袁禾苗，聞金水，薛志超，陸玉璽

（ 浙江皇冠電動工具制造有限公司，浙江 金華 321000 ）

0 引言

手持式電動工具在生產(chǎn)生活尤其是工業(yè)領域中有著較高的使用頻率，工具的人機關系設計是否合理較為重要。應避免工具作業(yè)過程中給操作者帶來的種種不適，長時間使用更應避免如腱鞘炎、滑囊炎、滑膜炎等職業(yè)病的發(fā)生。因此，在進行手持式電動工具外形設計時，應遵循解剖學原則和人機工程學原則。本文以電錘手柄模型為例進行人機關系研究，提出適用于更多產(chǎn)品的手柄設計方法及建議。

1 手柄握持施力點

電錘操作過程中，雙手朝向一個方向，前部輔助手柄承受重力，后部主手柄把控方向，同時給予電錘適當推力[1]，見圖1。

圖1

當使用者握持住主手柄上半部分時，手掌對機身殼體存在三個施力點，見圖2。

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

圖 2

握持時，拇指與食指分別放置于機身兩側(cè)。當虎口貼合于機身尾部時，拇指與食指可以一種舒適、放松的姿態(tài)貼合機身。中指在操作機器的過程中，無實際意義工作內(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，如機身側(cè)面、開關按鈕上方臺階等。無名指與小指指通常放置于開關按鈕上，需向工具開關部位施加較大的力，與掌心配合，固定且保持平衡。在一些情況下，還起到隨時按壓開關按鈕的功能。見圖3。

圖3

2 人機因素

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。工具設計時，應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。

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

3 理論改進建議

3.1 手柄尺寸

13歲以上的人群手部尺寸測量數(shù)據(jù)見表1。

表1 人體手部測量尺寸

依據(jù)《手工具設計中的人機工程學原理》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]。

本文中設計的電錘手柄直徑時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，設計時考慮寬度為40mm～60mm，直徑為25mm～40mm為宜。在手柄長度方面，最短為100mm ～125mm，戴手套長度至少增加10mm，手柄的尾端不壓迫手掌。

3.2 手柄形狀及傾角

對電錘手柄形狀和傾斜角度的設計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方向不應集中于掌心和指骨間肌，以避免掌心長期受壓、受振引起的痙攣癥狀。工具作業(yè)時，操作者的手腕應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，尤其不應緊貼掌心，必須使得手部握持時掌心部位略有空隙，減少壓力和摩擦力，避免人體手掌長期受壓后的疲勞或受傷[4]。

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

圖4

3.3 機身兩側(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，盡可能延長該區(qū)域，否則手指較長的使用者在握持過程中其食指易超出凹槽，且凹槽末端為斜角處理，棱角明顯，手指貼合時觸感明顯，影響使用體驗。見圖5。該凹槽下凹圓弧的最低點并非簡單地位于正中間，在設計時應記錄多名體驗者的體驗數(shù)據(jù)，求出平均值，確保更多使用者在使用產(chǎn)品時該區(qū)域更好貼合指肚。滿足手指舒適性的同時考慮內(nèi)部空間的合理性，避免壓榨機身內(nèi)部空間。凹槽的3條棱線中，考慮食指、拇指自然、放松地貼合于機身側(cè)面，上方的棱線應上移或增加上方斜面積、減小斜角。較大斜角或過低棱線迫使手指向下傾斜，影響舒適度，見圖6。

圖5

圖6

3.4 虎口貼合處

操作工具時，手掌虎口部位應正對鉆頭，與鉆頭方向呈一直線。施力點與鉆頭保持水平，最大程度減少力的損耗。見圖7。手掌虎口部位呈圓潤弧形，柔軟、無骨骼支撐，故機身該部位應盡量圓潤。該弧形呈U形對稱式3點分布，應尋求具有代表性的平均值。見圖8。

在尋找到合適的虎口貼合處弧形尺寸時，應考慮該條弧形曲線關聯(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度區(qū)，過度應自然、平緩、光滑，不宜有較大起伏。手柄處同理，弧度不宜過大，盡量平緩、自然，見圖9。

圖7

圖8

圖9

3.5 開關部分

電錘開關板機長度通常為21mm，按鍵尺寸過短導致手指疲勞程度增加，長時間使用易產(chǎn)生關節(jié)疲勞和疼痛?；覊m顆粒物通常大于0.3mm，從預防灰塵進入工具內(nèi)部角度考慮，機身殼體與開關殼體間保持±0.3mm空隙為佳。

機身殼體適當?shù)箞A，兩殼體間臺階面以圓角過渡；開關殼體下端包括圓角高度在內(nèi)，按壓按鈕后，開關平面應高于機身殼體2mm～3mm，防止手指皮膚被壓，造成夾手現(xiàn)象，見圖10和圖11。

圖10

圖11

4 實驗數(shù)據(jù)改進

如上，針對相關改進設想做出的模型結(jié)構(gòu)，見圖12。修改如下：

圖12

① 側(cè)面凹槽向前延伸5mm，便于食指較長的使用者使用；

② 凹槽上方斜面降低傾斜程度，減少對手指向下的壓迫感；

③ 尾翼略微向后延長，減少脫手感；

④ 修改凹槽下陷的深度及有關曲面的曲率，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；

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，使后方拇指撥動開關時劃過的區(qū)域更加平緩，光滑。便于手指滑動，撥動開關；

⑧ 將開關設置為兩指半的規(guī)格，即高32.4mm，實驗證明，這樣用起來更加省力，安全性也更高；

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

⑩ 長手柄尾部的勾手。一是因為殼體兩側(cè)凹槽進行了延長，使得整個殼體上半部分在視覺上變得修長，下半部分的勾手應適當加長，與上半部分呼應；二是因為電錘本身重量較大，適當加長的手柄可以在提攜時防止脫手，更加輕松。

模型改進前后對比效果見圖13。

圖13

5 結(jié)語

從人機工程學方面對電錘手柄模型進行握持舒適度的改進。在改進過程中，重點運用油泥模型方法。經(jīng)過多次真人握持手感體驗與模型的調(diào)試改進，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。