手握式工具的分析、改良及人机研究

龚俊睿

摘要：随着社会的发展、科学技术的进步、产品的更新换代以及生活节奏的加快等一系列社会与物质的因素，使人们在享受生活的同时，更加注重产品的人性化设计。作为人体双手的延伸，手握式工具可以提高人们的工作效率，帮助人类扩大作业范围等等。手握式工具的尺寸、形状、材质、结构、手柄形状等都会影响到操作者的握力程度和舒适性。本文通过对设计优良的抓握式工具（生活中常见的物品）的分析以及对人体手部的剖析，获取相应的手表面压力分布情况，对抓握时手部舒适度进行分析，从抓握式工具的尺寸、颜色等方面着手，对日常生活中的部分产品进行改良设计，也对手握式工具之后的改良设计有着重要意义。

关键词：人机工程学；手握式工具；设计特性

手在人的日常生活中，是使用工具等进行一系列社会活动的最主要载体，所以，产品设计的缺陷或者手柄的人机尺寸不合适，就会对手部造成伤害。手部的组织构成相当复杂，按骨骼可以分为腕骨、掌骨和指骨三部分，骨骼之间由关节连接，肌肉在骨骼之上，随着各关节之间的转动，手部的姿态也在发生相应的变化。手部的主要运动状态有三种：旋转、伸缩和抓握。而手的抓握姿势一般又分为完全抓握和不完全抓握，如果手完全抓住物体，或大部分抓握都被称为完全抓握，其它的抓握姿势都属于不完全抓握。抓握工具的动作又可以分为着力抓握和精确抓握，着力抓握一般手指和手掌同时用力，而精确抓握一般只有手指用力。

手握式工具的一般设计原则是：必须有效地实现预定的功能；与操作者本身成适当比例，使操作者拥有最大的使用效率；作业姿势之后不会引起过度疲劳。良好的手握式工具能避免静肌负荷手臂自然下垂；能保持手腕处于顺直的状态；能避免掌部组织受压力；还能避免手指进行重复动作。手握式工具一般都设有把手或手柄来方便人们抓握，经过调查测量，把手的设计参数一般如下：直径在着力抓握状态下为30—40mm，精密抓握8—16mm；长度为100—125mm；弯角10度左右，形状有圆角为最佳，在这种参数状态下，人类使用抓握工具时是最舒适的状态。如果工具的设计不合理，会对掌部和手部造成很大的压力，影响血液循环，引起局部缺血，感到麻木、刺痛感。同时，手柄把手的着力方向不能始终集中于掌心，如果掌心长期受到重物压迫或是把手一直勒手，会引起局部痉挛或疲劳感，所以，手柄的形状应避免紧贴手部，特别是掌心部分，应减少与手部的摩擦和對手部的压力。经过调查发现，起伏不平的圆角式手柄的抓握舒适度最好，这种形状的设计比较适用于公交车上的站立人群扶手等需要长时间抓握的人类。

日常生活中，比较常用的带有把手的设计有吹风机、梳子、刀把、淋雨花洒喷头、电熨斗、门把手、茶壶、方向盘等等。以梳子为例，有手柄的梳子更符合人机原理，人的腕部形态分为挠侧偏、尺侧偏、背侧偏、掌侧偏和正中，在人体最放松的状态时，就是正中状态，腕关节最放松，所以，在梳子的把手与使用部分弯曲10度左右，舒适度最佳，也比较容易操作；测试发现，片状，宽度为32mm长度95mm的梳子手柄可以满足人们抓握的最舒适状态，在梳齿和梳柄之间增加一个圆弧状设计，可以减轻梳子对手部肌肉的压迫，也解决了女性在梳头时有手指需要抓头发时的不便之处。

电吹风机作为常用的手握式工具，也有槽点可说。长头发女性在吹头发时手腕需要转动多个方向，一般的吹风机手柄可折叠只是为了节约空间方便携带，可固定点只有完全折叠时和完全展开两个点，在吹头发的时候还是只有一个抓握角度。在经过多次尝试之后，发现，把吹风机的吹风口和手柄的尾部之间用近似“U”型的形状来作为吹风机的手柄，“U”型的开口略大一些，手柄的粗细程度要略细于吹风机出风口一端。这样，在抓握进行吹头发的时候，手可以在手柄的圆弧上找到不同的着力点，吹风机也就有了相对应的吹风方向。这样的设计，还可以将吹风机的“U”型手柄放在任何平放的表面上，解放了双手，可以边吹头发边梳理头发或者刷牙等进行别的活动。“U”型开口的设计也为吹风机的放置节约了空间，人们在抓握的同时，拥有多个着力点，手柄对手部的压力也就没有那么大。

对于刀具的把手，不论刀具的大小或是功能，人体在使用刀具的过程中所抓握的部位，必须严格遵守人机工程学的原则。刀把应设计出四处连接着的弧形的周长不等的断面，使人手在抓握的时候，手的各个部位都与刀把紧密的贴合在一起，这样不仅不易产生疲劳，又不容易使刀打滑脱落或打滑伤到手指。

总的来说，人性化设计的手握式工具，一般都没有比较尖锐的边角，降低对手部的平均压强，都不会使胳膊、小臂和手腕产生过度劳累酸痛感。在设计的时候，应将受力点分布在肌肉较丰富的部位，使手柄被握部位与掌心和指骨间留有些许空隙，这样能改善这两个部位的集中受力的状态。在今后的使用工具过程中，如果有遇到设计不合理使自己感到不舒适的地方，不妨自己动手在手柄处增加一个有断面的圆弧状把手，起码能在短时间内给自己的手部来个简单的放松。

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