空調(diào)遙控器人機系統(tǒng)設計與分析

何燦群 陳文婷 許雪純

摘要：從人機工程學的角度改良現(xiàn)有的空調(diào)遙控器，提出讓人更舒適、操作更便捷的空調(diào)遙控器設計方案。通過前期調(diào)查問卷和搜集資料等方法，對空調(diào)遙控器上關于按鍵、顯示屏、指示文字等方面的問題進行分析，參考我國成人人體主要尺寸，在遙控器外觀形狀、文字大小和字體、顯示屏呈現(xiàn)信息、電池殼及電池大小等方面設計。設計出更符合人機的空調(diào)遙控器三維模型。該模型可為符合人機的小型手持工具設計提供參考。

關鍵詞：手持工具;空調(diào)遙控器;人機;顯示區(qū);操作區(qū)

中圖分類號：TB472

文獻標識碼：B

文章編號：1003-0069（2020）03-0030-03

引言

目前空調(diào)已成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦胁豢扇鄙俚募译姰a(chǎn)品，而空調(diào)的操作使用主要依賴于空調(diào)遙控器。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，物質產(chǎn)品的日益豐富，單純滿足基本功能的空調(diào)遙控器已經(jīng)不再是消費者的首選，消費者更偏向于操作便捷、舒適并且美觀的空調(diào)遙控器。本文基于對人機工程學理論的應用，結合人體的生理學因素，分析其設計中的形態(tài)、按鍵、功能排布、信息顯示等方面的人機因素，致力于設計一款使用方便的空調(diào)遙控器。

一、遙控器現(xiàn)狀分析

隨著科技的發(fā)展，家居漸漸進入智能化，智能家居的遙控器逐漸成為人們生活中的一部分，研究者對遙控器的開發(fā)涉及到各個領域。

劉燕芯，馬文鐮，王子元從智能設計的角度，對遙控器進行創(chuàng)新設計，依據(jù)手機遙控APP和電視接口，將遙控器的功能單獨出來，將APP和新型遙控器重新組合之后，獲得新的操作體驗【1】。對于一般人群，尤其是經(jīng)常會被忽視的老人和小孩來說，這樣能與電視配套并高度同步的新型終端可以讓遙控器成為更加操作簡便，同時又現(xiàn)代化的交互設備。

黃健通過藍牙模塊化設計的介紹，還原了藍牙遙控器的實現(xiàn)過程，在系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面，發(fā)現(xiàn)與紅外遙控器相比，藍牙遙控器能夠在連接中斷時進行修正來維護正常運行，接收距離較長且可以不對準接收裝置，從而得出藍牙遙控器更具穩(wěn)定性[2]。

朱恒軍，劉真海針對傳統(tǒng)家里遙控器存在的多且雜，按鈕混淆不清的問題，設計了只用一款在Android系統(tǒng)下的智能遙控器就能控制這些設備的終端，使以后家用設備的發(fā)展更加智能化、方便化、人性化[3]。

余露，陳興等人結合遙控器主體蓋塑件的結構特點，設計了一模一腔單點點澆口三板式注塑模具。模具整體布局合理，機構結構設計新穎、動作可靠，有效地節(jié)省了模架使用尺寸，降低了模具生產(chǎn)制造成本，滿足了塑件的自動化生產(chǎn)要求【4】。

吳瓊基于單片機AT89C51、利用紅外遙控發(fā)射技術設計了一款空調(diào)紅外遙控器。對其系統(tǒng)結構框架、硬件部分等內(nèi)容進行介紹，最后通過系統(tǒng)仿真驗證設計的正確性和有效性【5】。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，開發(fā)者對遙控器的探究多關注遙控器功能的多樣性和智能性，而對于用戶使用遙控器的體驗本身關注較少，設計的產(chǎn)品缺少人性化的體現(xiàn)，且成本過高，操作過于復雜，受眾人群少。針對該方向研究的漏洞，本文以空調(diào)遙控器為例，運用人機工程學的理論展開研究。

二、人機工程學理論概述

人機工程學理論結合心理元素和生理元素，建立了人與產(chǎn)品之間和諧的關系。在保護人體健康的基礎上，綜合平衡人的各項機能，達到最大限度地去挖掘人的潛能或提高使用舒適度的目標【6】。

人機工程學理論指導產(chǎn)品設計時主要有以下幾個方面：（1）產(chǎn)品與人體的尺寸、形狀及用力是否配合;（2）產(chǎn)品是否順手和方便使用;（3）是否能防止使用者操作時意外的傷害和錯用時產(chǎn)生的危險;（4）各操作單元是否實用，各元件在安置上能否使其意義毫無疑問的被辨認;（5）產(chǎn)品是否便于清洗、保養(yǎng)及修理[6]。

根據(jù)以上人機工程學理論，本文以空調(diào)遙控器為產(chǎn)品設計實例，

從以下幾個主要方面研究并進行優(yōu)化設計。（1）從空調(diào)遙控器的形狀入手，運用人機工程學中關于人手握姿和使用習慣的理論，提高其操作舒適度。（2）從空調(diào)遙控器的按鍵及指示符號、文字入手，運用人機工程學中與誤操作和信息獲取兩方面相關的理論，降低人使用時操作失誤率，并使人能夠快速準確地獲取到自己需要的信息。（3）從空調(diào)遙控器的配色入手，運用人機工程學中關于視覺的基本特征理論，提高其操作辨識度。（4）從空調(diào)遙控器的其他要素入手，以人機工程學中的環(huán)境因素為主要研究點，充分考慮操作環(huán)境和操作習慣，使空調(diào)遙控器運作合理。

三、空調(diào)遙控器的形狀分析

市面上空調(diào)遙控器的形狀多為扁平長方體狀，形狀僵硬、不美觀。單手抓握遙控器時，一般用食指和中指，在遙控器背面有三個施力點，可以保證在握姿不變的情況下，大拇指接觸到所有的按鈕[7]。但這種姿勢會導致手抵住遙控器右下角，造成對人手部肌肉比較脆弱部分的擠壓，影響人手的靈活性和準確性。此外，大部分空調(diào)遙控器的尺寸大小設定不合理，操作區(qū)與顯示區(qū)的比例不協(xié)調(diào)。

人手的肌肉主要分3部分，指球肌、大小魚際肌、掌心及指骨間肌，如圖1。它們是手掌的減震器，起緩沖作用[6]。根據(jù)人手的生理學分析，遙控器形態(tài)應滿足：（1）人抓握時，應該以肌肉發(fā)達的部分作為主要受力點，握持穩(wěn)固;（2）人握持時避免掌心受壓;（3）人握持時，需要在握姿固定的情況下保證大拇指可以觸及按壓到所有的按鈕，因此可以加大或合并尾部棱角弧度[7]。（4）顯示區(qū)和操作區(qū)采用黃金分割比例。既能滿足功能區(qū)的尺寸，又能保證比例協(xié)調(diào)美觀。

將側視角度數(shù)值定為5°～10°的測量方案（圖2）：通過多人（各種人群）的數(shù)據(jù)測量，得出在按壓按鍵時指球肌切線與操作面的夾角臨界值為15°，出于對最佳舒適度的追求和各種人手尺寸的考慮，將角度定于折中值7°。

根據(jù)GB10000-88中我國成人人體主要尺寸可知，我國95%的成年男性手長在196mm以下，手寬在89mm以下，手掌長在102mm左右，95%的成年女性手長在183mm以下，手寬在82mm以下。當遙控器寬度在60mm以上時，手指的靈活性被過分限制，既不利于操作按鍵，也降低了握持的舒適程度。而遙控器過窄時，較多的功能按鈕使遙控器設計得過長，給單手操作帶來不便。因此，為方便握持及操作，遙控器的寬度應該在40～50mm[8]范圍內(nèi)。考慮到遙控器的重心，遙控器內(nèi)部電路板的重量較為均一，主要的重量和重心調(diào)節(jié)來自電池。電池殼豎直放置，容納電池的部分可設計成曲面樣式，整體由薄向厚過渡【9】，具體厚度參考內(nèi)部零件（電路板等）。

四、空調(diào)遙控器按鍵及指示符號、文字等細節(jié)分析

（一）按鍵和指示符號設計中存在的問題

通過前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有空調(diào)遙控器的按鍵和指示符號存在的問題如下：（1）采用矩形形狀，棱角影響人按壓時的舒適度;（2）很多遙控器為了設置更多的功能，盡可能縮小按鍵形態(tài)和按鍵間距，使人按壓時，幾乎只用到指肚的1/3，不容易操作;（3）沒有按照功能分區(qū)，常用鍵與不常用鍵混雜在一起;（4）按鍵的凸起高度影響著按鍵的反饋能力;（5）按鍵及指示符號的顏色、大小、形狀編碼上的偏差導致的誤操作[10];（6）指示符號的大小、字體、位置的偏差導致誤操作;（7）暗環(huán)境造成的誤操作。

（二）按鍵材料、功能以及布局分析

通過實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，硅膠材料具有成本低、成型一體化和反饋強的優(yōu)點，是遙控器按鍵的首選材料。根據(jù)調(diào)查反饋和遙控器功能要求，且考慮到使用頻率與使用順序等原則，對現(xiàn)有遙控器保留鎖定鍵和復位鍵，去除干燥—電輔熱鍵。因此遙控器按鍵最終確定為開關、模式、上下調(diào)溫鍵、風速、定時、上下掃風、左右掃風、健康/節(jié)能、溫度顯示、強勁、睡眠、靜音、復位、鎖定，共15個鍵。

而按鍵間距主要涉及到兩個方面：（1）左右間距。按壓按鍵時左右距離影響較小，且編排按鈕時是沿著周邊輪廓編排，中間所留距離較大，因此同一行按鍵相互影響不大。（2）上下間距。通過實際測量得到最終數(shù)據(jù)為6.9～8.5mm。測量方案如圖3所示，大拇指按壓鍵后，下一行鍵的高度所在水平線與指球肌的交點所在的垂直線和按壓鍵的水平距離。這個距離即為按鍵間距的最小值，避免上下兩行按鍵的誤操作。

（三）指示符號及文字分析

指示符號問題主要是內(nèi)容設置在顯示屏里面，包含文字和符號，顯示屏內(nèi)顯示得過多，不能快速準確獲得所需信息，如圖4。指示符號所在區(qū)有兩種主要形式，一種是指示符號設置在顯示屏里面，另一種則是設置在顯示屏外面。第一種設置方式包含文字和符號，乍看之下雜亂無章，主次不分，不能快速準確獲得所需信息。而設置在外面，分區(qū)明顯，顯示屏內(nèi)呈現(xiàn)的信息有重點且易辨別，所以選擇第二種設置方式。顯示區(qū)文字確定字體為黑體，與操作區(qū)字體一致。根據(jù)顯示屏的大小和文字與文字及顯示屏之間的間距及美觀性上的考究，選擇五號字;根據(jù)文字呈現(xiàn)信息的重要性來確定字體粗細;對信息顯示區(qū)（溫度顯示等）、文字、顯示屏三者之間的間隙統(tǒng)一，使顯示區(qū)內(nèi)容更美觀、易辨識。

按鍵的指示文字大小受到按鍵間距和功能分區(qū)的限制[11]，且文字與按鍵之間需留有間距，根據(jù)字體大小對照換算表（圖5），確定由上到下的字號為四號字、五號、小六，因文字較少，所涉及的辨識度和清晰度的問題不大，采用認可度最高的黑體[12]。

五、空調(diào)遙控器的其他設計要素分析

（一）紅外線定位燈的選擇和位置設置

紅外線遙控準確性強，十分耐用，且由于紅外線的不可穿透性，各個房間的空調(diào)可互不干擾，成了空調(diào)遙控器的首選。定位燈有兩種形式：一是不受方向限制，各個方向都可遙控。二是需要指示燈射出的紅外線直射空調(diào)才可遙控。考慮到用第一種方式操作，當平時不使用時，誤觸幾率較大（尤其對于兒童等人群），且對準空調(diào)遙控是人們的普遍使用習慣，因此選定第二種形式。根據(jù)人的操作習慣，拿起遙控器一般是“尾部對內(nèi)，頭部朝外”，所以紅外線定位燈設置在頭部最為恰當;又因為需要滿足遙控時準確度的要求，紅外線要直射空調(diào)，因此將紅外線定位燈設置在空調(diào)遙控器的頂部;再結合美觀需求，最終確定紅外線定位燈設置在遙控器頂部中央。

（二）電池殼的細節(jié)設計

由于空調(diào)遙控器尾部是收緊式，且背面設計有較大弧度，電池豎式安置更加合理。對于電池蓋的設計，考慮防滑和易拆裝等因素，應增加摩擦系數(shù)，與一般的橢圓形凹槽相比，將其設計成類似箭頭形狀，在取下電池殼時有指示性，且簡約美觀。考慮到電池殼拆裝次數(shù)過多時，會產(chǎn)生一些塑性毀壞，導致電池殼輕易脫落，應在電池殼的凹槽溝上安裝塑料條連接遙控器內(nèi)部，防止其意外脫落，又不妨礙電池的更換。

（三）主體和按鍵的配色

通過調(diào)查問卷和市面上大多數(shù)遙控器的配色發(fā)現(xiàn)，白色最受歡迎，并且用戶認同率高，受性別、年齡的影響小，因此主體定為白色。開關設為黃色，明視性好，能喚起注意。按鍵選擇硅膠材料，硅膠主要分為白色和黃色，由于字體是黑體，開關是黃色，按鍵白色可以在重要性上和開關區(qū)分，且黃色多用于警告信號等與之不匹配，所以選擇白色。且硅膠白色略偏黃，和遙控器的白底不會混淆，又可以使遙控器配色更加整體協(xié)調(diào)。

六、空調(diào)遙控器改良設計方案

（一）空調(diào)遙控器整體形狀設計

根據(jù)上述分析，在不影響操作的情況下，將遙控器背面尾部設計一個凸起的曲面，按照GB10000-88我國成人人體主要尺寸來調(diào)整弧度的位置和大小，采用尾部收緊式且加大尾部背面的弧度。另外使顯示面和操作面之間形成一定夾角。設計時要著重考慮分區(qū)的比例問題，采用黃金分割比例（（√5-1）/2）。背面為曲面，遙控器最厚為27mm，最薄為12mm，由最薄逐漸過渡到厚，且電池放置部位有專門凸出曲面，所以薄處可更薄。

（二）空調(diào)遙控器細節(jié)設計

根據(jù)通用的按鍵型號，實地測得按鍵高度高于遙控器操作平面1.9～3.1mm（不包括復位和鎖定等特殊按鈕）。根據(jù)選擇的人群（各個性別和年齡層），測試出按鍵間最小間距數(shù)據(jù)為6.9～8.5mm。根據(jù)按鍵間距確定字的大小，由上到下為四號、五號、小六，并且確定字體為黑體。文字設置在按鍵上方，按鍵時不會擋住指示文字。溫度調(diào)控鍵不采用指示文字方式，在內(nèi)部設置三角形狀凹槽，帶有方向指示性，且便于黑暗環(huán)境下使用【13】。最后，最主要的開關鍵放置于側方，在大拇指可活動范圍內(nèi)[7]，又不受其他按鍵干涉，如圖6。定位燈射出的紅外線對準空調(diào)，將其設置在遙控器頂部。鑒于人機要求安置豎式電池殼。在電池蓋上設計凹槽，并且?guī)в兄甘拘浴ｏ@示屏所在區(qū)域和操作區(qū)以黃金比例分割，其中顯示屏區(qū)域有效長度為48mm，操作區(qū)區(qū)域有效長度為77.6mm，標識所在區(qū)有效長度20mm，如圖7。指示符號設置在顯示屏外面。顯示區(qū)文字選擇黑體5號字。遙控器主體設為白色，開關設為黃色，按鍵選擇乳白色，如圖8。

總結

本文根據(jù)人機工程學在產(chǎn)品設計中的應用原則，對經(jīng)典款的空調(diào)遙控器進行了具體的分析，發(fā)現(xiàn)其存在的問題。根據(jù)前期調(diào)查問卷的反饋結果，綜合不同年齡階層、不同性別的用戶對空調(diào)遙控器的使用情況，對空調(diào)遙控器的外形、按鍵、顯示屏、電池殼、紅外線定位燈等進行人機分析和改良，設計出一款操作簡潔、舒適而又美觀的空調(diào)遙控器，如圖9。但該方案也有不足之處，因外形是雙曲面，成型加工較難，成本較高，希望在后期的探索中能設計出性價比更高且舒適的空調(diào)遙控器。

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