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        基于人機工程學原理的智能垃圾桶設計

        2021-12-17 09:08:34秦艷
        電子制作 2021年22期
        關(guān)鍵詞:主板垃圾桶老年人

        秦艷

        (江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學院淮安生物工程分院,江蘇淮安,223200)

        0 引言

        隨著我國老齡化程度的加深,加強研發(fā)便捷的生活用品對于改善老年人的生活質(zhì)量,減輕生活中的不便利因素具有舉足輕重的價值[1]。以生活中常用的垃圾桶為例,傳統(tǒng)的垃圾桶從本質(zhì)上來看,屬于一個靜態(tài)的容器[2]。人們在使用中通常需要步行至垃圾桶旁邊,然后通過彎腰的動作來將垃圾放進垃圾桶中。然而,這看似簡單的兩個動作,對于年齡較大、步行不便的老年人來說,往往顯得非常吃力,稍有不慎還會引發(fā)摔傷、腰部扭傷等問題[3]。因此,開發(fā)一種適用于老年人的智能垃圾桶,讓其整理垃圾的時候更加方便,將容易對老年人造成傷害的風險因素消除,是十分必要的。所以,本文在智能垃圾桶的設計中,以老年人為使用對象,在基于人機工程學原理的基礎(chǔ)上,開發(fā)適應于老年人的垃圾桶智能化功能,減輕其生活中容易造成傷害的潛在風險。

        1 人機工程學原理設計思路

        人機工程學原理,是產(chǎn)品設計中以人為本設計理念的具體體現(xiàn)。即在產(chǎn)品設計中,將人體測量數(shù)據(jù)、力學、產(chǎn)品使用心理學等領(lǐng)域相融合的研究方法。它是建立在人體結(jié)構(gòu)、機能等特點的前提下,通過測量人在使用產(chǎn)品時的出力、習慣、體驗、生理變化等規(guī)律,研究人在產(chǎn)品使用中造成心理變化的影響要素和效率等[4]。

        對于智能垃圾桶而言,其人機工程學原理的設計中,具體的設計思路為:(1)基本參數(shù)的測量。對江蘇淮安地區(qū)年齡為的65-80歲老年人進行數(shù)據(jù)采樣,采樣數(shù)量為100人。采樣的數(shù)據(jù)包括:身高、手的握力、彎腰范圍、步行速度、手擰物體的重量等;(2)參數(shù)分析。分析采樣的參數(shù),并得到基于采樣參數(shù)的結(jié)論等;(3)智能垃圾桶的參數(shù)和功能設計。根據(jù)采樣的參數(shù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果,確定智能垃圾桶的形狀、結(jié)構(gòu)、功能等設計要素;(4)產(chǎn)品設計效果追蹤。將智能垃圾桶的設計方案通過問卷調(diào)查的形式發(fā)送至擬使用對象進行效果評價,作為產(chǎn)品設計合理與否、繼續(xù)優(yōu)化設計等后處理工作的依據(jù)。人機工程學設計流程如圖1所示。

        圖1 人機工程學設計流程

        2 智能垃圾桶系統(tǒng)設計

        ■2.1 設計要素及功能的確定

        根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示,對于老年人而言,每天使用垃圾桶的頻率約6-8次,每次都會從房屋的各個地方步行至垃圾桶的固定位置。同時在扔垃圾時,通常是保持站立姿勢,除手部的動作外,腰部會有習慣性地彎曲。因此,存在摔倒或腰部扭傷的潛在危險因素。綜上所示,在智能垃圾桶的設計中,從腰部彎曲的角度來設計,根據(jù)采樣的平均身高和彎腰的舒適度,確定了垃圾桶的高度。同時,在功能設計中,考慮到老年人步行至垃圾桶不方便的問題,擬將垃圾桶設計成移動式,即當老年人需要使用垃圾桶時,通過手機App操作,垃圾桶自動移動到指定位置。智能垃圾桶的基本結(jié)構(gòu)由本體、驅(qū)動系統(tǒng)以及輪胎組成,如圖2所示。

        圖2 垃圾桶基本結(jié)構(gòu)

        ■2.2 智能垃圾桶控制系統(tǒng)設計

        智能垃圾桶控制系統(tǒng)設計中,主要由以下幾個模塊組成,包括:控制模塊、藍牙模塊、主板、光控模塊、紅外模塊以及驅(qū)動模塊,各模塊之間的關(guān)系如圖3所示。其基本的控制原理為:控制模塊的功能是垃圾桶的使用者通過手機指定移動的終點,該模塊通過手機的藍牙模塊將信息傳遞至智能垃圾桶的藍牙模塊,藍牙模塊再傳遞信息至主板并由主板發(fā)送指令驅(qū)動電機開始動作,由此帶動整個垃圾桶運動。

        圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        從上述原理可知,主板會將信號傳遞給驅(qū)動模塊。與此同時,主板還會收集光控模塊和紅外模塊的信息用于其他組件參數(shù)的調(diào)整。

        光控模塊的主要功能是對外界環(huán)境的光照度進行監(jiān)測,并將監(jiān)測的數(shù)據(jù)適時傳遞給主板,主板對收集到的參數(shù)進行判斷[5]。當外界光照強度在設定范圍內(nèi)時,照明組件不動作。反之,當光照強度小于預設值時,主板對照明組件發(fā)出開啟指令,則照明組件開始動作。如此一來,老人可以在光線比較昏暗的情況下看清楚垃圾桶的位置。

        紅外模塊的主要功能時實現(xiàn)垃圾桶位置信息的監(jiān)測,并將監(jiān)測信息傳遞至主板[6]。當前方存在障礙物時,紅外模塊將該信號傳輸至主板,主板對前方障礙物的距離進行判斷,然后向驅(qū)動模塊發(fā)出指令,避開前方障礙物。

        部分控制系統(tǒng)的電路設計組件,如圖4所示。

        圖4

        3 設計效果

        在本課題中,對于該智能垃圾桶設計合理性與否的判斷,采用的是問卷調(diào)查法[7]。具體操作流程為:(1)問題的設計。采用專家評定法對該智能垃圾桶設計問題[8-9]。將該設計方案發(fā)送給多名行業(yè)專家,由行業(yè)專家依據(jù)自己的經(jīng)驗設計問題。當專家將問題反饋后,由于多名專家的結(jié)論難免存在不一致的地方,故需要對專家反饋的問題進行修正。然后,將修正后的問題發(fā)送給專家作二次評定,最終確定合理的問題集;(2)問卷調(diào)查的開展。將設計方案和問卷調(diào)查發(fā)送給多名智能垃圾桶的擬使用對象,讓其進行評定打分。本課題中,發(fā)送問卷調(diào)查100份,回收問卷調(diào)查98份,問卷有效率98%;(3)問卷調(diào)查結(jié)果整理。對回收的問卷調(diào)查表進行分數(shù)統(tǒng)計和整理,得到最終的設計效果評價分數(shù)。部分主要問題如表1所示。

        在對每個問題的評價中,采取非常認同、比較認同、一般、不認同、非常不認同五個等級進行打分,以表1所示的5個問題為例,部分結(jié)果如表2所示。

        表1 主要問題

        表2 問卷調(diào)查結(jié)果

        從表2所示的問卷調(diào)查結(jié)果來看,對于這5個問題而言,擬使用對象的認可度總體而言是比較高的,問題1、2、4以及5的比較認同和非常認同的人數(shù)占比均高于70%。表明相對于傳統(tǒng)的垃圾桶而言,該智能垃圾桶的功能設計和結(jié)構(gòu)設計,確實能夠提升老年人使用的便利性和良好的體驗感。但是,問題3的認同度較之其他4個問題的認同度存在明顯的差距。導致該差距的原因在于由于使用者都是老年人,該智能垃圾桶的主要操作通過手機App來實現(xiàn),而許多老年人對于智能手機的操作存在一定的困難,由此導致了該問題的認同度不高。綜上所述,除手機操作的問題外,用戶對該智能垃圾桶各項功能的認同度較高,可以認為基于人機工程學原理的智能垃圾桶設計方案是合理的,達到了預期的目標。

        4 結(jié)論

        通過對淮安地區(qū)部分老年人進行數(shù)據(jù)采樣,再對采樣結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析,提供了從尺寸、遙控、循跡、光照以及避障等方面進行方案設計的智能垃圾桶設計方案。本課題完成了智能垃圾桶的控制系統(tǒng)設計,并采用問卷調(diào)查法對使用者進行了方案的合理性調(diào)研。從調(diào)研結(jié)果顯示該智能垃圾桶的設計比較合理,能夠有效解決老年人在使用垃圾桶時存在的潛在危險因素。同時,也為下一步該產(chǎn)品的持續(xù)優(yōu)化奠定了前期的工作基礎(chǔ)。

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