人機工程論文鍵盤改進

1、關(guān)于鍵盤的人機工程學研究 1、鍵盤的平面布局 現(xiàn)狀：現(xiàn)在普遍使用的臺式計算機鍵盤為1997年國際標準化組織認證的國際標準鍵盤QWERTY鍵盤,由主鍵盤區(qū)、F鍵功能鍵盤區(qū)、編輯與定位鍵盤區(qū)和數(shù)字輔助鍵盤區(qū)組成。圖1所示為普通QWERTY鍵盤的主鍵盤區(qū)、編輯與定位鍵盤區(qū)和數(shù)字輔助鍵盤區(qū)的布局。缺點：許多鍵盤加大回車鍵的尺寸來方便敲擊,卻忽略了Back、Space鍵,將其放置在鍵盤主鍵區(qū)最右上角,該鍵鍵帽大小也只有12mm×14mm。由于Back Space鍵被設(shè)計在遠離J鍵的角落,使用者在進行文本輸入時經(jīng)常誤按成其鄰近的鍵。在擊鍵時右手被迫騰起,食指離開基準鍵位。這導致了敲擊速度和正確率

2、大大下降。而在實際的作業(yè)過程中,Back Space鍵的使用頻率比回車鍵要高4倍以上。所以此鍵的改進設(shè)計是一個重點。傳統(tǒng)鍵盤的編輯與定位鍵區(qū)設(shè)計在鍵盤中部偏右位置。右手在操作鼠標時若要按這些鍵,要么右手放下鼠標操作后又返回點擊鼠標,要么左手伸到鍵盤右部來進行此操作。這使得操作起來極不方便。左右手的分工也不盡合理,一般情況下右手基本上需要“包攬”主鍵盤區(qū)中線以右的敲擊任務(wù),約占整個鍵盤的2/3。而且此鍵區(qū)也沒有一個起定位作用的基準鍵位,操作時幾乎無法實現(xiàn)盲打。另外鍵位排列不夠科學,定位鍵與編輯鍵的配合脫節(jié),定位鍵與定位鍵之間的配合也不方便。數(shù)字輔助鍵盤區(qū)提供給專門數(shù)字錄入人員極大的操作方便性,卻

3、忽視了“=”鍵。用戶在編寫程序或進行計算時,習慣將“=”鍵與“+”、“-”、“3”、“/”等運算符聯(lián)系在一起。而傳統(tǒng)設(shè)計未將“=”鍵集中設(shè)計在數(shù)字輔助鍵盤區(qū)上,用戶在輸入時不得不從數(shù)字輔助鍵盤區(qū)“跳躍”至主鍵盤區(qū)尋找“=”鍵,降低了作業(yè)效率。（圖1：qwerty鍵盤）1. 鍵盤的形狀用戶在進行鍵盤作業(yè)時,雙手放置在基準鍵位上用以定位。按照人的坐姿生理學特征,這種姿勢下兩食指間距約57mm。而且人手的小指較短使得操作者為了保持“正確操作姿勢”而將肘關(guān)節(jié)外展,前臂內(nèi)旋,掌部內(nèi)轉(zhuǎn)。而鍵盤的鍵面處于同一平面上,即使底部的支撐腳展開給予角度補償,使用者在較短時間內(nèi)也感覺到肩頸酸痛、手腕疲勞。另外,鍵盤在

4、形狀、大小、色彩及其布置方面也沒有達到“物”與“人”的各種功能的最優(yōu)化,需要改進以創(chuàng)造出與人的生理、心理機能更諧調(diào)的鍵盤。2. 鍵盤的顏色目前鍵盤的顏色大多數(shù)是以黑色為底，白色為字。但是每個鍵的顏色都相同，區(qū)分度不大，我認為可以把相同功能，或者常用的幾個鍵設(shè)計成同種顏色以使認識更加直觀。4.個性化的鍵盤為了適應(yīng)和滿足不同人群的需要，許多廠家還設(shè)計了富有個性的鍵盤，這次我將例舉一些突出的作品并加以分析。三、分析和解決問題：1.鍵盤的平面布局對于鍵盤的平面布局，人們做出了兩方面的改進，一方面是改變大體上的形狀和位置；另一方面是通過改變鍵位實現(xiàn)提速。現(xiàn)在先介紹第一種改進方法：在鍵盤的平面布局設(shè)計中運

5、用人機工程學的知識,改進和完善鍵盤的宜人性和舒適性。操作動作的合理性直接影響操作者的舒適性和工作效率。根據(jù)最節(jié)約操作動作原則,提出以下幾點改進設(shè)計。主鍵盤區(qū)手-鍵盤界面最自然的姿勢為上臂從肩關(guān)節(jié)自然下垂,與前臂之間夾角7090°,以保證作業(yè)時肘關(guān)節(jié)受力而不是上臂肌肉受力;還應(yīng)保持手和前臂呈一直線,腕部向上不得超過20°,腕外展不超過15°雙手向內(nèi)相向交叉成6070°,手指自然彎曲,同手掌一起構(gòu)成一個半圓形,呈空握球狀;兩手掌間距約100280mm。設(shè)計主鍵盤區(qū)沿中心線各自左右分開,兩基準定位鍵之間距離約80100mm(見圖2)。（圖2主鍵盤區(qū)整體布局圖3

6、主鍵盤區(qū)的部分按鍵布局圖） 左右兩片對稱中心線傾斜15°,且中部稍高,向外部順勢成一定傾角傾斜,可以有效避免肘關(guān)節(jié)外展、手掌內(nèi)旋、手指橈偏等引起的肌肉緊張與疲勞。同時這也可以提高點擊正確率,初級用戶可以有效避免中心線上臨界鍵(如5與6,T與Y,G與H等)的誤操作。Back Space鍵和Insert鍵原空格鍵按主鍵盤左右分區(qū)分開后,左空格鍵功能不變,將右空格鍵(即右手大拇指控制鍵)設(shè)計成Back Space鍵,見圖3。運用重復功能有效分割原理,既基本保持了傳統(tǒng)鍵盤的設(shè)計風格,滿足用戶作業(yè)心理習慣;又極大提高了Back Space這個重要鍵的操作有效性。改進后的敲擊動作右手無須移動,而

7、且敲擊速度和準確率能夠大大提高。用戶在半天內(nèi)能基本熟練盲打這個鍵。綜合考慮整個鍵盤布局,“Insert”鍵的使用率較低,改放在原“Back Space”鍵的位置。編輯定位鍵區(qū)和數(shù)字輔助鍵區(qū)重新布局編輯與定位鍵區(qū),見圖4。將“”鍵設(shè)置為該鍵區(qū)的基準鍵位,與數(shù)字輔助鍵區(qū)的基準鍵排列在同一直線上,以符合左右手的對稱動作習慣。Delete鍵移至基準鍵的下方,“Home”、“End”、“Page Up”、“Page Down”4個鍵對稱橫向排列,定位鍵之間的配合良好。結(jié)合每個鍵的功能,在轉(zhuǎn)換鍵位時只須手指(食指和無名指)之間切換,改變了原來作業(yè)手腕的豎向移動?！癙rint Screen Sys Rq”、

8、“Scroll Lock”、“Pause Break”3個鍵照舊對應(yīng)放置。改進后的數(shù)字輔助鍵區(qū)見圖5,將“+”鍵拆分為“+”、“-”鍵,在原來“-”鍵的位置插入“=”鍵。（圖4編輯與定位鍵區(qū)布局示意圖圖5數(shù)字輔助鍵盤區(qū)布局示意圖）同時將編輯定位鍵區(qū)和數(shù)字輔助鍵區(qū)沿鍵盤中心線對稱分布在主鍵盤區(qū)的左右兩邊。與這種改進方法相對應(yīng)的是直接改變以往qwerty鍵位布局的第二種改進方法：不為大多數(shù)人所知，qwerty型鍵位最初是從打字機的設(shè)計開始的，由于當時機械工藝不夠完善，使得字鍵在擊打之后的彈回速度較慢，一旦打字速度太快，就容易發(fā)生兩個絞在一起的現(xiàn)象，從而嚴重影響了打字速度。因此而誕生的qwerty鍵

9、位，就帶有了“在不至于卡住的前提下盡量提高打字速度”的目的，所以速度并不是這種鍵位的專長。時代不斷進步，技術(shù)上的難題被一個個攻破，由此產(chǎn)生了兩種新型的鍵位布局，他們分別是duorak鍵盤和malt鍵盤。duorak鍵盤1930年奧格斯特·多冉柯(August Dvorak)發(fā)明了一種比QWERTY更優(yōu)越的DUORAK鍵盤系統(tǒng)，將9個最常用的字母放在鍵盤中列。這種設(shè)計使打字者手指不離鍵就能打至少3000多個字。而QWERTY只能做到50個字。DUORAK是通過減少手指的運動量來降低工作強度、提高工作效率的。使用DUORAK，打字者的手指平均每日運動1英里，而QWERTY則是12到20英

10、里。二戰(zhàn)期間，奧格斯特·多冉柯曾集合14位海軍打字員練習DUORAK，1個月后，他們的速度驚人地提高了68%。DUORAK鍵盤讓右手負擔56%的工作；最有力的手指工作量最大；70%的打字工作是在中列進行而不必移動手指。但當時正逢二次大戰(zhàn)，作戰(zhàn)物資缺乏，這種新鍵盤還沒問市就停產(chǎn)了。作為一種先進的鍵位設(shè)計，windows本身已將其列入，現(xiàn)在任何一臺電腦上都可以使用，方法簡介如下：打開“控制面板鍵盤”，進入“輸入法區(qū)域設(shè)置”選項卡，接著單擊“添加”按鈕，將“輸入法區(qū)域設(shè)置”設(shè)置為“英語（美國）”，并在“鍵盤布局/輸入法”欄內(nèi)找到“美國英語-DUORAK”。確認后，按鍵位置全變了?，F(xiàn)在你完全

11、有資本提升自己的英文打字速度了。當然在成功前仍需花時間重新適應(yīng)新的系統(tǒng)并進行耐心訓練。malt鍵盤比DVORAK鍵盤更先進一步的是理連·莫特(Lillian Malt)發(fā)明的MALT鍵盤。MALT鍵盤布局它改變了原本交錯的字鍵行列，并使拇指得到更多使用、使“后退鍵”（Backspace）及其他原本遠離鍵盤中心的鍵更容易觸到。但MALT鍵盤需要特別的硬件才能安裝到電腦上，所以也沒有得到廣泛應(yīng)用。2. 鍵盤的形狀外形設(shè)計根據(jù)鍵盤的平面布局分析來進行其外形設(shè)計。主鍵盤區(qū)沿其中心線左右對稱傾斜15°,外緣采用圓角、圓弧過渡。而由于在操作編輯定位鍵區(qū)和數(shù)字輔助鍵區(qū)時,手已經(jīng)能夠基本處

12、于自然狀態(tài),故其平行于中心線設(shè)計,但應(yīng)與主鍵盤區(qū)的布局協(xié)調(diào)。側(cè)面在保持原有梯度的基礎(chǔ)上,依照手的自然彎曲弧線設(shè)計成大弧度斷面,與腕托渾然一體。腕托的設(shè)計應(yīng)與腕部弧線吻合良好,給手恰到好處的支撐。定位鍵及細部設(shè)計4個基準鍵位“”、“F”、“J”和“5”的定位標識改用與手指指尖弧線相吻合的凸起?？崭矜I、Back Space鍵、Enter鍵、Shift鍵等稍大尺寸鍵內(nèi)置平衡桿,減少彈性差異和晃動?！按龣C”、“喚醒”和“電源”3個特殊功能鍵采用其他設(shè)計風格,圖6所示為一種方案,用以增添整體的活潑性,但要與整個鍵盤設(shè)計風格吻合。（圖6 3個特殊功能鍵）3. 鍵盤的顏色色彩設(shè)計應(yīng)符合人的習慣,整個鍵盤的顏

13、色數(shù)目不超過5-7個。鍵盤底板主體顏色風格應(yīng)與顯示器、機箱等外設(shè)相互搭配。而各鍵區(qū)又可在色彩方案上合理布局,增添鍵盤的活潑性和易讀性。4個基準鍵位采用桔黃色醒目標識,米白色主鍵盤區(qū)搭配淺紫色編輯定位鍵區(qū)和數(shù)字輔助鍵區(qū),F鍵功能鍵區(qū)淺藍色搭配特殊功能鍵。4. 個性化的鍵盤（1）虛擬激光鍵盤這個激光裝置可以在桌面或其他合適的介質(zhì)上投射出一個虛擬的鍵盤，然后把你手指的移動翻譯并傳遞給你的掌上電腦或任何你連接在這個激光裝置的設(shè)備。這款港陸創(chuàng)科有限公司研制的激光鍵盤的表現(xiàn)和其他普通鍵盤類似，它利用基于光電識別原理技術(shù)可以使用戶在敲擊激光投射的虛擬鍵盤的時候，產(chǎn)生一種和敲擊真實的鍵盤一樣的聲音。（2） 手

14、腕鍵盤L3公司開發(fā)了可以戴在手腕上的電腦鍵盤和可以穿戴的計算機設(shè)備。由于具有完全的密封性，使它可以在雨中和其他嚴酷的環(huán)境中正常操作。彎曲的背面可以使手腕鍵盤安全舒適的放置在手腕上。（3） 單手鍵盤這款外型怪異的鍵盤是為那些只能單手操作鍵盤的人設(shè)計的。這些外型和字母都非常奇特的安排是經(jīng)過仔細研究過的，它想法設(shè)法使你可以迅速而舒適的觸摸到所有的按鍵。Maltron單手鍵盤已經(jīng)被很多操作者證明可以達到每分鐘85個字的文字錄入速度。左手和右手的單手鍵盤都有售。（4） 可隨意組合的鍵盤厭倦了你鍵盤上傳統(tǒng)布局了嗎？想擁有一種布置更加便于輸入的鍵盤嗎？這款隨心所欲鍵盤可以保證你按照你所希望的任何方式去布置你的鍵盤，對于編程人員和游戲玩家來說真是太完美了。這款名叫DX1系統(tǒng)的鍵盤，可以用來玩游戲、編程、制作photoshop，并且它可以隨心所欲的布置每一個按鍵。結(jié)語：通過這次對鍵盤的人機工程學研究，我了解到了很多以前不知道的鍵盤知識，掌握了