手握式工具的分析、改良及人機研究

龔俊睿

摘要：隨著社會的發展、科學技術的進步、產品的更新換代以及生活節奏的加快等一系列社會與物質的因素，使人們在享受生活的同時，更加注重產品的人性化設計。作為人體雙手的延伸，手握式工具可以提高人們的工作效率，幫助人類擴大作業范圍等等。手握式工具的尺寸、形狀、材質、結構、手柄形狀等都會影響到操作者的握力程度和舒適性。本文通過對設計優良的抓握式工具（生活中常見的物品）的分析以及對人體手部的剖析，獲取相應的手表面壓力分布情況，對抓握時手部舒適度進行分析，從抓握式工具的尺寸、顏色等方面著手，對日常生活中的部分產品進行改良設計，也對手握式工具之后的改良設計有著重要意義。

關鍵詞：人機工程學；手握式工具；設計特性

手在人的日常生活中，是使用工具等進行一系列社會活動的最主要載體，所以，產品設計的缺陷或者手柄的人機尺寸不合適，就會對手部造成傷害。手部的組織構成相當復雜，按骨骼可以分為腕骨、掌骨和指骨三部分，骨骼之間由關節連接，肌肉在骨骼之上，隨著各關節之間的轉動，手部的姿態也在發生相應的變化。手部的主要運動狀態有三種：旋轉、伸縮和抓握。而手的抓握姿勢一般又分為完全抓握和不完全抓握，如果手完全抓住物體，或大部分抓握都被稱為完全抓握，其它的抓握姿勢都屬于不完全抓握。抓握工具的動作又可以分為著力抓握和精確抓握，著力抓握一般手指和手掌同時用力，而精確抓握一般只有手指用力。

手握式工具的一般設計原則是：必須有效地實現預定的功能；與操作者本身成適當比例，使操作者擁有最大的使用效率；作業姿勢之后不會引起過度疲勞。良好的手握式工具能避免靜肌負荷手臂自然下垂；能保持手腕處于順直的狀態；能避免掌部組織受壓力；還能避免手指進行重復動作。手握式工具一般都設有把手或手柄來方便人們抓握，經過調查測量，把手的設計參數一般如下：直徑在著力抓握狀態下為30—40mm，精密抓握8—16mm；長度為100—125mm；彎角10度左右，形狀有圓角為最佳，在這種參數狀態下，人類使用抓握工具時是最舒適的狀態。如果工具的設計不合理，會對掌部和手部造成很大的壓力，影響血液循環，引起局部缺血，感到麻木、刺痛感。同時，手柄把手的著力方向不能始終集中于掌心，如果掌心長期受到重物壓迫或是把手一直勒手，會引起局部痙攣或疲勞感，所以，手柄的形狀應避免緊貼手部，特別是掌心部分，應減少與手部的摩擦和對手部的壓力。經過調查發現，起伏不平的圓角式手柄的抓握舒適度最好，這種形狀的設計比較適用于公交車上的站立人群扶手等需要長時間抓握的人類。

日常生活中，比較常用的帶有把手的設計有吹風機、梳子、刀把、淋雨花灑噴頭、電熨斗、門把手、茶壺、方向盤等等。以梳子為例，有手柄的梳子更符合人機原理，人的腕部形態分為撓側偏、尺側偏、背側偏、掌側偏和正中，在人體最放松的狀態時，就是正中狀態，腕關節最放松，所以，在梳子的把手與使用部分彎曲10度左右，舒適度最佳，也比較容易操作；測試發現，片狀，寬度為32mm長度95mm的梳子手柄可以滿足人們抓握的最舒適狀態，在梳齒和梳柄之間增加一個圓弧狀設計，可以減輕梳子對手部肌肉的壓迫，也解決了女性在梳頭時有手指需要抓頭發時的不便之處。

電吹風機作為常用的手握式工具，也有槽點可說。長頭發女性在吹頭發時手腕需要轉動多個方向，一般的吹風機手柄可折疊只是為了節約空間方便攜帶，可固定點只有完全折疊時和完全展開兩個點，在吹頭發的時候還是只有一個抓握角度。在經過多次嘗試之后，發現，把吹風機的吹風口和手柄的尾部之間用近似“U”型的形狀來作為吹風機的手柄，“U”型的開口略大一些，手柄的粗細程度要略細于吹風機出風口一端。這樣，在抓握進行吹頭發的時候，手可以在手柄的圓弧上找到不同的著力點，吹風機也就有了相對應的吹風方向。這樣的設計，還可以將吹風機的“U”型手柄放在任何平放的表面上，解放了雙手，可以邊吹頭發邊梳理頭發或者刷牙等進行別的活動?！癠”型開口的設計也為吹風機的放置節約了空間，人們在抓握的同時，擁有多個著力點，手柄對手部的壓力也就沒有那么大。

對于刀具的把手，不論刀具的大小或是功能，人體在使用刀具的過程中所抓握的部位，必須嚴格遵守人機工程學的原則。刀把應設計出四處連接著的弧形的周長不等的斷面，使人手在抓握的時候，手的各個部位都與刀把緊密的貼合在一起，這樣不僅不易產生疲勞，又不容易使刀打滑脫落或打滑傷到手指。

總的來說，人性化設計的手握式工具，一般都沒有比較尖銳的邊角，降低對手部的平均壓強，都不會使胳膊、小臂和手腕產生過度勞累酸痛感。在設計的時候，應將受力點分布在肌肉較豐富的部位，使手柄被握部位與掌心和指骨間留有些許空隙，這樣能改善這兩個部位的集中受力的狀態。在今后的使用工具過程中，如果有遇到設計不合理使自己感到不舒適的地方，不妨自己動手在手柄處增加一個有斷面的圓弧狀把手，起碼能在短時間內給自己的手部來個簡單的放松。

【參考文獻】

[1]丁玉蘭.人機工程學[M].北京理工大學出版社，1991.

[2]華爾天，謝質彬.產品的人機特性評價研究[M].中國機械工程，1999（增刊）.

[3]田菊霞.正常人體結構[M].北京高等教育出版社，2008.

[4]張陽.手指力量的神經肌肉調節機制初步研究[D].碩士學位論文.重慶大學，2011.

[5]張宏林.人因工程學[M].北京，2005.