李岳洪 胡 姣 高英杰 吳 根

（1.威凱檢測技術有限公司 廣州 510663； 2.中國機械工業(yè)聯合會 北京 100711）

引言

隨著人們生活水平的不斷提高，對于家電健康功能的需求將不斷提升。針對人們對健康生活的需要，以實現人體舒適健康為目標，研發(fā)直接達到消費者的智能化健康方案的家電產品的企業(yè)也越來越多，不斷迭代人體接觸類健康電器產品，以滿足人們調整和改善身體健康狀態(tài)的需求。

保健電器如按摩器產品因具有按摩保健功能，其市場普及率預計將呈現持續(xù)上升的趨勢。其中按摩椅是按摩器具中市場份額最大、附加值最高的產品種類。預計未來隨著社會老齡化和消費者健康養(yǎng)生意識的增強，按摩椅在按摩產品中的占比將繼續(xù)上升。按摩椅產品功能技術進一步得到升級，具體包括更加貼近人工的按摩手法、更加擬人化的按摩機芯、更高用戶體驗的按摩范圍和方式的新突破。此外，按摩椅產品功能與大健康結合更加密切，注重改善和提升人體健康，具體包括產品設計更加重視舒適性、個性化，產品的外形設計、顏色配比、材料選用更加注重消費者的品味和使用環(huán)境等個性化需求。但對于按摩椅的使用舒適性效果如何，國內外也是缺少相應的直接考核指標和標準檢測方法。因此，很有必要針對按摩椅的使用舒適性檢測與評價方法開展研究工作。

本文基于消費者群體特征，結合按摩椅產品的外觀、功能及性能等特點，從使用者的使用體驗感官層面，研究按摩椅產品的使用舒適性評價方法。本文主要針對按摩椅產品對人體頸肩部、背部、腰部、腿部四個部位進行感官體驗的數值估計，利用數學統計分析方法評價產品的整體性能和使用感官效果，為消費者選購按摩椅產品提供了參考建議，同時為家用電器產品的使用舒適性評價和標準化發(fā)展提供參考。

1 按摩椅產品

1.1 按摩椅產品分類

按摩椅是采用電能驅動，依靠機械、氣袋、電磁和電熱等作用于人體部位進行按摩的座椅。一般按摩椅按照用途可以分為家用休閑類和醫(yī)用理療類兩種。本文研究的按摩椅為家用休閑類產品。如圖1所示，按摩椅按摩功能一般包括揉捏手法按摩、指壓按摩、背部按摩、臀部氣壓按摩、搖擺按摩、腿氣壓按、足底按摩等。

圖1 按摩椅按摩功能組成

1）揉捏手法按摩：通過模擬揉捏手法，對背部的肌肉施以牽引、擠壓、揉捏等按摩，對肌肉產生刺激，并對重點部位進行不同力度的揉捏按摩。

2）指壓按摩：通過內置的壓滾輪，對身體的某些穴位進行反復的指壓按摩。

3）背部按摩：通過模擬揉捏、搖擺、指壓等按摩手法，對整個背部進行按摩。

4）臀部氣壓按摩：通過座墊置的氣壓按摩裝置，對臀部和大腿內部進行氣壓按摩。

5）搖擺按摩：通過搖擺按摩，調整脊椎前、后、左、右位置，活動每個脊椎和韌帶。

6）腿氣壓按摩。通過小腿兩側的內置氣囊，對小腿進行柔和適度的按摩。

7）足底按摩：通過滾輪式操作，對整個足底進行按摩。

目前，市場上按摩椅產品可以分為低端、中端和高端三類。其中，低端按摩椅產品除了具有基本結構和按摩功能以外，具有指壓、揉捏、拍打、敲擊、揉捏拍打等按摩手法；中端按摩椅產品除了具有低端產品的功能以外，還在扶手處內置氣囊用于按摩胳膊，座椅可以通過氣泵調節(jié)高度和角度，甚至具有音樂播放功能；高端產品除了中端產品所具有的功能以外，還增加設計了能前后伸縮、靜音設計的智能化3D按摩機械手，可具有肩部提抓、揉捏、拍打、指壓、揉捏拍打同步以及3D等按摩手法。有些產品還具有熱療、紅外功能，甚至有些還裝有傳感器，能根據用戶的身體曲線量身按摩等。

1.2 按摩椅基本結構

按摩椅結構較為復雜，整體構造核心的部件由機芯、機械傳動部件、電機、導軌、主控板、氣囊系統及腳機系統等構成：

1）機芯

機芯是按摩椅的核心部件，搭配控制電機的裝置，通過芯片控制按摩的速度、位置、方式及范圍。

2）機械傳動部件

機械傳動部件通過程序的設計，可以實現多種仿真人的按摩手法，由有連桿和按摩球組成，是實行按摩程序的終端部件。

3）電機

電機作為按摩椅各種運行方式和移動提供動力支持，按摩椅的各個程序動作都由電機供源動力能量。

4）導軌

導軌用于機械傳動部件運行的支撐，機芯在導軌上下移動，導軌長度直接決定按摩的范圍。

5）主控板

主控板是按摩椅的程序執(zhí)行、電機運行及電源的載體，并發(fā)出指令，通過操控系統輸送按摩程序命令，主控板接收后向按摩椅的按摩系統發(fā)出指令，機械傳動部件根據指令沿著導軌工作。

6）氣囊系統

氣囊根據各個部位的氣泵收氣、放氣，利用氣壓對人體部位進行的深度包裹，達到一定的壓力平衡時，持續(xù)擠壓以達到按摩的效果。

7） 腳機系統

腳機系統由按摩腿部和腳部組成，是區(qū)別于主機按摩的單獨按摩系統，包括機械按摩和氣囊按摩兩套系統。

1.3 按摩椅工作方式和關鍵技術

按摩椅工作通常分為自動和手動模式，自動模式主要有休閑模式、睡眠模式以及適合于老人使用的輕柔模式等等。手動模式可以啟停電機的按摩氣囊,有全程、定點、局部三種選擇狀態(tài)。在定點狀態(tài)下,按摩輪有上、下位置調整功能，按摩椅的背部機構依據人體的背部生理曲線設計為S形結構,主要功能有指壓、揉捏、拍打和敲擊等。機械傳動部件可以上下運行,并可以實現全程、局部以及定點按摩選擇功能。在按摩椅的臀部和下肢區(qū)域,可以通過控制氣囊的收放以及氣囊氣壓的強度來實現按摩。同時還可以根據用戶習慣調整靠背和小腿架的傾斜角度,提高按摩的舒適度。

按摩椅包括傳感器、電機控制、仿真、人體工程學、智能化等關鍵技術，如傳感器技術涉及溫度傳感器、位置傳感器、轉速傳感器的應用，電機控制技術主要涉及電機的控制和控制算法設計，人工按摩仿真技術重點涉及機芯構造、馬達控制和按摩球頭軌跡控制算法等?；卺t(yī)學理論、人體工學、互聯網技術等多學科綜合技術的產品智能化，以及按摩機芯和擬人化按摩仿真技術是用戶使用按摩椅產品舒適性的核心技術。

2 按摩椅使用舒適性評價方法

2.1 評價方法原理

本文選擇具有頸肩部、背部、腰部、腿部四個部位按摩功能的按摩椅產品樣機，以按摩椅的全身按摩和默認強度模式進行，參考標準GB/Z 28496-2012《家用電器消費者群體測試指南》，針對按摩椅產品使用者的群體特征，篩選合適的按摩椅舒適性評價受試人員樣本數據，基于樣本受試人員以用戶體驗主觀感受方式進行測評，評價結果采用語義微分法，將感官評價結果分為“一級：很不舒適”、“二級：不舒適”、“三級：略感不舒適”、“四級：感覺不到舒不舒適”、“五級：略感舒適”、“六級：舒適”和“七級：很舒適”7個等級，使用者使用按摩椅后對人體頸肩部、背部、腰部、腿部四個部位進行感官體驗的數值估計，如表1所示。

表1 按摩舒適性等級劃分

對受試人員樣本評價結果數據進行正態(tài)異常檢驗，采用格拉布斯（Grubbs）檢驗法 分析頸肩部、背部、腰部、腿部四個部位的樣本數據是否存在“離群值”，如果存在，則為樣本離群數據，將其從樣本中剔除，形成新的統計樣本。然后，對新樣本數據通過GB/T 6379.5-2006算法A分析計算，獲得舒適度評價的最終穩(wěn)健平均值，再對樣本穩(wěn)健平均值進行四舍五入的方式取最終估計值作為本次評價試驗的最終結果。

2.2 評價得分規(guī)則

采用語義微分法，將舒適性級別劃分為七個級別。評價過程中，按摩椅樣機采用按摩模式選擇默認全身按摩和默認強度模式進行（包含頸肩部、背部、腰部、腿部四個部分），按摩時間設定為25 min，受試人員對按摩椅的頸肩部、背部、腰部、腿部四個部位按摩功能進行主觀感受的數值估計，評分標準見圖2所示。

圖2 評分標準

受試人員熟悉試驗評價得分規(guī)則后，根據自身使用按摩椅按摩后的觀感結果進行評分，各級別的舒適度的評分區(qū)間值如表2所示。每個部位的按摩舒適性評價小數點后保留2位有效數。評分區(qū)間內，分值越高，表示越接近于上一個舒適性等級。

表2 舒適狀態(tài)評分表

2.3 評價結果判定

對受試者舒適度評價數值進行正態(tài)異常試驗，采用格拉布斯（Grubbs）試驗法，公式（1）如下：

式中：

xn—樣本數據；

S—樣本文件差；

G1-α(n)—格拉布斯準則臨界值（根據格拉布斯(Grubbs)臨界值表確定），顯著性水平α取0.05。

當滿足式（1）中Gn條件時，則xn樣本數據為離群值，應將xn樣本數據剔除。

使用格拉布斯（Grubbs）準則統計方法剔除離群值后，即可形成新的試驗樣本。然后，采用GB/T 6379.5-2006算法A方法，計算得到樣本數據平均值和標準差的穩(wěn)健值。

記x1，x2，…，xi，…，xp為按照遞增順序排列的p個數據，以x*和s*分別表示樣本數據的穩(wěn)健平均值和穩(wěn)健標準差。

按式（2）和式（3）計算x*和s*的初始值如下（med表示中位數）：

根據以下步驟更新x*和s*的值。計算公式（4）：

對每個xi(i=1，2，…，p)按公式（5）計算:

再由下式（6）和式（7）計算x*和s*的新的取值：

穩(wěn)健估計值x*和s*可由迭代計算得出。例如用已修改數據更新x*和s*，直至過程收斂。當穩(wěn)健標準差的第三位有效數字和穩(wěn)健平均值相對應的數字在連續(xù)兩次迭代中不再變化時，即可認為過程是收斂的。

通過算法A,獲得舒適度評價的最終穩(wěn)健平均值，再對樣本穩(wěn)健平均值進行四舍五入的方式取得最終估計值作為本次評價試驗的最終結果。

3 測試與評價結果分析

3.1 測試與評價試驗流程

按摩椅使用舒適性測試與評價試驗方法基本流程，如圖3所示。

3.2 測試結果與數據分析

3.2.1 受試人員群體特征和舒適性測評值

為驗證本文方法具有可操作性，本次依據GB/Z 28496-2012 《家用電器 消費者群體測試指南》規(guī)定的群體特征選取了31位受試人員，年齡分布于18～50歲，男女數量基本對等，處于良好健康狀況，可以從事正常生活起居、旅行，能夠承受正常工作負荷的人員。對選取的受試人員按照圖3試驗流程進行使用舒適性感官結果評價，整理的樣本數據如表3所示。

表3 受試人員群體特征和舒適性測評值信息表

圖3 使用舒適性測試與評價基本流程

3.2.2 評價樣本數據分析

對受試人員各部位（X1：頸肩部；X2：背部；X3：腰部；X4：腿部）的舒適性評價數值進行正態(tài)異常檢驗，并采用格拉布斯（Grubbs）檢驗法)進行異常值檢驗，由圖4中可以看出，在腰部舒適性評價數值樣本數據中，第24位受試人員給的數值2.8屬于離群數據，需要剔除掉。在剔除離群數據，再對新的樣本數據進行算法A求解。

采用GB/T 6379.5-2006算法A方法，計算樣本數據平均值和標準差的穩(wěn)健值。以和分別表示樣本數據的穩(wěn)健平均值和穩(wěn)健標準差。穩(wěn)健估計值和由迭代計算直至過程收斂。當穩(wěn)健標準差的第三位有效數字和穩(wěn)健平均值相對應的數字在連續(xù)兩次迭代中不再變化時，即可認為過程是收斂的。通過算法A獲得舒適度評價的最終穩(wěn)健平均值，如圖5所示。

圖5 算法A求解舒適性穩(wěn)健平均值

圖5 算法A求解舒適性穩(wěn)健平均值

3.2.3 總體評價結果

本次試驗選取31位受試人員對某款按摩椅產品舒適性進行了測試評價，通過樣本數據值進行統計分析和計算，最終確定了受試人員對該款按摩椅產品的使用舒適性的總體評價結果，如圖6所示。由圖6可知，本次試驗對肩頸部按摩舒適性評價數值為3.819、背部按摩舒適性評價數值為4.943、腰部按摩舒適性評價數值為4.945、腿部按摩舒適性評價數值為4.397，根據表2規(guī)定的舒適狀態(tài)評分表可知，本次受試人員對該款按摩椅產品總體使用舒適性等級在略感舒適甚至舒適的程度。

圖6 頸肩部、背部、腰部和腿部總體舒適性評價結果

4 結論

本文探討研究了按摩椅產品使用舒適性評價方法，從用戶體驗感官層面，針對按摩椅產品對人體的頸肩部、背部、腰部、腿部部位進行數值估計，再利用格拉布斯檢驗對評價樣本數據進行檢驗，然后采用GB/T 6379.5-2006算法A方法，計算樣本數據平均值和標準差的穩(wěn)健值，迭代計算直至過程收斂，以樣本數據最終的穩(wěn)健平均值作為確定按摩椅產品的使用舒適性的總體評價結果。本文方法為家用電器產品的使用舒適性評價和標準化發(fā)展提供了一種問題解決思路，在一定程度上減少了家電產品使用舒適性主觀評價的偶然性和隨機性，具有一定的科學性和合理性。此外，結合醫(yī)學和人體經絡穴位理論，評價按摩椅產品對人體穴位的精準定位和按摩力度控制是未來研究的重要方向。