(yè)工程專業(yè)教師。1