電錘手柄握持舒適度的改進(jìn)設(shè)計(jì)

袁禾苗，聞金水，薛志超，陸玉璽

（ 浙江皇冠電動(dòng)工具制造有限公司，浙江 金華 321000 ）

0 引言

手持式電動(dòng)工具在生產(chǎn)生活尤其是工業(yè)領(lǐng)域中有著較高的使用頻率，工具的人機(jī)關(guān)系設(shè)計(jì)是否合理較為重要。應(yīng)避免工具作業(yè)過(guò)程中給操作者帶來(lái)的種種不適，長(zhǎng)時(shí)間使用更應(yīng)避免如腱鞘炎、滑囊炎、滑膜炎等職業(yè)病的發(fā)生。因此，在進(jìn)行手持式電動(dòng)工具外形設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循解剖學(xué)原則和人機(jī)工程學(xué)原則。本文以電錘手柄模型為例進(jìn)行人機(jī)關(guān)系研究，提出適用于更多產(chǎn)品的手柄設(shè)計(jì)方法及建議。

1 手柄握持施力點(diǎn)

電錘操作過(guò)程中，雙手朝向一個(gè)方向，前部輔助手柄承受重力，后部主手柄把控方向，同時(shí)給予電錘適當(dāng)推力[1]，見(jiàn)圖1。

圖1

當(dāng)使用者握持住主手柄上半部分時(shí)，手掌對(duì)機(jī)身殼體存在三個(gè)施力點(diǎn)，見(jiàn)圖2。

圖2中，①為虎口部位：手掌虎口貼合機(jī)身尾部，拇指與食指貼合于機(jī)身兩側(cè)，虎口部位施加向前的推力；②為掌心部位：當(dāng)使用者握持機(jī)身時(shí)，掌心與手柄貼合，施加向前的推力；③為無(wú)名指與小指部位：貼合在機(jī)身的開(kāi)關(guān)部位，與①②配合，使得整個(gè)手掌牢牢固定住機(jī)器，防止脫手，保持機(jī)身作業(yè)平穩(wěn)。在一些使用場(chǎng)景下，施力點(diǎn)③也起到按壓開(kāi)關(guān)作用。

圖 2

握持時(shí)，拇指與食指分別放置于機(jī)身兩側(cè)。當(dāng)虎口貼合于機(jī)身尾部時(shí)，拇指與食指可以一種舒適、放松的姿態(tài)貼合機(jī)身。中指在操作機(jī)器的過(guò)程中，無(wú)實(shí)際意義工作內(nèi)容。根據(jù)使用者手掌大小不同，可根據(jù)自身喜好選擇放置區(qū)域，如機(jī)身側(cè)面、開(kāi)關(guān)按鈕上方臺(tái)階等。無(wú)名指與小指指通常放置于開(kāi)關(guān)按鈕上，需向工具開(kāi)關(guān)部位施加較大的力，與掌心配合，固定且保持平衡。在一些情況下，還起到隨時(shí)按壓開(kāi)關(guān)按鈕的功能。見(jiàn)圖3。

圖3

2 人機(jī)因素

人體手部的基本位置分為尺側(cè)偏、橈側(cè)偏、正中、背側(cè)屈和掌側(cè)屈等五個(gè)部分。正中位置為手部自然位置，在此位置上手腕力量最大。工具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能處于手部正中位置操控，以避免受力狀態(tài)不合理而引發(fā)的手腕部傷害。

手部骨骼除關(guān)節(jié)連接還包括肌肉與韌帶連接。韌帶限制手部關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍，同時(shí)增加關(guān)節(jié)之間的穩(wěn)定性。所以，讓使用者手部在使用產(chǎn)品時(shí)獲得最大舒適度，需讓手腕各個(gè)關(guān)節(jié)也在舒適范圍之內(nèi)[2]。

3 理論改進(jìn)建議

3.1 手柄尺寸

13歲以上的人群手部尺寸測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 人體手部測(cè)量尺寸

依據(jù)《手工具設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)原理》建議：不同結(jié)構(gòu)形式的手柄，其最佳手柄跨度不同。槍式手柄50mm～60mm為佳，直筒式手柄40.6mm～61mm為佳[3]。

本文中設(shè)計(jì)的電錘手柄直徑時(shí)考慮重量以及便于握持因素，選用接近于直筒式手柄或槍式手柄尺寸，設(shè)計(jì)時(shí)考慮寬度為40mm～60mm，直徑為25mm～40mm為宜。在手柄長(zhǎng)度方面，最短為100mm ～125mm，戴手套長(zhǎng)度至少增加10mm，手柄的尾端不壓迫手掌。

3.2 手柄形狀及傾角

對(duì)電錘手柄形狀和傾斜角度的設(shè)計(jì)可避免掌心局部受力并保持手腕順直。電錘在使用中著力方向和振動(dòng)方向不應(yīng)集中于掌心和指骨間肌，以避免掌心長(zhǎng)期受壓、受振引起的痙攣癥狀。工具作業(yè)時(shí)，操作者的手腕應(yīng)盡可能伸直以提高舒適度，由手部的大小魚際肌、虎口等部位分擔(dān)壓力。

避免手柄形狀絲毫不差地貼合于手的握持部位，尤其不應(yīng)緊貼掌心，必須使得手部握持時(shí)掌心部位略有空隙，減少壓力和摩擦力，避免人體手掌長(zhǎng)期受壓后的疲勞或受傷[4]。

手柄不應(yīng)有手指凹槽（見(jiàn)圖4）。槽型手柄適應(yīng)面狹窄且可產(chǎn)生作用于手指的壓力[5]。同時(shí)，還應(yīng)考慮人體不同的用手習(xí)慣以及性別差異帶來(lái)的手掌大小、力量大小等因素。

圖4

3.3 機(jī)身兩側(cè)凹槽

該區(qū)域分別用于放置拇指與食指，在不影響美觀的情況下，盡可能延長(zhǎng)該區(qū)域，否則手指較長(zhǎng)的使用者在握持過(guò)程中其食指易超出凹槽，且凹槽末端為斜角處理，棱角明顯，手指貼合時(shí)觸感明顯，影響使用體驗(yàn)。見(jiàn)圖5。該凹槽下凹圓弧的最低點(diǎn)并非簡(jiǎn)單地位于正中間，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)記錄多名體驗(yàn)者的體驗(yàn)數(shù)據(jù)，求出平均值，確保更多使用者在使用產(chǎn)品時(shí)該區(qū)域更好貼合指肚。滿足手指舒適性的同時(shí)考慮內(nèi)部空間的合理性，避免壓榨機(jī)身內(nèi)部空間。凹槽的3條棱線中，考慮食指、拇指自然、放松地貼合于機(jī)身側(cè)面，上方的棱線應(yīng)上移或增加上方斜面積、減小斜角。較大斜角或過(guò)低棱線迫使手指向下傾斜，影響舒適度，見(jiàn)圖6。

圖5

圖6

3.4 虎口貼合處

操作工具時(shí)，手掌虎口部位應(yīng)正對(duì)鉆頭，與鉆頭方向呈一直線。施力點(diǎn)與鉆頭保持水平，最大程度減少力的損耗。見(jiàn)圖7。手掌虎口部位呈圓潤(rùn)弧形，柔軟、無(wú)骨骼支撐，故機(jī)身該部位應(yīng)盡量圓潤(rùn)。該弧形呈U形對(duì)稱式3點(diǎn)分布，應(yīng)尋求具有代表性的平均值。見(jiàn)圖8。

在尋找到合適的虎口貼合處弧形尺寸時(shí)，應(yīng)考慮該條弧形曲線關(guān)聯(lián)的曲面形態(tài)，包括虎口貼合處曲面、食指根部與拇指根部貼合曲面等。虎口貼合處下方小段圓弧與掌心直接接觸，是虎口貼合處與手柄主體的銜接過(guò)度區(qū)，過(guò)度應(yīng)自然、平緩、光滑，不宜有較大起伏。手柄處同理，弧度不宜過(guò)大，盡量平緩、自然，見(jiàn)圖9。

圖7

圖8

圖9

3.5 開(kāi)關(guān)部分

電錘開(kāi)關(guān)板機(jī)長(zhǎng)度通常為21mm，按鍵尺寸過(guò)短導(dǎo)致手指疲勞程度增加，長(zhǎng)時(shí)間使用易產(chǎn)生關(guān)節(jié)疲勞和疼痛?；覊m顆粒物通常大于0.3mm，從預(yù)防灰塵進(jìn)入工具內(nèi)部角度考慮，機(jī)身殼體與開(kāi)關(guān)殼體間保持±0.3mm空隙為佳。

機(jī)身殼體適當(dāng)?shù)箞A，兩殼體間臺(tái)階面以圓角過(guò)渡；開(kāi)關(guān)殼體下端包括圓角高度在內(nèi)，按壓按鈕后，開(kāi)關(guān)平面應(yīng)高于機(jī)身殼體2mm～3mm，防止手指皮膚被壓，造成夾手現(xiàn)象，見(jiàn)圖10和圖11。

圖10

圖11

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)改進(jìn)

如上，針對(duì)相關(guān)改進(jìn)設(shè)想做出的模型結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖12。修改如下：

圖12

① 側(cè)面凹槽向前延伸5mm，便于食指較長(zhǎng)的使用者使用；

② 凹槽上方斜面降低傾斜程度，減少對(duì)手指向下的壓迫感；

③ 尾翼略微向后延長(zhǎng)，減少脫手感；

④ 修改凹槽下陷的深度及有關(guān)曲面的曲率，增加握持舒適度；

⑤ 虎口貼合處寬度收窄，改善圓角，使之更加圓潤(rùn)；

⑥ 修改虎口貼合處下方及整根手柄的曲率，使之更加平緩、光滑、流暢。減少硌手感；

⑦ 該處的棱角提前漸消，使后方拇指撥動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)劃過(guò)的區(qū)域更加平緩，光滑。便于手指滑動(dòng)，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)；

⑧ 將開(kāi)關(guān)設(shè)置為兩指半的規(guī)格，即高32.4mm，實(shí)驗(yàn)證明，這樣用起來(lái)更加省力，安全性也更高；

⑨ 手柄部分的設(shè)計(jì)，采用橫截面為橢圓的有機(jī)形態(tài)，以便于使用者的握持；

⑩ 長(zhǎng)手柄尾部的勾手。一是因?yàn)闅んw兩側(cè)凹槽進(jìn)行了延長(zhǎng)，使得整個(gè)殼體上半部分在視覺(jué)上變得修長(zhǎng)，下半部分的勾手應(yīng)適當(dāng)加長(zhǎng)，與上半部分呼應(yīng)；二是因?yàn)殡婂N本身重量較大，適當(dāng)加長(zhǎng)的手柄可以在提攜時(shí)防止脫手，更加輕松。

模型改進(jìn)前后對(duì)比效果見(jiàn)圖13。

圖13

5 結(jié)語(yǔ)

從人機(jī)工程學(xué)方面對(duì)電錘手柄模型進(jìn)行握持舒適度的改進(jìn)。在改進(jìn)過(guò)程中，重點(diǎn)運(yùn)用油泥模型方法。經(jīng)過(guò)多次真人握持手感體驗(yàn)與模型的調(diào)試改進(jìn)，確定最終版本的電錘手柄油泥模型，該模型尺寸具有舒適度高、不同手掌大小的使用者均可通用、易用等優(yōu)點(diǎn)。