基于Tekscan系統(tǒng)測量不同手把的受力狀況研究

摘要：

在現(xiàn)代日常生活中，有關(guān)手把的造型設(shè)計(jì)越來越多，形態(tài)設(shè)計(jì)成為手把設(shè)計(jì)的主要拓展方法。本文利用Tekscan測量系統(tǒng)，測量手把的形狀及材質(zhì)的壓力分布，為手把特征分析提供了更深更廣意義的理解，同時(shí)為手把設(shè)計(jì)提供一種新的形態(tài)重構(gòu)方法，為研究設(shè)計(jì)更加人性化的手把提供相關(guān)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：

手把 Tekscan 壓力分布 人性化

中圖分類號(hào)：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2015）01-0100-03

1 前言

手把是指器物上供手執(zhí)握之處、或指扶手。其材質(zhì)可分為塑料、五金、木制、繩制、皮制、合金等其應(yīng)用范圍非常廣泛，近乎無處不出現(xiàn)在人們的視線中，為人們的生活、工作等方面提供了諸多便利。本研究擬利用Tekscan測量系統(tǒng)，測量手把的形狀及材質(zhì)的壓力分布，為研究設(shè)計(jì)出更加人性化的手把提供相關(guān)依據(jù)。經(jīng)查閱CNKI相關(guān)文獻(xiàn)，以“Tekscan系統(tǒng)測量”為內(nèi)容的檢索條件，目前，只有4篇相關(guān)的研究成果。而未見有利用Tekscan系統(tǒng)測量不同手把力學(xué)分析研究的相關(guān)研究文獻(xiàn)。因此可認(rèn)為，本研究選題對手把人性化的設(shè)計(jì)將具有一定的理論研究參考價(jià)值。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

大學(xué)生男、女共10人，10位正常成年人，無運(yùn)動(dòng)神經(jīng)類疾病，在6個(gè)月里，身體均無出現(xiàn)扭傷、運(yùn)動(dòng)損傷、斷裂等影響運(yùn)動(dòng)功能的傷病，在48 h之內(nèi)沒有進(jìn)行過劇烈的運(yùn)動(dòng)。目前，沒有肌肉酸痛及不適和敏感性皮膚。

2.2 研究方法

2.2.1 測量法依據(jù)手掌長寬的測量方法與要求，分別對受試者進(jìn)行測量，其測試指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)材料選取

手提箱兩只，并加入重物使其均達(dá)到3.412kg；手提箱實(shí)驗(yàn)手把：手把1：長13cm，橢圓周長7.8cm、手把2：長13cm，橢圓周長9.6cm、手把3：在手把1上附加油袋軟性可變形材質(zhì)。

2.2.3 Tekscan系統(tǒng)

美國Tekscan公司開發(fā)研制的壓力分布測量系統(tǒng)，對接觸面的壓力分布進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測量，以直觀、形象的二維、三維彩色圖像實(shí)時(shí)顯示壓力分布的輪廓和各種數(shù)據(jù)。

Tekscan壓力傳感器是由兩片很薄的聚酯薄膜組成，其中一片薄膜內(nèi)表面鋪設(shè)若干行、另一片薄膜內(nèi)表面鋪設(shè)若干列的帶狀導(dǎo)體。當(dāng)兩片薄膜合為一體時(shí)，這些橫向?qū)w和縱向?qū)w的交叉點(diǎn)就形成了壓力傳感點(diǎn)陣列，呈網(wǎng)格狀。當(dāng)外力作用到傳感點(diǎn)上時(shí)，半導(dǎo)體的阻值會(huì)隨外力成比例變化，壓力為零時(shí)，阻值最大，壓力越大，阻值越小。掃描電路對各個(gè)傳感點(diǎn)進(jìn)行掃描，測量每個(gè)受力傳感點(diǎn)的阻值。網(wǎng)格傳感器的獨(dú)特之處在于傳感區(qū)與非傳感區(qū)之間是絕緣的。知道了傳感點(diǎn)的空間尺寸就能夠把一定面積上的受力轉(zhuǎn)換成壓力數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示。與以往傳統(tǒng)的測量方法相比，這是一種經(jīng)濟(jì)、高效、精確、快速、直觀、方便的壓力分布測量工具。

Tekscan網(wǎng)格狀傳感器技術(shù)最初是應(yīng)牙醫(yī)的要求而開發(fā)的。這一產(chǎn)品滿足了牙科市場的所有需求。經(jīng)過不斷的研究與開發(fā)，Tekscan又把系統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)展到工業(yè)領(lǐng)域。更加復(fù)雜的l-Scan系統(tǒng)就是最早用于工業(yè)的壓力測量系統(tǒng)。Tekscan公司已開發(fā)出適用于多種領(lǐng)域的壓力分布測量系統(tǒng)。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

2.3.1 皮膚處理用酒精反復(fù)擦試表面電極安放點(diǎn)及安放點(diǎn)附近的皮膚，或用砂片摩擦皮膚，以去除皮膚表面的油污、壞死的角質(zhì)層。

2.3.2 手部傳感器排布圖依據(jù)測試要求，確定手部傳感器排布位置。見圖1。

2.3.3 壓力傳感器粘貼及固定依據(jù)測試要求，粘貼及固定壓力傳感器，其方法見圖2。

2.3.4 表面微電測試系統(tǒng)鏈接依據(jù)系統(tǒng)鏈接要求，鏈接表面微電測試系統(tǒng)，其方法見圖3。

2.3.4 軟件系統(tǒng)打開軟件，調(diào)試儀器，并保證其可正常工作。軟件系統(tǒng)測試工作見面，見圖4。

2.3.4 測試10位受試者在自然狀態(tài)下，分別用把手1、把手2、把手3拎起手提箱，按沿規(guī)定路線走動(dòng)25秒，與此同時(shí)Tekscan系統(tǒng)開始測量并記錄手部傳感器傳出的受力分布圖和力度壓力與時(shí)間對比圖。見圖5、圖6。

2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

測試系統(tǒng)可將原始實(shí)驗(yàn)結(jié)果能以時(shí)間相關(guān)性文件（timed data，*.tmd）和文本文件的方式輸出，將各個(gè)標(biāo)本的原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel。根據(jù)研究設(shè)計(jì)要求，截取在8.38秒時(shí)的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)；依據(jù)圖5中的不同顏色，對其手部受力力度的壓強(qiáng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果見表2。

2.5 文獻(xiàn)資料法查閱相關(guān)研究成果文獻(xiàn)資料，為本研究提供基礎(chǔ)性研究思路。

2.6 數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法對測試指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為本研究提供基本指標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果。

2.7 比較法通過觀察，分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，找出研究對象的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，它是認(rèn)識(shí)事物的一種基本方法。經(jīng)對三組手把施加不同的實(shí)驗(yàn)因素，而其他條件保持相同，然后將各實(shí)驗(yàn)因素影響所產(chǎn)生的結(jié)果加以觀測比較，便可得出結(jié)論。

2.8 分析法從結(jié)果來找原因，或從原因推導(dǎo)結(jié)果，找出事物產(chǎn)生、發(fā)展的來龍去脈和規(guī)律，這就起到了證明論點(diǎn)的合理性和正確性的作用。

3 結(jié)果與分析

3.1 力度與時(shí)間的比較分析

力度與時(shí)間是在8.38秒時(shí)實(shí)驗(yàn)測出的總受力數(shù)值。依據(jù)表2中的力度與時(shí)間指標(biāo)數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理，得表3。

依據(jù)表3分析：

1）橫向比較分析：（1）男性：在3種手把中，按其手部受力的力度均值大小排序，依次是：手把3 （2387.00）、手把1（1922.25）和手把2（1853.25）；（2）女性：在3種手把中，按其手部受力的力度均值大小排序，依次是：手把3（ 2074.33）、手把2（1900.67）和手把1（1352.67）；（3）綜合：在3種手把中，按其手部受力的力度均值大小排序，依次是：手把3（ 2199.4）、手把1（1881.7）和手把2（1580.5）。

2）縱向比較分析：（1）在手把1中，按其手部受力的力度與時(shí)間均值大小排序，依次是：男生（1922.25）、男女綜合（1580.5）和女生（1352.67）；（2）在手把2中，按其手部受力的力度均值大小排序，依次是：女生（1900.67）、男女綜合（1881.7）和男生（1853.25）；2）在手把3中，按其手部受力的力度均值大小排序，依次是：男生（ 2387.00）、男女綜合（ 2199.4）和女生（2074.33）。

綜上述分析，可認(rèn)為：手把1、2在男女受試者中手部受力的力度大小排列不一，手把3，在男女受試者中手部受力的力度均值最大。手把1，在男女受試者手部受力的力度差距較大；手把2，男女受試者手部受力的力度差最為接近。

3.2 區(qū)域與時(shí)間的比較分析

區(qū)域與時(shí)間：在8.38秒時(shí)，通過手把的壓力是分布在與壓力傳感器相接觸的手掌面的面積。上依據(jù)表2中的區(qū)域與時(shí)間指標(biāo)數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理，得表4。

依據(jù)表4分析：

1）橫向比較分析：（1）男性：在3種手把中，按其手部受力區(qū)域的均值大小排序，依次是：手把1（ 2212.75）、手把2（1884.25）和手把3 （1676.25）；（2）女性：在3種手把中，按其手部受力區(qū)域的均值大小排序，依次是：手把2 （1674.67）、手把1（1634.83）和手把3（1464.00）；（3）綜合：在3種手把中，按其手部受力區(qū)域的均值大小排序，依次是：手把1 （1866）、手把2（1758.5）和手把3（1548.9）。

2）縱向比較分析：（1）在手把1中，按其手部受力區(qū)域的均值大小排序，依次是：男生（ 2212.75）、綜合（1866）和女生（1634.83）；2）在手把2中，按其手部受力區(qū)域的均值大小排序，依次是：男生（1884.25）、男女綜合（1758.5）和女生（1674.67）；2）在手把3中，按其手部受力區(qū)域的均值大小排序，依次是：男生（1676.25）、綜合（1548.9）和女生（1464.00）；

綜上述分析，可認(rèn)為：手把1、2在男女受試者中手部受力的接觸面積大小排列均有不一，手把3，在男女受試者中手部受力的接觸面積均最小。手把1，在男女受試者手部受力面積差距最大；其次是手把3，最后是手把2。

3.3 壓強(qiáng)的比較分析

壓強(qiáng)力：總壓力（即軟件中所稱“力度”）除以接觸面積的商。依據(jù)表2中的總力度與時(shí)間、區(qū)域、時(shí)間指標(biāo)的接觸壓力及時(shí)間指標(biāo)數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理，得表5、表6。

依據(jù)表6分析：

1）橫向比較分析：（1）男性：在3種手把中，按其手部受力壓強(qiáng)的均值大小排序，依次是：手把3 （1.42）、手把2（0.97）和手把3（0.85）；（2）女性：在3種手把中，按其手部受力壓強(qiáng)的均值大小排序，依次是：手把3 （1.41）、手把2（1.14）和手把1（0.83）；（3）綜合：在3種手把中，按其手部受力壓強(qiáng)的均值大小排序，依次是：手把3 （1.41）、手把2（1.07）和手把1（ 0.84）。

2）縱向比較分析：（1）在手把1中，按其手部受力壓強(qiáng)的均值大小排序，依次是：男生（0.85）、綜合（0.84）和女生（0.83）；（2）在手把2中，按其手部受力壓強(qiáng)的均值大小排序，依次是：女生（1.14）、綜合（1.07）和女生（0.97）；（3）在手把3中，按其手部受力壓強(qiáng)的均值大小排序，依次是：女生（1.42）、綜合（1.41）和女生（1.41）。

綜上述分析，可認(rèn)為：手把1，在男女受試者中手部受力壓強(qiáng)最小，手把2在男女受試者中手部受力壓強(qiáng)其次，手把3，在男女受試者中手部受力壓強(qiáng)最大。手把2，在男女受試者手部壓強(qiáng)差距最大；其次是手把1，最后是手把3。

3.4 舒適度

依據(jù)10名受測者對3個(gè)不同把手舒適度的感受，調(diào)查其適宜的舒適度，最舒適為1，較好為2，一般為3。調(diào)查指標(biāo)數(shù)據(jù)見表7。

依據(jù)表7分析可知：（1）手把1在三個(gè)手把中舒適度排第三，占100%。（2）手把2在三個(gè)手把中舒適度排第二，占80%。（3）手把3在三個(gè)手把中舒適度排第一，占80%。

可見，按手把舒適程度排，在男女受試者中手把3最舒服，其次是手把2，最后是手把1。

4 結(jié)論

4.1 力度與時(shí)間指標(biāo)：手把3手部受力的力度為最大；手把1、2在男、女生手部受力的力度呈現(xiàn)不一致現(xiàn)象；男、女手部受力的力度差值為：手把1最大，手把3最小。

4.2 區(qū)域與時(shí)間指標(biāo)：手把3手部受力的力度為最??；手把1、2在男、女生手部受力的力度呈現(xiàn)不一致現(xiàn)象；男、女手部受力的面積差值為：手把1最大，手把2最小。

4.3 壓強(qiáng)與時(shí)間指標(biāo)：手部受力的壓強(qiáng)按由小至大，依次是手把3、手把2和手把3；

手把3手部受力的壓強(qiáng)為最??；手把2手部受力的壓強(qiáng)其次；手把3，手部受力的壓強(qiáng)為最大；男、女手部受力的面積差值為：手把2最大，手把3最小。

4.4 舒適程度指標(biāo)：按舒適程度，依次是：手把3最舒服，手把2次之，手把1最差。

在三個(gè)把手中，手把3受力面積最小，手部受力的接觸壓力最大，但壓強(qiáng)最小，受力者舒適程度排第一。舒適程度與手部受力的面積有關(guān)，也與手部受力的壓強(qiáng)有關(guān)。手部受力的面積不是改變受力感受的唯一方式，還可以通過改變材質(zhì)讓手部受力壓力分散，改變壓強(qiáng)的方式提高手把舒適度。為以后設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)提供依據(jù)和新的方向。

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